工業(yè)自動(dòng)化是一個(gè)突出的業(yè)務(wù)，它正朝著一個(gè)新的方向邁進(jìn)。對(duì)品種、定制產(chǎn)品和產(chǎn)品差異化的需求不斷增加，使得制造商很難批量生產(chǎn)零部件。

  隨后，小批量和批量生產(chǎn)會(huì)給組織帶來(lái)巨大的成本。因此，公司開(kāi)始在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域探索新技術(shù)和新機(jī)遇；其中一項(xiàng)技術(shù)就是微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）。繼機(jī)電一體化之后，這是微型機(jī)電一體化的時(shí)代。

  MEMS——先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)

  MEMS體現(xiàn)了一種先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)，它包括單個(gè)芯片上的移動(dòng)元件和電子元件。

  它致力于將集成電路（IC）制造技術(shù)（如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）、BiCMOS（雙極結(jié)晶體管和CMOS技術(shù)的集成）與創(chuàng)新的硅微加工444結(jié)合在一起。

  MEMS制造技術(shù)包括體積微機(jī)械加工，包括對(duì)基底材料進(jìn)行部分蝕刻或使用化學(xué)物質(zhì)去除基底形成結(jié)構(gòu)，以及表面微機(jī)械加工，其中材料沉積在基底上并形成結(jié)構(gòu)。

  MEMS技術(shù)提供的可靠性、可擴(kuò)展性、靈敏度和成本效益高的解決方案為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域提供了大量的MEMS應(yīng)用機(jī)會(huì)。壓力傳感器和慣性傳感器（如加速度計(jì)和陀螺儀）是影響工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的MEMS傳感器類(lèi)型。

  例如，硅微機(jī)械壓力傳感器在工業(yè)過(guò)程控制、汽車(chē)測(cè)試、液壓和氣動(dòng)監(jiān)控/控制等工業(yè)應(yīng)用中都有應(yīng)用。壓力傳感器的其他廣泛應(yīng)用包括冰箱狀態(tài)監(jiān)測(cè)、制冷劑回收、HVAC風(fēng)機(jī)控制或可變風(fēng)量測(cè)量、壓力逐漸升高檢測(cè)、泄漏和壓降檢測(cè)以及許多其他工業(yè)過(guò)程控制應(yīng)用。

  工業(yè)微型機(jī)電一體化時(shí)代

  MEMS技術(shù)對(duì)工業(yè)機(jī)器人尤其有利，因?yàn)樵摷夹g(shù)可以應(yīng)用于觸覺(jué)傳感器、導(dǎo)航或接近傳感器。

  由于商業(yè)可行性較低的趨勢(shì)以及某些非MEMS近距離傳感技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的根深蒂固，在將MEMS技術(shù)應(yīng)用于制造接近或位置傳感器方面的研究受到限制。

  然而，MEMS技術(shù)允許開(kāi)發(fā)或生產(chǎn)成本較低的觸覺(jué)傳感器，使機(jī)器人能夠獲得感官信息，以便以更通用、自主的方式做出決策和執(zhí)行動(dòng)作。

  微型化的趨勢(shì)為多傳感器在機(jī)器人、制造過(guò)程、過(guò)程控制以及生物技術(shù)和生命科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用帶來(lái)了機(jī)遇。

  多傳感器提高了對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行精確可靠測(cè)量的能力。一個(gè)關(guān)鍵的例子是美國(guó)宇航局開(kāi)發(fā)的高溫氣體傳感器陣列，也稱(chēng)為電子鼻。

  該鼻傳感器陣列采用MEMS技術(shù)制造，由多個(gè)傳感器組成，適用于高溫環(huán)境。該陣列由摻雜氮氧化物靈敏度的氧化錫傳感器、基于碳化硅的碳?xì)浠衔飩鞲衅骱脱鮽鞲衅鹘M成。

  傳感器的工作原理不同，分別是電阻、二極管和電化學(xué)電池，每個(gè)傳感器對(duì)環(huán)境中的個(gè)別氣體有著截然不同的響應(yīng)。

  鼻陣適用于高溫環(huán)境，可以監(jiān)測(cè)化學(xué)物質(zhì)。由于多傳感器具有提供大量數(shù)據(jù)或信息的能力，可以提供更好的系統(tǒng)性能，因此，多傳感器的發(fā)展趨勢(shì)越來(lái)越明顯。

  MEMS濕度傳感器在制造業(yè)具有潛力，主要用于不同行業(yè)的暖通空調(diào)系統(tǒng)。工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)的直接應(yīng)用受到限制。Hygrometric Inc.參與制造基于水蒸氣的MEMS濕度傳感器。

  MEMS制造的熱電堆是紅外（IR）傳感器，用于測(cè)量各種工業(yè)應(yīng)用中的溫度變化，如表面溫度監(jiān)測(cè)和包裝（如食品和車(chē)輛）的溫度控制。

  這種裝置也在紅外氣體測(cè)量?jī)x器中，反過(guò)來(lái)又被用于傳感二氧化碳，用于建筑物的按需通風(fēng)。

  基于MEMS的熱電堆紅外傳感器可以通過(guò)硅的體刻蝕來(lái)制作一種具有低熱導(dǎo)率的薄膜。MEMS熱電堆徑向安裝在薄膜上。當(dāng)芯片暴露在紅外輻射下時(shí)，熱電堆測(cè)量薄膜中心和**之間的溫差。

  除了已有的市場(chǎng)之外，MEMS還在幾個(gè)有希望的領(lǐng)域得到應(yīng)用。有幾家公司有意投資于MEMS研發(fā)?？偛课挥诩又莸募晌C(jī)械公司（integratedmicromachines Inc.）開(kāi)發(fā)了超小型硅微繼電器和微型開(kāi)關(guān)。它們被用于工業(yè)應(yīng)用。

  德州儀器公司正在使用微機(jī)械元件制造平板顯示器。桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室演說(shuō)家和其他機(jī)構(gòu)的研究人員正在努力開(kāi)發(fā)微型發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)會(huì)。

  研究和開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)也正在轉(zhuǎn)向大型陣列或MEMS傳感器網(wǎng)絡(luò)，而不**是單個(gè)MEMS器件。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具和軟件的滲透，MEMS器件的設(shè)計(jì)軟件市場(chǎng)也得到了發(fā)展。例如，Coventor提供了MEMS設(shè)計(jì)軟件，可以在三維空間中提供MEMS器件的精確模型。

  MEMS的關(guān)鍵技術(shù)驅(qū)動(dòng)因素

  成本：起初采用MEMS技術(shù)的主要驅(qū)動(dòng)因素是成本。MEMS技術(shù)具有降低成本的巨大潛力，因?yàn)樗梢院苋菀着恐圃臁＠?，模擬設(shè)備公司的制造方法已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，每年能運(yùn)送數(shù)百萬(wàn)個(gè)加速計(jì)。與傳統(tǒng)的傳感器制造相比，該工藝流程簡(jiǎn)化，且所需的勞動(dòng)力更少。

  多用戶(hù)MEMS工藝（MUMPS）是一種標(biāo)準(zhǔn)化的表面微機(jī)械加工技術(shù)，它是利用MEMSCAP中的多晶硅來(lái)制造MEMS器件的廉價(jià)的制造技術(shù)之一。

  硅是制造MEMS器件的主要材料，它可以使MEMS制造非常經(jīng)濟(jì)高效，因此利潤(rùn)非常可觀(guān)。

  靈敏度提高：MEMS傳感器比傳統(tǒng)傳感器更敏感。這是MEMS傳感器優(yōu)于傳統(tǒng)傳感器的主要原因，尤其是在高精度和高精度的應(yīng)用中。

  小尺寸優(yōu)勢(shì)：緊湊是電子或機(jī)械設(shè)備市場(chǎng)的主流趨勢(shì)。MEMS技術(shù)提供了在小面積內(nèi)填充更多MEMS組件的能力，這可以降低特定產(chǎn)品的整體尺寸。具有多種功能的MEMS組件可以增強(qiáng)產(chǎn)品的能力，例如工業(yè)機(jī)器人。

  MEMS發(fā)展的主要技術(shù)路障

  MEMS技術(shù)需要大量的初始投資。由于在某些工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的體積需求，企業(yè)可能不愿意對(duì)MEMS進(jìn)行大規(guī)模投資。

  MEMS技術(shù)也具有特殊的應(yīng)用，因此存在著非常少量的標(biāo)準(zhǔn)化MEMS工藝。例如，壓力傳感器、加速度計(jì)、噴墨打印機(jī)、顯示器和所有其他類(lèi)型的MEMS都采用不同的工藝模塊。因此，在設(shè)計(jì)、包裝、測(cè)試和工具開(kāi)發(fā)方面缺乏協(xié)同或合作。

  定制工藝在MEMS市場(chǎng)中普遍。盡管壓力傳感器和加速度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化工藝的發(fā)展正在開(kāi)辟新的可能性，但高水平的知識(shí)產(chǎn)權(quán)阻礙了新MEMS器件的標(biāo)準(zhǔn)化。

  封裝技術(shù)仍然是MEMS傳感器成功商業(yè)化的主要技術(shù)障礙。隨著MEMS技術(shù)的應(yīng)用日益特殊，MEMS器件的封裝對(duì)于特定應(yīng)用的封裝將是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

  MEMS傳感器滲入廣泛應(yīng)用，推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展

  工業(yè)自動(dòng)化是一個(gè)成熟的市場(chǎng)，有著成熟的流程。它也比大宗商品型傳感器的更高的體積市場(chǎng)對(duì)價(jià)格敏感；而且大多數(shù)工藝都是一次性投資。

  工業(yè)自動(dòng)化目前并不傾向于成為基于MEMS的傳感器和執(zhí)行器的大容量市場(chǎng)。由于MEMS器件的制造需要大量的初始投資，因此可以將精力集中在應(yīng)用領(lǐng)域，因?yàn)樵谶@些領(lǐng)域，如消費(fèi)電子等需求量較大，以平衡投資成本。

  因此，尋求大批量應(yīng)用的MEMS公司可能傾向于不專(zhuān)注于工業(yè)自動(dòng)化，因?yàn)樗赡軣o(wú)法產(chǎn)生某些其他細(xì)分市場(chǎng)的產(chǎn)量。

  然而，工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域可以為MEMS開(kāi)發(fā)人員和供應(yīng)商提供機(jī)會(huì)，以創(chuàng)造和提供更高價(jià)值的基于MEMS的傳感器和驅(qū)動(dòng)裝置，與用于更高價(jià)格敏感、更高容量應(yīng)用的MEMS設(shè)備相比，這些傳感器和驅(qū)動(dòng)裝置的價(jià)格可能更高。

  MEMS傳感器的壓力、流量、加速度/振動(dòng)/傾斜、角速度等參數(shù)在一定程度上影響著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。

  目前，基于MEMS的傳感器技術(shù)在這一領(lǐng)域的滲透往往局限于過(guò)程監(jiān)控應(yīng)用、工業(yè)安全、機(jī)械監(jiān)控，在裝配線(xiàn)制造應(yīng)用中也有一定程度的應(yīng)用。

  然而，隨著工業(yè)領(lǐng)域向智能化、分布式以及無(wú)線(xiàn)監(jiān)控方向發(fā)展，MEMS技術(shù)在這一領(lǐng)域可能發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

  MEMS支持的小型化和微機(jī)電一體化的趨勢(shì)正在推動(dòng)工業(yè)應(yīng)用的組件、設(shè)備、系統(tǒng)和子系統(tǒng)的發(fā)展。然而，集中研究和發(fā)展努力，解決各種技術(shù)和科學(xué)問(wèn)題，將有助于在其他領(lǐng)域的轉(zhuǎn)彎，并推動(dòng)未來(lái)幾年工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展。