物聯網在半導體中的日益普及、對智能消費電子和可穿戴設備的需求不斷增加以及工業(yè)和家庭中自動化的日益普及是 MEMS 市場增長的重要因素。到 2026 年，全球 MEMS 市場預計將從 2020 年的 109.2 億美元增至 188.8 億美元。
MEMS 器件在生物醫(yī)學、光學、無線、航空航天和消費產品等各個領域都有不同的應用。MEMS 也一直是新冠病毒時代的主要用途，因為它的壓力傳感器用于呼吸機的呼吸監(jiān)測以監(jiān)測患者的呼吸。除醫(yī)療設備外，MEMS 可用于由微型集成設備或結合機械和電氣組件的系統組成的每個小型設備。
ELE Times通訊員 Sheeba Chauhan 借此機會與 Patrick （Rick） Oden 博士、TI 研究員、DLP 產品和研究員 – 美國物理學會、德州儀器進行了互動。對話富有洞察力，充滿了MEMS的實際應用。
MEMS 器件從大批量商品或小批量向高度專業(yè)化的器件轉變
MEMS 的第一個小批量產品是來自 Novasensor 的壓力傳感器，這是 Kurt Peterson 博士幾十年前努力的產物。這個應用程序已經持續(xù)了幾十年。幾年前在 80 年代/ 90 年代已經提出了更高容量的產品。它們現在已成為大多數手機的主要產品，并顯著提高了銷量。此外，25 年來，德州儀器 （TI） 一直致力于為具有合理體積的顯示應用大規(guī)模并行表面 MEMS 陣列。確實，已經從專用設備轉變?yōu)橥ǔ］^低的銷量，轉變?yōu)槊磕赇N售數百萬臺的設備。它主要是由對手持設備的需求和內容可視化的傳播驅動的。
展望未來，下一代慣性傳感器平臺可能會進一步適應，以提供航位推算能力，以增強信號挑戰(zhàn)環(huán)境中的 GPS 協調。預計還將類似地繼續(xù)采用投影技術來滿足相鄰空間和需求。
MEMS 器件對安全關鍵市場以及封裝、芯片移位和變化等問題的影響
存在與安全關鍵且通常用于汽車級 MEMS 功能相關的成本。這種對細節(jié)和可量化規(guī)格的額外關注會對各種分層汽車供應商必須轉嫁給客戶的設備成本產生影響。
最終，這會導致經營成本和供應商需要將其汽車產品組合與消費級產品區(qū)分開來。
制造紀律是一場永遠存在的戰(zhàn)斗。許多 MEMS 供應商被迫利用外部制造廠進行生產，這可能是一個復雜的過程，因為他們沒有得到供應商的足夠重視和標準制造公差要求。對于那些擁有自己生產線的生產商來說，他們可以更準確地控制他們的產品。
正在進行的改進 MEMS 設備（慣性和陀螺儀傳感器）以及漂移、干擾和老化等問題的工作
許多生產商利用非常相似的正交傳感范式來檢測線性加速度或旋轉（陀螺儀）。這使生產商處于利潤減少的境地，并允許以擴大能力為目標，以將他們的產品供應與競爭對手區(qū)分開來。
最終目標是能夠生成一個慣性傳感器平臺，該平臺將通過標準 GPS 的定位精度來增強功能。它將在 1 立方英尺的體積內提供向上 5 分鐘的定位精度。這可能需要為慣性系統采用不同的信號轉導機制，幾家初創(chuàng)公司和大公司正在為此研究新的途徑。
在任何多系統實施方案（多芯片模塊）中，電氣和機械漂移和干擾考慮顯然很重要，并且最終將成為最終解決方案。材料科學方面的考慮是設備開發(fā)周期中的一項要求。然而，雖然在某些領域這種情況目前正在發(fā)生，但在其他領域，它顯然缺乏牽引力。
異構封裝問題影響MEMS的應力、潛在熱失配和材料純度以及現有市場的變化
通常，它代表對 MEMS 器件最終目標的寄生作用。MEMS 中的第二個“M”代表機械，這是出了名的容易受到來自各種路徑的漂移考慮的影響。這包括封裝基礎和信號轉導所需材料的不匹配。
封裝在 MEMS 開發(fā)工作中通常沒有得到應有的重視。這通常會導致技術開發(fā)過程失敗，包括那些具有成功基礎傳感器或執(zhí)行器的過程。在可預見的未來，對尺寸和溫度范圍規(guī)范的不斷推動將繼續(xù)提高 MEMS 的封裝復雜程度。
例如，在時鐘領域，這是一個非常重要的考慮因素，是供應商驅動的主要規(guī)范。穩(wěn)定性會受到許多因素的影響，這些因素可以創(chuàng)建一個復雜的可能性矩陣，人們需要了解這些可能性，才能獲得產品成功。
航位推算位置精度對于手機、產品交付和一些開發(fā)公司來說是一種令人興奮的可能性。這受到提高準確性和信號強度的愿望的影響，例如，在沒有足夠 GPS 覆蓋的倉庫或建筑物中。這將導致我們在社會中采購商品和服務的方式發(fā)生重大變化。
具有仿生能力的傳感器系統在萬物互聯中提供化學和/或物理傳感網格似乎是另一種可能性。今天，我們擁有需要通過 Internet 進行遠程系統診斷的設備的 IP 地址。
新時代RF MEMS開關的用途和問題
在低功率和高功率 RF 之間切換的能力是軟件可定義無線電以及 RF 天線適配等方向的重要功能。RF-MEMS 的機會提供了進行此類切換的能力，同時顯著提高了效率和外形尺寸。這種類型的開關可以通過接觸式 MEMS 設備來完成，這些 MEMS 設備可以形成和斷開成排的機械接觸。
這里出現的復雜情況之一是，雖然被切換的 RF 功率量很小，但它所處理的是最終具有納米級接觸尺寸的東西。因此，很容易產生熔斷開關關閉的熔接效應。這最終是一個材料問題，系統解決方案可能會幫助它保持電源切換，直到出現已知良好的機械接觸。
MEMS/NEMS 的新興趨勢和新機遇（例如，量子、物聯網、非線性動力學、人工智能和機器人等）
這里的機會是巨大的！利用標準半導體制造能力來進一步降低 MEMS 的維度，可以提高性能，并有望開辟新的影響領域。
今天，我們處于量子計算時代，尋找量子交換能力的能力將成為未來幾年從學術界到初創(chuàng)企業(yè)的熱門話題。物聯網 （IoT） 范式還將推動傳感器和傳感器系統的重大創(chuàng)新，以及它們如何嵌套在一起以提供集體簽名。利用 MEMS 中的非線性轉換將提高設備的靈敏度，否則將不存在。所有這些都將為快速增長的機器人和人工智能需求提供許多可能性。
