MEMS的未來(lái)十年屬于執(zhí)行器

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MEMS的未來(lái)十年屬于執(zhí)行器

本刊記者薛士然

過(guò)去幾年，微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical System，MEMS)備受關(guān)注，但是大多數(shù)集中于MEMS傳感器應(yīng)用，在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)十年內(nèi)，MEMS執(zhí)行器即將大放異彩。

其實(shí)，MEMS包含傳感器和執(zhí)行器

MEMS里面包含了傳感器(sensor)和執(zhí)行器(actuator)，二者之間是互補(bǔ)的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，MEMS傳感器實(shí)現(xiàn)的是機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換，而執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)的是電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，它們共同實(shí)現(xiàn)了MEMS的雙向操作。

意法半導(dǎo)體執(zhí)行副總裁兼模擬、MEMS和傳感器產(chǎn)品事業(yè)部總經(jīng)理Benedetto Vigna，這樣描述其MEMS傳感器和執(zhí)行器的歷史：早在2000年時(shí)，意法半導(dǎo)體就已經(jīng)有了射流微執(zhí)行器，比加速度計(jì)(屬于MEMS傳感器)的出現(xiàn)還早5年。2005年到2015年的十年間，陀螺儀、6軸慣性模塊、壓力傳感器、麥克風(fēng)、紫外傳感器、濕度傳感器等屬于MEMS傳感器系列的產(chǎn)品發(fā)展得非常迅速，得到了廣泛應(yīng)用。但是MEMS執(zhí)行器在這十年內(nèi)卻一直沒(méi)有新產(chǎn)品出現(xiàn)，直到壓電執(zhí)行器和微反射鏡的推出，意法半導(dǎo)體的MEMS執(zhí)行器才開(kāi)始續(xù)寫(xiě)新的應(yīng)用。

為什么意法半導(dǎo)體的MEMS執(zhí)行器在這十年間出現(xiàn)了“斷片”呢？Benedetto是這樣解釋的：首先，當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)能力無(wú)法滿足MEMS執(zhí)行器系列產(chǎn)品的要求，產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展也不完善，在一定程度上阻礙了執(zhí)行器產(chǎn)品的創(chuàng)新；其次，新技術(shù)的持續(xù)發(fā)展必須由應(yīng)用來(lái)推動(dòng)，比如自動(dòng)對(duì)焦應(yīng)用，在幾年前并沒(méi)有這樣的需求，隨著其他技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在這個(gè)需求產(chǎn)生了，自然會(huì)拉動(dòng)支持對(duì)焦功能的器件需求，所以技術(shù)的發(fā)展需要“天時(shí)、地利、人和”，目前來(lái)看， MEMS執(zhí)行器已經(jīng)具備了這些條件。

未來(lái)，MEMS執(zhí)行器增速將超過(guò)傳感器

經(jīng)過(guò)十年積累，意法半導(dǎo)體的MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器、麥克風(fēng)、環(huán)境傳感器和觸屏傳感器已經(jīng)憑借獨(dú)特優(yōu)勢(shì)獲得了客戶的認(rèn)可。例如，Chipworks曾經(jīng)這樣評(píng)價(jià)意法半導(dǎo)體的陀螺儀：“這是我們首次在蘋(píng)果產(chǎn)品內(nèi)看到一個(gè)無(wú)需外部加速度計(jì)的真正的6軸傳感器?！币夥ò雽?dǎo)體MEMS傳感器產(chǎn)品將在傳統(tǒng)市場(chǎng)的傳統(tǒng)產(chǎn)品、傳統(tǒng)市場(chǎng)的新產(chǎn)品、新市場(chǎng)的傳統(tǒng)產(chǎn)品、新市場(chǎng)的新產(chǎn)品中繼續(xù)拓展應(yīng)用，未來(lái)增長(zhǎng)依然可期。

不過(guò)，在接下來(lái)的十年內(nèi)，Benedetto預(yù)測(cè)MEMS執(zhí)行器的增速會(huì)超過(guò)傳感器。MEMS執(zhí)行器是能夠用較小的力使液態(tài)或固態(tài)微型物體運(yùn)動(dòng)一小段距離的微型機(jī)器，壓電式微執(zhí)行器能夠應(yīng)用于相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦和噴墨打印機(jī)打印頭；靜電式微執(zhí)行器和電磁微執(zhí)行器可以用于微型反射鏡、免觸控用戶界面、超極本投影；熱學(xué)微執(zhí)行器可以用于打印機(jī)噴墨打印頭、MEMS微射流執(zhí)行器。

目前，壓電式微執(zhí)行器用于相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦和噴墨打印機(jī)打印頭已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商用。意法半導(dǎo)體與PoLight公司合作，使用薄膜式壓電執(zhí)行器開(kāi)發(fā)的智能手機(jī)相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦執(zhí)行器，比音圈電機(jī)式解決方案功耗更低、速度更快。英特爾的RealSense深度攝像頭實(shí)現(xiàn)了手勢(shì)控制、頭部控制、人臉識(shí)別、3D掃描、景深識(shí)別、語(yǔ)音控制等功能，其中就集成了意法半導(dǎo)體的微型影像掃描反射鏡。意法半導(dǎo)體和Debiotech公司合作開(kāi)發(fā)的Nanopump胰島素輸送泵，就是利用MEMS微流體技術(shù)制造，以簡(jiǎn)單易用的方式提高了糖尿病患者的生活質(zhì)量。

意法半導(dǎo)體的MEMS執(zhí)行器采用與傳感器相同的機(jī)械結(jié)構(gòu)原理和基本制造工藝，并且還配有專門(mén)的模擬信號(hào)處理和電源管理單元，適合于一些需要更高工作電壓的應(yīng)用。Benedetto表示：MEMS執(zhí)行器的應(yīng)用場(chǎng)景要更廣泛，可用于更多產(chǎn)品，所以預(yù)期增速要高于傳感器。

物聯(lián)網(wǎng)將拉動(dòng)MEMS發(fā)展

身處科技圈，怎能不提物聯(lián)網(wǎng)！談及MEMS在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的作用，Benedetto表示：物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的是整體用戶體驗(yàn)，其中的物大部分是靜止的，因此更看好MEMS環(huán)境傳感器和麥克風(fēng)的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，尤其是智能家居，常常需要采集周圍環(huán)境參數(shù)，這會(huì)是MEMS環(huán)境傳感器的一個(gè)出口；目前應(yīng)用對(duì)于聲音的利用還處于初級(jí)水平，潛力尚未挖掘出來(lái)，這也會(huì)是一個(gè)開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)，所以麥克風(fēng)的應(yīng)用前景也不錯(cuò)。