当前课程知识点：MEMS与微系统 > 第一章 概述 > 第4小节 MEMS的发展（续） > MEMS的发展（续）
1992年斯坦福大学研制成功了
衍射光栅
1993年美国的Draper实验室
第一次实现了微加工技术的
谐振式硅微陀螺
那么1990年在瑞士汽巴-嘉基制药
公司工作的Manz第一次提出了
Lab on a chip也就是芯片实验室的
这样的一个概念
这个概念的提出迅速吸引了
全世界的注意
使得从90年代开始以生物医学和
化学作为主要应用目的的微流体和
芯片实验室系统快速的发展
从90年代初开始美国的Hughes公司
Rockwell公司和加州大学伯克利分校
在DARPA资助下开始了RFMEMS的研究
从1995年开始陆续报道了
一些开关和谐振器等的研究成果
那么经过近20年的不懈努力
很多成果在最近几年进入到了产业化
那么20世纪的90年代同样
也是表面微加工技术产品
开始走上舞台的一个阶段
这里边最重要的是1993年
ADI公司推出了基于表面微加工技术的
一些陀螺产品
第一个陀螺产品就是ADXL50
除此以外1996年德州仪器公司
推出了基于表面微加工技术制造的
数字微镜也就是DMD
在设计和制造领域里1992年
美国北卡州的微电子中心
第一次开始提供MEMS的代工加工服务
1992年MIT推出了第一个MEMS的
设计软件叫MEMSCAD1.0
1998年美国Sandia国家实验室
推出了它的Summit V
这样的一个代工工艺
那么进入到了21世纪MEMS
进入到一个辉煌发展的时期
21世纪也是MEMS第二轮商业化浪潮
它的主要牵引力来自于消费电子的发展
特别是惯性传感器
压力传感器和硅微麦克风的发展
2002年的时候ADI利用
表面微加工工艺推出了它的系列陀螺
ADXRS系列
那么这个成为在汽车和消费电子领域里
都广泛使用的产品
2003年摩托罗拉公司首先
将美国的Knowles公司的
麦克风引入到了手机
那么今天硅微麦克风
已经成为手机的必须器件
2004年IBM首次将MEMS
引入到计算机
主要是用于计算机的硬盘保护
它是通过加速度传感器来检测
硬盘的跌落和撞击等
在损害发生以前迅速将磁头保护起来
2006年Sony和任天堂公司
推出了基于MEMS动作测量的
动作控制游戏机的控制手柄
2007年苹果公司首先将
动作控制引入到手机
它也是基于MEMS传感器实现的
动作测量
除了消费电子领域里在生物医学
智慧城市 航空航天等不同的领域
MEMS在21世纪都得到了
非常迅速的发展
我们简单总结一下
不同历史阶段的发展可以发现
进入到21世纪
整个MEMS所能实现的系统越来越复杂
也从最简单的压力加速度的测量
开始发展到很多化学 生物以及
复杂物理环境的测试
那么MEMS这些年的市场
一直处于一个高速发展阶段
2015年MEMS的产值达到了145亿美元
预计到2019年将达到240亿美元
推动MEMS市场高速发展的商业化浪潮
除了我们前面讲到的
从70年代末开始的
第一轮以医用和车用压力传感器为主的
第一轮商业化浪潮
那么今天消费电子所牵引的
第二轮商业化浪潮
那么未来将是以物联网
作为主要应用对象的
第三轮商业化浪潮
由于物联网所涵盖的对象和体系
极为广泛
因此说MEMS将会在物联网领域里
有更广阔的应用
目前主流的MEMS产品大体可以分为两类
就是传感器和执行器
传感器包括加速度 陀螺 压力以及
麦克风
那么执行器呢
包括了一些微镜 谐振器等等
这些MEMS产品有一个共同的特点
第一它的种类比较多
每一种传感器它的结构 工作原理
甚至于封装都不一样
因此不同的产品对应着不同的结构
这样的话会导致MEMS的产品种类比较多
第二相对而言
MEMS产品的利润率还是比较高的
这主要是由于MEMS的制造产品率
相对于集成电路较低
它的研发技术难度也比较高
因此它的附加值相对高一些
第三个呢就是销售额比较低
虽然每一个MEMS芯片的价钱并不低
但是由于总体销量的原因
MEMS的销售额仍旧
跟集成电路没办法去比
因此如果要提高MEMS总体的销售额
除了去开发附加值更高
也就是单片价格更高的MEMS产品以外
还要大量的去扩展它的应用
我们来看几个例子，到目前为止
ST的产品也就是ST的加速度
陀螺以及麦克风呢
这些产品累计已经销售了30亿只
那么Bosch的传感器产品
已经累计销售了50亿只
Knowles的麦克风累计也超过了20亿只
MEMS的产品大体上都
经历了研发 批量生产 成本下降
以及到抢占市场这样的一个阶段
我们把不同的产品压力传感器
DMD 气体传感器 麦克风等
分别按照这样的一个阶段
去列出它的时间表
我们可以大体上发现平均产品的
研发时间达到了10年
平均从产品原形到批量生产用了八年
那么成本控制大概用了将近10年的时间
因此我们可以看得出来
对于目前市场上所广泛销售的MEMS产品
从研发到真正进入到产品成熟阶段
每一个产品平均用到了27到28年的时间
从这个数据我们可以发现
MEMS的产品它的研发生产
具有相当大的技术难度
目前全世界从事
MEMS设计 生产 销售的公司
有超过300家
主要集中在欧美日等发达地区
最近几年国内MEMS相关的企业
也发展异常的迅速
从世界范围来看
目前排名在前几位的MEMS生产商分别是
德国的Bosch
美国的德州仪器
欧洲的意法半导体
这些厂商以一种或者几种MEMS产品
作为自己的主要产品
在消费电子领域里
或者是汽车电子领域里
占据非常大的市场份额
这样才能将自己的销售额
排名到世界前列
我们把世界上主要的
MEMS生产厂商分析来看
可以分为拥有核心技术
也就是在半导体领域里 所谓的
IDM或者是MEMS代工厂这样两大类
MEMS领域里的拥有核心技术厂商
包括了传统的集成电路制造商
比如像德州仪器像ADI
包括Freescale或者是意法半导体
那么还有应用市场上的产品制造商
比如说惠普
Epson和Lexmark
这都是在打印机里的世界巨头
Bosch Delco或者Denso
这是在汽车零配件领域里的
世界著名的生产商
单纯的MEMS制造商相对比较少
早些年主要以美国的BEI和
通用电器的Novasensor为主
近几年Invensense等公司
也发展较为迅速
开始进入到世界主流MEMS生产商的行列
那么除此以外还有一些新兴的
技术公司
他们掌握着一些流体芯片实验室
以及化学或者是光学领域里的一项
或者几项的独门技术
那么在产品开始被市场广泛认可以前
很多这样的新兴公司
会被大型的公司所收购
在MEMS的代工厂领域里
又包括了传统的集成电路代工厂
比如说台积电TSMC或者是UMC
那么TSMC他
不仅是全世界最大的集成电路的代工厂
也是全世界最大的MEMS代工厂
除此以外还包括了
一些以MEMS代工为主的厂商
这里边比较典型的
包括Dalsa或者是IMT
包括X-Fab或者是Memscap等等
从前面的介绍我们可以看得出来
MEMS的制造它的基本原理
它的应用涉及到非常多的学科领域
既包括了机械也包括了
电子还包括光 热 磁
生物化学等等
因此
MEMS是一个多学科高度交叉的领域
同时它的制造技术也表现出了多样化
既有表面微加工也有体微加工
每一种加工技术
还可以按照不同的顺序去进行组合
在应用方面
它也涉及到能源 化工
医学 农业等等不同的领域
因此可以说MEMS涵盖着众多的
学科方向和不同的应用领域
这样的一个特点
使得我们这门课
主要内容包括以下几个部分
第一我们首先来介绍
多学科交叉的基础知识
包括基础的电磁学
基础的力学以及一些物理学
和简单的集成电路制造技术
我们这门课的第二重点
是以微加工为主的制造技术
我们会重点介绍表面微加工技术
和体微加工技术
这两个在微加工领域里最重要的技术
同时我们在基础知识和制造技术的基础上
会结合目前MEMS产品
和工业界的发展
来介绍微传感器执行器
以及无线通信光学生物和流体MEMS等
这些内容会将基础理论
与世界先进的产品结合到一起
让大家充分的了解
目前MEMS的发展程度
这门课的目的是想让大家
能够掌握MEMS的设计和制造
这两个基本的知识
同时训练多学科交叉
来解决实际问题的能力
以及培养从事科学研究
和技术开发的能力
由于MEMS这些特点
我们在学习的过程中需要注意以下几点
首先要注意在微米尺度上器件的性能
与宏观上的差异
它表现在宏观的物理规矩是仍旧成立的
但是它的控制因素却发生了变化
比如说在宏观上
来主导物体运动方式的惯性
在微观上就不那么重要了
而在宏观上不重要的
一些表面力在微观上
却变成了决定性的因素
另外 我们要注意多学科的
高度交叉任何一个器件的工作
往往会涉及到电学 热学 力学
不同的学科领域 那么
器件的工作也会由多个能量域的耦合
因此 如何通过能量的流动
来分析物体的运动
也是这门课所需要注意的
第三个我们需要注意到
MEMS和集成电路
MEMS的发展实际上与
集成电路大体同期起步
但是MEMS的发展速度
却没有集成电路的发展速度快
因此MEMS的发展过程中
借鉴了大量的集成电路的制造技术
所以我们既要区分二者的不同点
也要去寻找二者的相同点
特别是近年来集成电路领域里的
三维集成技术的发展
使得原来仅在MEMS领域里应用的
深刻蚀技术和键合技术
现在也被广泛的采用在集成电路的
制造领域
因此二者通过微加工技术有所区分
近年来由于集成电路制造技术
也用了很多微加工技术
导致二者又开始进一步的融合
这门课的学习中
我们建议大家以理论和制造技术
作为基础
以应用作为目标和牵引
这门课所使用的教材叫
微系统设计与制造
是2015年10月清华大学出版社出版的
第二版
我们需要注意的
一个是MEMS需要多学科的交叉知识
因此不同背景同学
需要根据自己的特点适当的补充
所需要的知识
比如说电子背景的同学
需要一些基本力学的知识
机械背景的同学需要
一些集成电路制造的知识
第二我们需要注意的是
这本教材的内容远远超出
我们课程的信息量
因此建议大家根据学习或者
工作的需要有选择的阅读
今天的课就上到这里 再见
-第1小节 MEMS的定义
--MEMS的定义
-第1小节 MEMS的定义--作业
-第2小节 MEMS的应用领域
-第2小节 MEMS的应用领域--作业
-第3小节 MEMS的发展
--MSMS的发展
-第3小节 MEMS的发展--作业
-第4小节 MEMS的发展（续）
-第4小节 MEMS的发展（续）--作业
-第1小节 应力和应变
--应力与应变
-第1小节 应力和应变--作业
-第2小节 弹性梁
--弹性梁
-第2小节 弹性梁--作业
-第3小节 弹性梁（续）
--弹性梁（续）
-第3小节 弹性梁（续）--作业
-第4小节 薄板与流体的基本概念
-第4小节 薄板与流体的基本概念--作业
-第5小节 流体的基本概念（续）
-第5小节 流体的基本概念（续）--作业
-第6小节 静电力
--静电力
-第6小节 静电力--作业
-第7小节 尺寸效应
--尺寸效应
-第7小节 尺寸效应--作业
-第1小节 MEMS光刻技术
--MEMS光刻技术
-第1小节 MEMS光刻技术--作业
-第2小节 体微加工技术—各向同性湿法刻蚀
-第2小节 体微加工技术—各向同性湿法刻蚀--作业
-第3小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀
-第3小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀--作业
-第4小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀（续）
-第4小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀（续）--作业
-第5小节 体微加工技术—干法刻蚀
-第5小节 体微加工技术—干法刻蚀--作业
-第6小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀
-第6小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀--作业
-第7小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀（续）
-第7小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀（续）--作业
-第8小节 体微加工技术—稳态深刻蚀
-- 体微加工技术—稳态深刻蚀
-第8小节 体微加工技术—稳态深刻蚀--作业
-第9小节 体微加工技术—干法刻蚀设备与应用
-第9小节 体微加工技术—干法刻蚀设备与应用--作业
-第1小节 表面微加工技术概述
-- 表面微加工技术概述
-第1小节 表面微加工技术概述--作业
-第2小节 表面微加工技术的几个问题
-第2小节 表面微加工技术的几个问题--作业
-第3小节 表面微加工代工工艺
-第3小节 表面微加工代工工艺--作业
-第4小节 表面微加工的应用
--表面微加工的应用
-第4小节 表面微加工的应用--作业
-第5小节 厚结构层技术
-- 厚结构层技术
-第5小节 厚结构层技术--作业
-第1小节 键合概述与直接键合
-- 键合概述与直接键合
-第1小节 键合概述与直接键合--作业
-第2小节 阳极键合与聚合物键合
-第2小节 阳极键合与聚合物键合--作业
-第3小节 金属键合与键合设备
-- 金属键合与键合设备
-第3小节 金属键合与键合设备--作业
-第1小节 工艺集成
-- 工艺集成
-第1小节 工艺集成--作业
-第2小节 系统集成
--系统集成
-第2小节 系统集成--作业
-第3小节 单芯片集成与多芯片集成
-第3小节 单芯片集成与多芯片集成--作业
-第4小节 三维集成
--三维集成
-第4小节 三维集成--作业
-第5小节 MEMS封装
--MEMS封装
-第5小节 MEMS封装--作业
-第6小节 MEMS封装(续)
-第6小节 MEMS封装(续)--作业
-第1小节 概述
--概述
-第1小节 概述--作业
-第2小节 压阻传感器
--压阻传感器
-第2小节 压阻传感器--作业
-第3小节 电容传感器与压电传感器
-第3小节 电容传感器与压电传感器--作业
-第4小节 谐振传感器与遂穿传感器
-第4小节 谐振传感器与遂穿传感器--作业
-第1小节 压力传感器
--压力传感器
-第1小节 压力传感器--作业
-第2小节 压阻式压力传感器
-- 压阻式压力传感器
-第2小节 压阻式压力传感器--作业
-第3小节 压阻式压力传感器（续）
-第3小节 压阻式压力传感器（续）--作业
-第4小节 电容式压力传感器与谐振式压力传感器
-第4小节 电容式压力传感器与谐振式压力传感器--作业
-第5小节 硅微麦克风
--硅微麦克风
-第5小节 硅微麦克风--作业
-第1小节 惯性传感器与加速度传感器概述
-第1小节 惯性传感器与加速度传感器概述--作业
-第2小节 压阻式与电容式加速度传感器
-第2小节 压阻式与电容式加速度传感器--作业
-第3小节 电容式与热传导式加速度传感器
-第3小节 电容式与热传导式加速度传感器--作业
-第4小节 微机械陀螺概述
--微机械陀螺概述
-第4小节 微机械陀螺概述--作业
-第5小节 典型微机械陀螺
--典型微机械陀螺
-第5小节 典型微机械陀螺--作业
-第6小节 典型微机械陀螺（续）
-第6小节 典型微机械陀螺（续）--作业
-第7小节 模态解耦合
--模态解耦合
-第7小节 模态解耦合--作业
-第1小节 执行器概述
--执行器概述
-第1小节 执行器概述--作业
-第2小节 静电执行器—平板电容执行器
-第2小节 静电执行器—平板电容执行器--作业
-第3小节 静电执行器—平板电容执行器（续）
-第3小节 静电执行器—平板电容执行器（续）--作业
-第4小节 静电执行器—叉指电容执行器
-第4小节 静电执行器—叉指电容执行器--作业
-第5小节 热执行器
--热执行器
-第5小节 热执行器--作业
-第6小节 压电执行器和磁执行器
-- 压电执行器和磁执行器
-第6小节 压电执行器和磁执行器--作业
-第1小节 RF MEMS概述
-- RF MEMS概述
-第1小节 RF MEMS概述--作业
-第2小节 MEMS开关I
--MEMS开关I
-第2小节 MEMS开关I--作业
-第3小节 MEMS开关II
--MEMS开关II
-第4小节 MEMS开关III
-第4小节 MEMS开关III--作业
-第5小节 MEMS谐振器—梳状谐振器
-第5小节 MEMS谐振器—梳状谐振器--作业
-第6小节 MEMS谐振器—板式谐振器
-第7小节 MEMS谐振器的制造
-第7小节 MEMS谐振器的制造--作业
-第1小节 光学MEMS概述
-- 光学MEMS概述
-第1小节 光学MEMS概述--作业
-第2小节 MEMS光开关I
--MEMS光开关I
-第2小节 MEMS光开关I--作业
-第3小节 MEMS光开关II
-- MEMS光开关II
-第3小节 MEMS光开关II--作业
-第4小节 影像再现I—反射器件
-- 影像再现I—反射器件
-第4小节 影像再现I—反射器件--作业
-第5小节 影像再现II—衍射器件
-第5小节 影像再现II—衍射器件--作业
-第6小节 影像再现III—干涉器件
-第6小节 影像再现III—干涉器件--作业
-第1小节 概述
-- 概述
-第1小节 概述--作业
-第2小节 软光刻技术
--软光刻技术
-第2小节 软光刻技术--作业
-第3小节 微流体输运
--微流体输运
-第3小节 微流体输运--作业
-第4小节 微流体输运（续）
--微流体输运（续）
-第4小节 微流体输运（续）--作业
-第5小节 试样处理
--试样处理
-第5小节 试样处理--作业
-第6小节 试样处理（续）
--试样处理（续）
-第7小节 检测技术
--检测技术
-第8小节 微流体应用
--微流体应用
-第8小节 微流体应用--作业
-第9小节 微流体应用（续）
--微流体应用（续）
-第9小节 微流体应用（续）--作业
-第1小节 概述
--概述
-第1小节 概述--作业
-第2小节 药物释放 神经探针 生物传感器
-第2小节 药物释放 神经探针 生物传感器--作业
-第3小节 可穿戴与可植入微系统
-第3小节 可穿戴与可植入微系统--作业
