聊聊什么是MEMS芯片，比激光器芯片更难造

一说到芯片，就是横在我们心头的一根尖刺！虽说国家已经在大力扶持芯片产业，但是与美欧在芯片的长期深耕相比，我们还有很大的鸿沟等待跨越！

4G将视频普及到了手机上，让互联网经济触及到我们每一个人，而随着5G的快速发展，万物互网将会将所有人和物联系在一起，这股巨大流量将会引爆一个更加庞大的市场。物联网时代，除了计算核心芯片之外，外貌和芯片有点像的MEMS(微机电系统)市场规模和芯片也一样大得很。

微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System），也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。主要用作各种传感器，以测量加速度、角速度、压力、位移、流量、电量、磁场、红外、温度、气体成分、湿度、PH值、离子浓度、生物浓度、触觉等。

可能大家对MEMS没有太多概念，但是我们实际每天都用到它。在手机就有很多MEMS器件，比如用于测量单击双击手式的MEMS陀螺仪，它还集成重力感应和方向感应的功能。

从上图看起来MEMS似乎不小，但这是它封装好之后的形式，而这种微结构，比芯片的工艺更复杂，我国近年通过扶持政策，已经初步具备了芯片生产能力。但是在MEMS行业，我们比芯片落后得更多。MEMS产品包罗万象，它用微电子加工的方式做出常用的机械装置，如马达、泵、陀螺仪、反射镜面等，内部可能包括通道、孔、悬臂梁、膜、腔体等结构。MEMS融合了微电子加工工艺和精密机械加工等技术，涉及微电子、机械、材料、力学、化学甚至生物学等诸多科学领域。

MEMS芯片与螨虫的对比图

微机械概念是著名物理学家费曼(Richard Feynman)，1959年在加州理工学院的物理年会上发表的题为“There's Plenty of Room at the Bottom（底部还有很大空间）”的著名演讲提出的。1987年，加州大学伯克利分校的科学家借鉴集成电路(IC)工艺，制作出了直径仅为100μm左右的硅微静电微电机，它的大小与人类头发丝的粗细相当。此后，MEMS技术进入飞速发展时代，各种MEMS产品层出不穷，应用在各种尖端领域。

在投影机当中，最核心的芯片叫做DMD，这种芯片就是一种MEMS器件，全世界只有美国的TI（德州仪器）可以生产。DMD技术也称为"数字光线处理技术"。通过数字信息控制数十万到上百万个微小的反射镜，将不同数量的光线投射出去。每个微镜的面积只有16×16微米，微镜按矩阵行列排布,每个微镜可以在二进制0/1数字信号的控制下做正10度或负10度的角度翻转。如果美国禁止这种芯片出口，那么台湾的扬明、台达等投影机引擎企业都要歇菜，世界上所有投影机都得想办法再用回液晶这种昏暗的投影技术。

TI的DMD芯片原理

据相关预测，随着物联网应用的推广，全球MEMS行业在未来几年将持续每年两位数的增长，这个增长速度远超全球芯片行业的增速。到2020年，全球传感器市场接近600亿美元，而我国传感器芯片的国产化率还不到10%，比芯片还更依赖进口。

2018年全球前十大MEMS芯片公司

全球前十大MEMS公司全部是欧美日企业，并且现在MEMS的三种生产工艺分别为美国、德国和日本掌握着。这三种技术分别是以美国为代表的以集成电路加工技术为基础的硅基微加工技术，以德国为代表发展起来的利用X射线深度光刻、微电铸、微铸塑的LIGA技术，和以日本为代表的精密加工技术，如微细电火花EDM、超声波加工技术。

我国的MEMS产业起步较晚，一般认为从2010年前后我国的MEMS产业才有了雏形。但是，之前在我国的一些高校也有做过这方面的一些研究。例如2006年，哈尔滨技术学院电子工程系研制了一种高速开关磁阻微电机，其转速可达到10^5r/min。

总体来说，我国MEMS不管从技术上还是从商业上，都远远落后美欧日，2018年我国只有两家企业进入全球前30名MEMS厂商，分别是第11名的歌尔股份和第23名的瑞声科技，两家公司主营业务都集中于MEMS声学器件。我国虽已形成了设计、生产制造、封装测试、系统集成的完整产业链条，但产品集中在加速度计、压力传感器等传统领域。

MEMS传感器经历了三次浪潮，第一次发生在20世纪80年代末到90年代，以汽车电子需求增长带来的；第二次发生在2007年之后，以消费电子产品和互联网设备带来的传感器产品需求；第三次是物联网出现，其快速发展将给行业带来巨大发展红利。

能否随着这股浪潮将我国MEMS产业带动发展起来，就看我们能否抓住这个机会，将我国自主的MEMS技术发展了。