工業(yè)自動化是一個突出的業(yè)務(wù)，它正朝著一個新的方向邁進。對品種、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)會給組織帶來巨大的成本。因此，公司開始在工業(yè)自動化領(lǐng)域探索新技術(shù)和新機遇；其中一項技術(shù)就是微電子機械系統(tǒng)（MEMS）。

繼機電一體化之后，這是微型機電一體化的時代。

MEMS——先進半導(dǎo)體技術(shù)

MEMS體現(xiàn)了一種先進的半導(dǎo)體技術(shù)，它包括單個芯片上的移動元件和電子元件。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)包括體積微機械加工，包括對基底材料進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、可擴展性、靈敏度和成本效益高的解決方案為工業(yè)自動化領(lǐng)域提供了大量的MEMS應(yīng)用機會。

壓力傳感器和慣性傳感器（如加速度計和陀螺儀）是影響工業(yè)自動化領(lǐng)域的MEMS傳感器類型。例如，硅微機械壓力傳感器在工業(yè)過程控制、汽車測試、液壓和氣動監(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、制冷劑回收、HVAC風機控制或可變風量測量、壓力逐漸升高檢測、泄漏和壓降檢測以及許多其他工業(yè)過程控制應(yīng)用。

工業(yè)微型機電一體化時代

MEMS技術(shù)對工業(yè)機器人尤其有利，因為該技術(shù)可以應(yīng)用于觸覺傳感器、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)允許開發(fā)或生產(chǎn)成本較低的觸覺傳感器，使機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)行動作。微型化的趨勢為多傳感器在機器人、制造過程、過程控制以及生物技術(shù)和生命科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用帶來了機遇。

一方面，多傳感器提高了對多個參數(shù)進行精確可靠測量的能力。

一個關(guān)鍵的例子是美國宇航局開發(fā)的高溫氣體傳感器陣列，也稱為電子鼻。該鼻傳感器陣列采用MEMS技術(shù)制造，由多個傳感器組成，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、基于碳化硅的碳氫化合物傳感器和氧傳感器組成。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，每個傳感器對環(huán)境中的個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)展趨勢越來越明顯。

另一方面，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)。

如因工業(yè)自動化市場的直接應(yīng)用受到限制，Hygrometric Inc.參與制造基于水蒸氣的MEMS濕度傳感器。還有MEMS制造的熱電堆是紅外（IR）傳感器，用于測量各種工業(yè)應(yīng)用中的溫度變化，如表面溫度監(jiān)測和包裝（如食品和車輛）的溫度控制。這種裝置也在紅外氣體測量儀器中，反過來又被用于傳感二氧化碳，用于建筑物的按需通風。

基于MEMS的熱電堆紅外傳感器可以通過硅的體刻蝕來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。當芯片暴露在紅外輻射下時，熱電堆測量薄膜中心和外圍之間的溫差。

除了已有的市場之外，MEMS還在幾個有希望的領(lǐng)域得到應(yīng)用。

比如總部位于加州的集成微機械公司（integrated micromachines Inc.）開發(fā)了超小型硅微繼電器和微型開關(guān)，它們被用于高端工業(yè)應(yīng)用。再比如，德州儀器公司正在使用微機械元件制造平板顯示器。以及桑迪亞國家實驗室演說家和其他機構(gòu)的研究人員正在努力開發(fā)微型發(fā)動機的機會。研究和開發(fā)的重點也正在轉(zhuǎn)向大型陣列或MEMS傳感器網(wǎng)絡(luò)，而不僅僅是單個MEMS器件。

隨著計算機輔助設(shè)計工具和軟件的滲透，MEMS器件的設(shè)計軟件市場也得到了發(fā)展。

例如，Coventor提供了MEMS設(shè)計軟件，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)動因素

成本：最初采用MEMS技術(shù)的主要驅(qū)動因素是成本。

MEMS技術(shù)具有降低成本的巨大潛力，因為它可以很容易批量制造。例如，模擬設(shè)備公司的制造方法已經(jīng)標準化，每年能運送數(shù)百萬個加速計。與傳統(tǒng)的傳感器制造相比，該工藝流程簡化，且所需的勞動力更少。多用戶MEMS工藝（MUMPS）是一種標準化的表面微機械加工技術(shù)，它是利用MEMSCAP中的多晶硅來制造MEMS器件的最廉價的制造技術(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)濟高效，因此利潤非常可觀。

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：緊湊是電子或機械設(shè)備市場的主流趨勢。

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組件可以增強產(chǎn)品的能力，例如工業(yè)機器人。

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)自動化應(yīng)用中實現(xiàn)大規(guī)模的體積需求，企業(yè)可能不愿意對MEMS進行大規(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準化MEMS工藝。

例如，壓力傳感器、加速度計、噴墨打印機、顯示器和所有其他類型的MEMS都采用不同的工藝模塊。因此，在設(shè)計、包裝、測試和工具開發(fā)方面缺乏協(xié)同或合作。

最終，定制工藝在MEMS市場中最為普遍。

盡管壓力傳感器和加速度計標準化工藝的發(fā)展正在開辟新的可能性，但高水平的知識產(chǎn)權(quán)阻礙了新MEMS器件的標準化。

封裝技術(shù)仍然是MEMS傳感器成功商業(yè)化的核心技術(shù)障礙。

隨著MEMS技術(shù)的應(yīng)用日益特殊，MEMS器件的封裝對于特定應(yīng)用的封裝將是一個重大挑戰(zhàn)。

MEMS傳感器滲入廣泛應(yīng)用，推動工業(yè)自動化發(fā)展

工業(yè)自動化是一個成熟的市場，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對價格敏感；而且大多數(shù)工藝都是一次性投資。工業(yè)自動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。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，因為在這些領(lǐng)域，如消費電子等需求量較大，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注于工業(yè)自動化，因為它可能無法產(chǎn)生某些其他細分市場的產(chǎn)量。然而，工業(yè)自動化領(lǐng)域可以為MEMS開發(fā)人員和供應(yīng)商提供機會，以創(chuàng)造和提供更高價值的基于MEMS的傳感器和驅(qū)動裝置，與用于更高價格敏感、更高容量應(yīng)用的MEMS設(shè)備相比，這些傳感器和驅(qū)動裝置的價格可能更高。

MEMS傳感器的壓力、流量、加速度/振動/傾斜、角速度等參數(shù)在一定程度上影響著工業(yè)自動化技術(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程監(jiān)控應(yīng)用、工業(yè)安全、機械監(jiān)控，在裝配線制造應(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、分布式以及無線監(jiān)控方向發(fā)展，MEMS技術(shù)在這一領(lǐng)域可能發(fā)揮著越來越重要的作用。MEMS支持的小型化和微機電一體化的趨勢正在推動工業(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)問題，將有助于在其他領(lǐng)域的轉(zhuǎn)彎，并推動未來幾年工業(yè)自動化的發(fā)展。

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