中心議題：

• 加速度計的類型
• 陀螺儀的類型
• 製造工藝與封裝

解決方案：

• 利用標準CMOS工藝生產MEMS產品
• 將MEMS機械結構與信號電路分開   

微機電運動傳感器（MEMS Motion Sensor）技術主要應用於汽車電子領域，但是憑借Wii和iPhone的熱賣，該技術一舉在消費電子市場也闖出了一片天地。

據市場研究機構The Information Network調查
，2008年全球MEMS應用市場增長率達到了11%

，市場規模約78億美元，其中MEMS在消費電子應用比例接近50%，整體市場規模將近35億美元。該機構預測
，到2012年，全球MEMS應用市場規模將達154億美元，其中MEMS消費性電子應用規模更可增長到71億美元。

另一家市場研究機構iSuppli也指出，手機將是MEMS技術下一個最具潛力的應用市場，增長幅度預計可超過汽車傳感領域和電腦周邊，到2012年，MEMS在手機領域的應用規模更可一舉達到8.669億美元，出貨量可達2.009億顆。

MEMS市場的研究權威Yole Development更認為，2012年MEMS在手機應用的整體市場規模有機會上看25億美元。

當然，要將MEMS運動傳感器技術真正導入消費電子應用，也並非一件容易的事情

，首要任務就是克服價格與技術成熟度的問題。不過，有Wii和iPhone熱賣在前，市場和主要芯片供應商一致看好該項技術的成長潛力。

MEMS運動傳感器技術概述

MEMS運動傳感器囊括多種傳感器技術。用來測量物體加速度的傳感器叫做加速度傳感器（加速度計）


；用來測量物體角速度的傳感器叫做角速度傳感器（陀螺儀）；也有將二者相結合的慣性測量單元（IMU；Inertial Measurement Unit）。另外

，還有測量高度變化的氣壓計
，以及感測絕對方向的電子羅盤。

目前由於價格因素，市麵上出售的運動傳感器大都是加速度計。據iSuppli調查顯示，2008年加速度計的出貨量較2007年增長了將近2倍
，預計2009年的出貨增長率可望達到40%左右。

而陀螺儀的研發雖然早於加速度計，但是因為設計結構較為複雜，單價始終偏高，在市場上的普及程度反而不如加速度計。據iSuppli調查顯示，陀螺儀至少要到2010nianzhihou，caihuiyoubijiaomingxiandeshichangxuqiuchuxian。buguo，tuoluoyideyongturengranhenguang。ersuizhezhizaoyuzhenghejishudejinbuyijishichangxuqiudezengjia，jijiasudujiyutuoluoyiyuyishendeIMU芯片，未來必將成為運動傳感器真正的王者。
[page]
加速度計的類型

加速度計的類型主要有四種：壓阻式、電容式、壓電式和熱對流式。

壓阻式：結jie構gou簡jian單dan
，實shi現xian較jiao為wei容rong易yi，特te別bie適shi合he用yong來lai測ce量liang低di頻pin加jia速su度du應ying用yong。不bu過guo，這zhe類lei傳chuan感gan器qi的de電dian阻zu值zhi易yi隨sui溫wen度du變bian化hua而er產chan生sheng零ling位wei漂piao移yi及ji靈ling敏min度du漂piao移yi，需xu要yao進jin行xing補bu償chang。

電容式：由(you)於(yu)利(li)用(yong)電(dian)容(rong)效(xiao)應(ying)，因(yin)此(ci)分(fen)辨(bian)率(lv)相(xiang)當(dang)高(gao)
，也(ye)具(ju)有(you)很(hen)高(gao)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)及(ji)量(liang)測(ce)範(fan)圍(wei)
，其(qi)動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)短(duan)，適(shi)合(he)高(gao)頻(pin)的(de)加(jia)速(su)度(du)應(ying)用(yong)。而(er)且(qie)可(ke)靠(kao)性(xing)高(gao)，能(neng)夠(gou)在(zai)高(gao)溫(wen)、高壓、強qiang輻fu射she及ji強qiang磁ci場chang等deng惡e劣lie的de環huan境jing中zhong工gong作zuo，也ye能neng耐nai受shou極ji大da衝chong擊ji，適shi用yong範fan圍wei極ji廣guang。同tong時shi由you於yu電dian容rong式shi為wei非fei接jie觸chu式shi量liang測ce，所suo以yi使shi用yong壽shou命ming可ke以yi很hen長chang。另ling外wai，電dian容rong式shi技ji術shu能neng夠gou通tong過guo回hui授shou控kong製zhi來lai讓rang加jia速su度du計ji的de振zhen動dong結jie構gou維wei持chi在zai線xian性xing操cao作zuo區qu域yu
，此ci特te性xing有you助zhu於yu改gai善shan傳chuan感gan器qi的de靈ling敏min度du，也ye能neng提ti升sheng其qi穩wen定ding性xing。不bu過guo，電dian容rong式shi加jia速su度du計ji采cai梳shu狀zhuang結jie構gou
，在zai生sheng產chan設she計ji具ju有you相xiang當dang難nan度du，並bing不bu容rong易yi掌zhang握wo。

壓電式：雖然也能做到回授控製的要求，而且具有體積小
、響應速度快、位移量小和消耗功率低等特色，但由於矽半導體並非壓電材料
，而一般的壓電工藝不兼容於IC標準工藝，因此在商業化上仍有許多困難需要克服。

熱對流式：利li用yong一yi個ge加jia熱re的de重zhong氣qi泡pao在zai加jia速su度du影ying響xiang下xia的de運yun動dong來lai探tan測ce加jia速su度du。該gai方fang式shi因yin為wei采cai用yong熱re傳chuan導dao原yuan理li

，其qi結jie構gou中zhong並bing沒mei有you可ke動dong部bu分fen
，所suo以yi不bu會hui出chu現xian粘zhan連lian、顆粒等問題，而且能承受50000g以yi上shang的de巨ju大da衝chong擊ji，也ye具ju有you低di成cheng本ben優you勢shi。不bu過guo，它ta對dui環huan境jing溫wen度du的de變bian化hua更geng為wei敏min感gan
，響xiang應ying頻pin率lv也ye無wu法fa太tai快kuai
，也ye有you功gong耗hao偏pian高gao的de限xian製zhi。此ci外wai，此ci類lei傳chuan感gan器qi隻zhi能neng做zuo到dao二er軸zhou的de感gan測ce能neng力li，尺chi寸cun也ye比bi電dian容rong式shi及ji壓ya電dian式shi大da。

陀螺儀的類型

陀螺儀的類型主要包括音叉式、雙質量振動式、半球諧振式、環式及梳狀驅動諧振式等。

這些技術有一個共同點，即它們都是以振動塊而非傳統的旋轉塊（rotating mass）為基礎。主要原因是MEMS技術中難以做出全程旋轉的結構

，而使用振動方式並通過科裏奧利效應（Coriolis Effect）的計算，也同樣能夠獲得角速度變化的測量。在此結構中，振動塊為驅動端


，另外還會有感測端
，將物理變化量傳送出去。

為了形成諧振的動作
，必須采用適當的材料，包括矽晶、陶瓷

、石英等

，其中以石英的性能最佳（可靠性、靈敏度、抗溫度漂移），但以矽晶的成本最低，且能采用標準的CMOS芯片工藝。

製造工藝與封裝

製造的材料不同，所使用的工藝也不同。利用石英製造的代表廠商，例如日本的Epson Toyocom
，該公司以石英（QUARTZ）材料的穩定性，結合了MEMS製造技術
，在2006年推出了“QMEMS”技術。根據該公司對QMEMS的描述就是：通過微加工技術，使水晶材料具備機械、電子、光學、化學等方麵的特性，並增加高精度、高穩定附加值的技術。

為(wei)此(ci)，工(gong)程(cheng)師(shi)采(cai)用(yong)類(lei)似(si)於(yu)生(sheng)產(chan)芯(xin)片(pian)的(de)製(zhi)造(zao)技(ji)術(shu)，但(dan)使(shi)用(yong)光(guang)罩(zhao)蝕(shi)刻(ke)製(zhi)造(zao)時(shi)
，平(ping)坦(tan)度(du)的(de)要(yao)求(qiu)會(hui)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)嚴(yan)格(ge)。此(ci)外(wai)，半(ban)導(dao)體(ti)生(sheng)產(chan)設(she)備(bei)必(bi)須(xu)調(tiao)整(zheng)成(cheng)能(neng)適(shi)合(he)處(chu)理(li)石(shi)英(ying)原(yuan)料(liao)，而(er)非(fei)原(yuan)先(xian)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)矽(gui)晶(jing)。首(shou)先(xian)，光(guang)刻(ke)膠(jiao)的(de)薄(bo)膜(mo)平(ping)放(fang)在(zai)晶(jing)圓(yuan)上(shang)，在(zai)晶(jing)圓(yuan)上(shang)有(you)用(yong)來(lai)完(wan)成(cheng)元(yuan)件(jian)設(she)計(ji)的(de)光(guang)感(gan)應(ying)式(shi)光(guang)罩(zhao)。平(ping)麵(mian)光(guang)罩(zhao)下(xia)當(dang)執(zhi)行(xing)紫(zi)外(wai)線(xian)曝(pu)光(guang)流(liu)程(cheng)後(hou)，便(bian)可(ke)產(chan)生(sheng)出(chu)曝(pu)光(guang)和(he)未(wei)曝(pu)光(guang)的(de)區(qu)域(yu)，然(ran)後(hou)不(bu)需(xu)要(yao)的(de)區(qu)域(yu)可(ke)藉(ji)由(you)化(hua)學(xue)洗(xi)劑(ji)的(de)幫(bang)助(zhu)來(lai)蝕(shi)刻(ke)掉(diao)
，留(liu)所(suo)需(xu)的(de)形(xing)狀(zhuang)。最(zui)後(hou)，此(ci)晶(jing)圓(yuan)會(hui)進(jin)行(xing)切(qie)割(ge)並(bing)被(bei)切成小方塊，所生產出來的MEMS芯片就可以進行封裝了。

但是，為了壓低MEMS運動傳感器的價格，擴大其市場應用範圍，一種利用既有標準CMOS工藝來生產MEMS產品的技術便應運而生。這種名為CMOS-MEMS的技術無需特殊的生產設備
，可直接在既有的半導體生產流程上完成MEMS的產品。相較於過去MEMS產品必須先在自有廠房內完成機械結構的生產模式，CMOS-MEMS技術對於量產、係統整合和低價化更有優勢。

不論是加速度計或陀螺儀，最常見也是最可行的作法都是將MEMS機(ji)械(xie)結(jie)構(gou)與(yu)負(fu)責(ze)信(xin)號(hao)調(tiao)整(zheng)與(yu)測(ce)量(liang)的(de)電(dian)路(lu)分(fen)開(kai)設(she)計(ji)，再(zai)通(tong)過(guo)封(feng)裝(zhuang)的(de)方(fang)式(shi)整(zheng)合(he)在(zai)一(yi)起(qi)

，封(feng)裝(zhuang)上(shang)可(ke)以(yi)采(cai)取(qu)堆(dui)棧(zhan)或(huo)並(bing)排(pai)其(qi)中(zhong)一(yi)種(zhong)方(fang)式(shi)。專(zhuan)家(jia)表(biao)示(shi)，機(ji)械(xie)與(yu)電(dian)路(lu)是(shi)兩(liang)個(ge)差(cha)異(yi)性(xing)很(hen)大(da)的(de)元(yuan)件(jian)，要(yao)將(jiang)之(zhi)結(jie)合(he)存(cun)在(zai)很(hen)大(da)的(de)障(zhang)礙(ai)，如(ru)果(guo)機(ji)械(xie)與(yu)電(dian)路(lu)一(yi)定(ding)要(yao)強(qiang)行(xing)結(jie)合(he)

，那(na)麼(me)將(jiang)會(hui)犧(xi)牲(sheng)性(xing)能(neng)。采(cai)用(yong)分(fen)開(kai)設(she)計(ji)的(de)方(fang)式(shi)
，在(zai)性(xing)能(neng)與(yu)質(zhi)量(liang)上(shang)更(geng)有(you)保(bao)障(zhang)，因(yin)此(ci)分(fen)開(kai)設(she)計(ji)是(shi)最(zui)好(hao)的(de)方(fang)式(shi)。

不過，晶圓級的整合畢竟能夠提供更優異的元件緊湊度，有助於降低尺寸與量產成本，也能減少額外元件及阻抗損耗
，以及封裝、測試上的成本，所以MEMS元件還是會朝向單芯片的方向發展。據了解
，目前有些IDM大廠
，如ADI
、Infineon等已可做到CMOS-MEMS的單芯片工藝技術。這是因為ADI、Infineon擁有MEMS和電路的所有技術，所以能將其MEMS工藝放在整個生產流程的中段。而像台積電、聯電等台灣的晶圓代工廠
，雖然也有CMOS-MEMS工藝，但是都偏向於先做完CMOS的IC電路，再完成MEMS的結構。