MEMS的未來十年屬于執行器

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MEMS的未來十年屬于執行器

本刊記者薛士然

過去幾年，微機電系統(Micro Electro Mechanical System，MEMS)備受關注，但是大多數集中于MEMS傳感器應用，在可以預見的未來十年內，MEMS執行器即將大放異彩。

其實，MEMS包含傳感器和執行器

MEMS里面包含了傳感器(sensor)和執行器(actuator)，二者之間是互補的。簡單地說，MEMS傳感器實現的是機械能向電能的轉換，而執行器實現的是電能向機械能的轉換，它們共同實現了MEMS的雙向操作。

意法半導體執行副總裁兼模擬、MEMS和傳感器產品事業部總經理Benedetto Vigna，這樣描述其MEMS傳感器和執行器的歷史：早在2000年時，意法半導體就已經有了射流微執行器，比加速度計(屬于MEMS傳感器)的出現還早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、紫外傳感器、濕度傳感器等屬于MEMS傳感器系列的產品發展得非常迅速，得到了廣泛應用。但是MEMS執行器在這十年內卻一直沒有新產品出現，直到壓電執行器和微反射鏡的推出，意法半導體的MEMS執行器才開始續寫新的應用。

為什么意法半導體的MEMS執行器在這十年間出現了“斷片”呢？Benedetto是這樣解釋的：首先，當時的生產能力無法滿足MEMS執行器系列產品的要求，產業鏈的發展也不完善，在一定程度上阻礙了執行器產品的創新；其次，新技術的持續發展必須由應用來推動，比如自動對焦應用，在幾年前并沒有這樣的需求，隨著其他技術的發展，現在這個需求產生了，自然會拉動支持對焦功能的器件需求，所以技術的發展需要“天時、地利、人和”，目前來看， MEMS執行器已經具備了這些條件。

未來，MEMS執行器增速將超過傳感器

經過十年積累，意法半導體的MEMS運動傳感器、麥克風、環境傳感器和觸屏傳感器已經憑借獨特優勢獲得了客戶的認可。例如，Chipworks曾經這樣評價意法半導體的陀螺儀：“這是我們首次在蘋果產品內看到一個無需外部加速度計的真正的6軸傳感器。”意法半導體MEMS傳感器產品將在傳統市場的傳統產品、傳統市場的新產品、新市場的傳統產品、新市場的新產品中繼續拓展應用，未來增長依然可期。

不過，在接下來的十年內，Benedetto預測MEMS執行器的增速會超過傳感器。MEMS執行器是能夠用較小的力使液態或固態微型物體運動一小段距離的微型機器，壓電式微執行器能夠應用于相機自動對焦和噴墨打印機打印頭；靜電式微執行器和電磁微執行器可以用于微型反射鏡、免觸控用戶界面、超極本投影；熱學微執行器可以用于打印機噴墨打印頭、MEMS微射流執行器。

目前，壓電式微執行器用于相機自動對焦和噴墨打印機打印頭已經實現商用。意法半導體與PoLight公司合作，使用薄膜式壓電執行器開發的智能手機相機自動對焦執行器，比音圈電機式解決方案功耗更低、速度更快。英特爾的RealSense深度攝像頭實現了手勢控制、頭部控制、人臉識別、3D掃描、景深識別、語音控制等功能，其中就集成了意法半導體的微型影像掃描反射鏡。意法半導體和Debiotech公司合作開發的Nanopump胰島素輸送泵，就是利用MEMS微流體技術制造，以簡單易用的方式提高了糖尿病患者的生活質量。

意法半導體的MEMS執行器采用與傳感器相同的機械結構原理和基本制造工藝，并且還配有專門的模擬信號處理和電源管理單元，適合于一些需要更高工作電壓的應用。Benedetto表示：MEMS執行器的應用場景要更廣泛，可用于更多產品，所以預期增速要高于傳感器。

物聯網將拉動MEMS發展

身處科技圈，怎能不提物聯網！談及MEMS在物聯網時代的作用，Benedetto表示：物聯網帶來的是整體用戶體驗，其中的物大部分是靜止的，因此更看好MEMS環境傳感器和麥克風的應用。物聯網應用中，尤其是智能家居，常常需要采集周圍環境參數，這會是MEMS環境傳感器的一個出口；目前應用對于聲音的利用還處于初級水平，潛力尚未挖掘出來，這也會是一個開發熱點，所以麥克風的應用前景也不錯。