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2010年(nian)之(zhi)後(hou)，才(cai)會(hui)有(you)比(bi)較(jiao)明(ming)顯(xian)的(de)市(shi)場(chang)需(xu)求(qiu)出(chu)現(xian)。不(bu)過(guo)，陀(tuo)螺(luo)儀(yi)的(de)用(yong)途(tu)仍(reng)然(ran)很(hen)廣(guang)。而(er)隨(sui)著(zhe)製(zhi)造(zao)與(yu)整(zheng)合(he)技(ji)術(shu)的(de)進(jin)步(bu)以(yi)及(ji)市(shi)場(chang)需(xu)求(qiu)的(de)增(zeng)加(jia)，集(ji)加(jia)速(su)度(du)計(ji)與(yu)陀(tuo)螺(luo)儀(yi)於(yu)一(yi)身(shen)的(de)IMU芯片
，未來必將成為運動傳感器真正的王者。
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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。