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MEMS的未來十年屬于執(zhí)行器

本刊記者薛士然

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

其實，MEMS包含傳感器和執(zhí)行器

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

意法半導體執(zhí)行副總裁兼模擬、MEMS和傳感器產(chǎn)品事業(yè)部總經(jīng)理Benedetto Vigna，這樣描述其MEMS傳感器和執(zhí)行器的歷史：早在2000年時，意法半導體就已經(jīng)有了射流微執(zhí)行器，比加速度計(屬于MEMS傳感器)的出現(xiàn)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(chǎn)品發(fā)展得非常迅速，得到了廣泛應用。但是MEMS執(zhí)行器在這十年內(nèi)卻一直沒有新產(chǎn)品出現(xiàn)，直到壓電執(zhí)行器和微反射鏡的推出，意法半導體的MEMS執(zhí)行器才開始續(xù)寫新的應用。

為什么意法半導體的MEMS執(zhí)行器在這十年間出現(xiàn)了“斷片”呢？Benedetto是這樣解釋的：首先，當時的生產(chǎn)能力無法滿足MEMS執(zhí)行器系列產(chǎn)品的要求，產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展也不完善，在一定程度上阻礙了執(zhí)行器產(chǎn)品的創(chuàng)新；其次，新技術的持續(xù)發(fā)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(fā)展，現(xiàn)在這個需求產(chǎn)生了，自然會拉動支持對焦功能的器件需求，所以技術的發(fā)展需要“天時、地利、人和”，目前來看， MEMS執(zhí)行器已經(jīng)具備了這些條件。

未來，MEMS執(zhí)行器增速將超過傳感器

經(jīng)過十年積累，意法半導體的MEMS運動傳感器、麥克風、環(huán)境傳感器和觸屏傳感器已經(jīng)憑借獨特優(yōu)勢獲得了客戶的認可。例如，Chipworks曾經(jīng)這樣評價意法半導體的陀螺儀：“這是我們首次在蘋果產(chǎn)品內(nèi)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(chǎn)品將在傳統(tǒng)市場的傳統(tǒng)產(chǎn)品、傳統(tǒng)市場的新產(chǎn)品、新市場的傳統(tǒng)產(chǎn)品、新市場的新產(chǎn)品中繼續(xù)拓展應用，未來增長依然可期。

不過，在接下來的十年內(nèi)，Benedetto預測MEMS執(zhí)行器的增速會超過傳感器。MEMS執(zhí)行器是能夠用較小的力使液態(tài)或固態(tài)微型物體運動一小段距離的微型機器，壓電式微執(zhí)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(zhí)行器和電磁微執(zhí)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(zhí)行器可以用于打印機噴墨打印頭、MEMS微射流執(zhí)行器。

目前，壓電式微執(zhí)行器用于相機自動對焦和噴墨打印機打印頭已經(jīng)實現(xiàn)商用。意法半導體與PoLight公司合作，使用薄膜式壓電執(zhí)行器開發(fā)的智能手機相機自動對焦執(zhí)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(xiàn)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(fā)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(zhì)量。

意法半導體的MEMS執(zhí)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(zhí)行器的應用場景要更廣泛，可用于更多產(chǎn)品，所以預期增速要高于傳感器。

物聯(lián)網(wǎng)將拉動MEMS發(fā)展

身處科技圈，怎能不提物聯(lián)網(wǎng)！談及MEMS在物聯(lián)網(wǎng)時代的作用，Benedetto表示：物聯(lián)網(wǎng)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(huán)境傳感器和麥克風的應用。物聯(lián)網(wǎng)應用中，尤其是智能家居，常常需要采集周圍環(huán)境參數(shù)，這會是MEMS環(huán)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(fā)熱點，所以麥克風的應用前景也不錯。