愛華網(wǎng)MEMS技術的發(fā)展開辟了一個全新的技術領域和產(chǎn)業(yè)，采用MEMS技術制作的微傳感器、微執(zhí)行器、微型構(gòu)件、微機械光學器件、真空微電子器件、電力電子器件…等在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。MEMS技術正發(fā)展成為一個巨大的產(chǎn)業(yè)，就象近20年來微電子產(chǎn)業(yè)和計算機產(chǎn)業(yè)給人類帶來的巨大變化一樣，MEMS也正在孕育一場深刻的技術變革并對人類社會產(chǎn)生新一輪的影響。
目前MEMS市場的主導產(chǎn)品為：(汽車輪胎)壓力傳感器、加速度計、微陀螺儀、墨水噴咀、硬盤驅(qū)動頭…等。大多數(shù)工業(yè)觀察家預測，未來5年MEMS器件的銷售額將呈迅速增長之勢，年平均增加率約為18%，因此對對機械電子工程、精密機械及儀器、半導體物理…等學科的發(fā)展提供了極好的機遇和嚴峻的挑戰(zhàn)。沿著系統(tǒng)及產(chǎn)品小型化、智能化、集成化的發(fā)展方向，可以預見：MEMS會給人類社會帶來另一次技術革命，它將對21世紀的科學技術、生產(chǎn)方式和人類生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生深遠影響，是關系到國家科技發(fā)展、國防安全和經(jīng)濟繁榮的一項關鍵技術。
制造商正在不斷完善手持式裝置，提供體積更小而功能更多的產(chǎn)品。但矛盾之處在于，隨著技術的改進，價格往往也會出現(xiàn)飆升，所以這就導致一個問題：制造商不得不面對相互矛盾的要求——在讓產(chǎn)品功能超群的同時降低其成本——解決這一難題的方法之一是采用微機電系統(tǒng)，更流行的說法是MEMS，它使得制造商能將一件產(chǎn)品的所有功能集成到單個芯片上。MEMS對消費電子產(chǎn)品的終極影響不僅包括成本的降低、而且也包括在不犧牲性能的情況下實現(xiàn)尺寸和重量的減小。事實上，大多數(shù)消費類電子產(chǎn)品所用MEMS元件的性能比已經(jīng)出現(xiàn)的同類技術大有提高。雖然MEMS過去只限于汽車、工業(yè)和醫(yī)療領域的應用，但據(jù)調(diào)查公司估計：“MEMS消費類電子產(chǎn)品的銷售額將在2005年前達到15億美元”。手持式設備（如：手持式GPS）制造商正在逐漸意識到MEMS的價值以及這種技術所帶來的好處——大批量、低成本、小尺寸，而且開始轉(zhuǎn)向成功的MEMS公司，其所實現(xiàn)的成本削減幅度之大，將影響整個消費類電子世界，而不僅是高端裝置。
MEMS是一種全新的必須同時考慮多種物理場混合作用的研發(fā)領域。相對于傳統(tǒng)的機械，它們的尺寸更小，最大的不超過一個厘米，甚至僅僅為幾個微米，其厚度就更加微小。采用以硅為主的材料，電氣性能優(yōu)良，硅材料的強度、硬度和楊氏模量與鐵相當，密度與鋁類似，熱傳導率接近鉬和鎢。采用與集成電路（IC）類似的生成技術，可大量利用IC生產(chǎn)中的成熟技術、工藝，進行大批量、低成本生產(chǎn)，使性價比相對于傳統(tǒng)“機械”制造技術大幅度提高。
全球主流MEMS廠商一覽:美國：德州儀器公司(TI)、 模擬器件公司(ADI)、 飛思卡爾半導體公司(Freescale)、 Kionix公司、 Akustica公司、 KnowlesAcoustics公司、 SiTime公司、 惠普公司、 IMT公司、 SiliconMicrostructures公司(SMI)、 GE InfrastructureSensing公司
歐洲：RobertBosch公司、 意法半導體公司(STMicroelectronics，ST)、 VTI科技公司、 聲揚公司(Sonion MEMSA/S)、 MeasurementSpecialties公司(MSI)、 Colibrys公司、 Memscap公司、 Tronic’sMicrosystems公司
日本：豐田電裝DENSO公司、 歐姆龍公司(Omron)、 Matsushita公司、 OKI公司
MEMS的發(fā)展歷史：
淵源：19世紀 照相制版;
1951年 顯像管遮蔽屏(美國RCA公司)(光學應用);
1952年 表面微加工專利2749598(美);
1954年 壓阻效應;
1962年 晶體的異向腐蝕;
1963年 半導體壓力計(日本豐田中央研究所);
1967年 振動門晶體管(美國Westinghouse公司)(犧牲層腐蝕);
1968年 陽極鍵合(美國Mallory公司);
1969年 基于摻雜濃度的腐蝕;
1970年 硅微電極(斯坦福大學);
1973年 內(nèi)窺鏡用硅壓力傳感器(斯坦福大學);
1974年 集成氣相質(zhì)譜儀(斯坦福大學);
1979年 集成壓力傳感器(密西根大學);
1982年 LIGA工藝(德國原子力研究所);
1986年 硅反饋式加速度計(瑞士CSEM);
1986年 集成流量控制器(日本東北大學);
1987年 微齒輪等(美國加州大學伯克利分校，貝爾研究所);
1987年 微靜電微馬達(加州大學伯克利分校，Yu-Chong Tai，Long-Sheng Fan)。
發(fā)展階段：
硅微傳感器階段：
1963年 日本豐田研究中心制作出硅微壓力傳感器。
1982年美國IBM和UCBerkeley研制了集成電容式加速度計。
硅微致動器階段：
1987年UCBerkeley研制出轉(zhuǎn)子直徑為60~120μm的硅微靜電電機。
傳感器市場化階段：
1993年 美國AnalogDevices開始生產(chǎn)集成加速度傳感器，開始在汽車行業(yè)大量應用。
系統(tǒng)研究階段：
20世紀90年代末，開始微型飛行器、微型衛(wèi)星、微型機器人等研究。
21世紀: 大浪淘沙階段
MEMS泡沫褪去，相關研究主要集中在與納米技術的結(jié)合、與生物技術的結(jié)合和與市場的結(jié)合。
里程碑：
1987年 UCBerkeley在硅片上制造出靜電電機;
90年代初 ADI公司研制出低成本集成硅微加速度傳感器，用于汽車氣囊;
90年代中 ICP的出現(xiàn)促進體硅工藝的快速發(fā)展;
90年代末期 美國Sandia實驗室發(fā)表5層多晶硅工藝。
國外MEMS強國有：美國、日本、德國。
美國在幾年前已經(jīng)有DMD數(shù)字微鏡器件、加速度計等批量產(chǎn)品進入市場;
德國制定了從1990年起5年周期，投資4億馬克的微機械系統(tǒng)技術計劃;
日本通產(chǎn)省工業(yè)技術院將微型機械技術列入1990s的九個大型計劃之一。
國內(nèi)MEMS在20世紀90年代初由清華大學等高校開始研究。目前有100個左右的研究小組從事本領域研究。2002年國家高科技計劃啟動了MEMS重大專項，投入2億元人民幣進行MEMS的研究和開發(fā)。2006年啟動十一•五863計劃。主要加工基地有信息產(chǎn)業(yè)部電子13所，北大微電子所，清華微電子所，上海交通大學和上海微系統(tǒng)所等。
*******************************************************************************************************************************<轉(zhuǎn)>利用SolidWorks建立和分析MEMS結(jié)構(gòu)實體模型的方法：
在集成電路制造業(yè)中，隨著技術的發(fā)展，實體建模工具將不僅僅局限于幫助MEMS(MicroelectromechanicalSystem)設計師簡化設計流程，充分利用有限元工具軟件進行分析將是發(fā)展的趨勢。因此，選擇合適的實體建模工具對于MEMS設計能否取得成功是至關重要的。 SolidWorks除了可以進行MEMS結(jié)構(gòu)設計(在過程中可以進行分析并生成掩膜)外，還可以設計所有相關的產(chǎn)品封裝和裝配設備，下面就對SolidWorks3D建模軟件在MEMS設計方面的優(yōu)勢做一些介紹。
1.3D可視化
3D可視化可以讓MEMS設計師對設計意圖、正確的實施方法、碰撞檢測和封裝層疊的預裝件檢驗一目了然。促進了企業(yè)內(nèi)部及外部的溝通，幫助設計人員在設計早期看到明晰、精確的零件圖和裝配圖，這不僅能讓MEMS設計師更好地向同事解釋設計意圖。而且可以通過展示3D特性為學術演講、融資等工作帶來方便。
SolidWorks為設計師提供了真正的實體建模功能其中，SolidWorks OfficeProfessional包含PhotoWorks, SolidWorks Animator和3DInstantWebsite軟件，提供了照片級的效果圖、豐富的動畫和基于Web的完整設計展示。SolidWorks利用動態(tài)裝配運動和碰撞檢測功能實現(xiàn)零部件的干涉和特定間隙的檢查。物理仿真通過展示網(wǎng)格化的零件和其在裝配中的運轉(zhuǎn)進一步進行運動檢測。這種方式打破了表面微加工的設計慣例，確保了初始過程中的正確蝕刻和零件分離。
2.亞微米特性定義
SolidWorks實體建模軟件使MEMS設計師可進行亞微米級的設計。事實上，用戶能夠在適當?shù)奈⒚准墶⒓{米級甚至是埃級上進行設計。這種亞微米定義能力意味著利用SolidWorks特有的實體建模能力，能夠?qū)⒛承╊愋偷母駯磐耆枋鰹榱Ⅲw模型。圖1為用SolidWorks設計的齒輪，其厚度為10微米，直徑為l20微米。每個齒的寬度是0.4微米，長度是10微米，蝕刻厚度為0.5微米。
3.陣列以及陣列的建立
SolidWorks允許對特征進行陣列，這節(jié)省了設計師的時間并簡化了模型的構(gòu)建。凸臺和切口是兩個能夠在一個零件里陣列的特征。陣列可以通過直線、矩形或者通過曲線來定義。SolidWorks允許在裝配體里采用陣列，也可定義陣列的陣列，支持線性陣列的圓周陣列，也支持圓周陣列的線性陣列。事實上，陣列的定義和陣列的陣列的定義是相互獨立的，其中任何一種定義都可以通過直線、圓周和曲線幾何圖形完成。圖2為每個齒輪含一個孔和切口的陣列。這種齒輪的輻射陣列如圖左所示，它們的矩形陣列如圖右所示，這樣定義的陣列蝕刻起來比較容易。
4.配工管理
配置管理是指在單一文件或文檔中控制設計變化，它可用于元件或裝配件，也可用于制圖，如掩膜制圖等。配置管理能用較短的時間和較少的花費在單一文件中生成零件、裝配件和工程圖的多個版本。SolidWorks提供多層配置，用以優(yōu)化配置的功用、組織和效率。
SolidWorks配置管理功能在為眾多需求生成多種設計時，可以獲得最大的靈活性，同時，可以很方便地從以前的設計中產(chǎn)生新的配置文件，通過數(shù)據(jù)重用加快開發(fā)速度，以適應市場的需求。
配置管理可創(chuàng)建多種不同版本的MEMS結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以隨著尺寸的增加而自動加大表面特征尺寸和蝕刻深度。用戶可以在單個的SoIidWorks模型文件中對不同版本的MEMS設計實現(xiàn)簡易的控制。
通過打開或關掉一個部件或裝配件的配置，對不同設計要求的"Whatif"情景進行迅速瀏覽。此外，SolidWorks配置管理包括表面微加工和LIGA等多級處理的元件。通過使用單一零件的多個配置文件能很容易地生成相應的文件。如需要反映一個單獨的版本或處理過程的狀態(tài)，配置管理技術可對此產(chǎn)生一個單獨的版本。這些版本可幫助用戶比較設計方案，跟蹤預期的性能，逐步展開工藝計劃。
5.支持復雜裝配體的設計
對于設計充滿MEMS器件的晶圓，3DCAD解決方案要求在不降低性能的情況下裝配數(shù)以千計的部件。這些MEMS設備包括:加速計、孔、MOEMS鏡，或者MST器件陣列，如微型齒輪等。
SolidWorks3D建模軟件依靠其大型裝配模式幫助產(chǎn)品設計人員設計和裝配成千上萬的組件并對完成的裝配件進行評估。對裝配設計的評估包括運動仿真和物理仿真、干涉檢查、碰撞檢測、間隙信息和為一個裝配件全范圍的運動創(chuàng)建封套。在微加工操作中可設置清除設計規(guī)則。這些工具幫助MEMS設計人員識別在裝配過程中必要的變化.這些變化可通過使用簡單的拖放裝配結(jié)構(gòu)的重排列來實現(xiàn)。
許多企業(yè)通過推行并行設計來加速產(chǎn)品開發(fā)速度，這使得負責一個大型裝配設計任務的幾個設計人員或團隊可以同時設計分離的組件或部件。SolidWorks3D建模軟件支持并行設計，其包括配置管理、自頂向下的設計技術和設計協(xié)同。
6.關聯(lián)掩膜定義
關聯(lián)性保證了一個模型的所有元素在電氣上是關聯(lián)或連接的。這意味著當設計的文件發(fā)生任何變化時，這個變化都會自動地在所有關聯(lián)的文件上出現(xiàn)。SolidWorks內(nèi)置的強大工具能理順掩膜從相關聯(lián)的DXF文件向GDSII文件格式的轉(zhuǎn)換過程，而DXF文件則直接反映模型定義的變化。圖4所示的正像掩膜是和一個實體模型相關聯(lián)的，圖9的左面圖形是相對的負像掩膜。
自下而上的關聯(lián)設計集中解決新組件的創(chuàng)建問題和將現(xiàn)有的組件集成到裝配件中，這對在有嚴格限制的組件特性基礎上進行設計是非常重要的。此外，SolidWorks在裝配中做相關的綜合檢查的同時，要對每個部件進行編輯。關聯(lián)設計可以給那些已經(jīng)存在的裝配添加新的組件。在MEMS設計中，這意味著一個組件在相關的全部裝置模型中可被創(chuàng)建或修改，這些更改可以自動地貫穿于整個裝配和制圖過程中，以維持設計的最初意圖。
7.集成的有限元分析
設計人員可使用包含在SolidWorks中的COSMOSXpressFEA軟件對當前的MEMS設計進行初始應力分析檢查，此外，包含在COSMOSWorks分析軟件中的COSMOS產(chǎn)品可對設計進行熱、應力、變形、彎曲，非線性和電磁等項目指數(shù)的分析。同時，像MSC.Software這樣的合伙伙伴也提供"經(jīng)過認證的金牌產(chǎn)品解決方案"分析產(chǎn)品(MSC.visualNastranFEA for SolidWorks)和SolidWorks配合使用。
MEMS設計人員可以通過在設計初期使用COSMOSWorks進行有限元分析，來保證設計的可靠性。
(1)熱分析
對于MEMS封裝設計，熱分析是非常重要的。將So1idWorks實體模型作為起點，COSMOS能對部件或裝配件進行穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)的熱分析。在網(wǎng)格劃分以后，設計人員通過設置相關的約束條件，以及和模型幾何特性相關的功率或熱融化條件，來獲得規(guī)定條件下溫度分布的理想預測。
(2)靜態(tài)分析
COSMOS靜態(tài)分析是使設計避免即時災難或長期故障的一個工具。如圖5的跳水板分析顯示，盡管不大的偏差可以通過一個淺的蝕刻(5微米)和一個薄的DivingBoard (1微米)實現(xiàn)，但是移動元件單元中的合成應力將導致早期的故障。設計人員往往希望通過分析幾個排列來找到最佳的狀態(tài)。
(3)靜電分析
對于大多數(shù)MEMS設備，尤其是那些性能取決于靜電特性的設備，靜電分析對于全面預測設備性能是必須的。圖5顯示的簡單懸臂電子束模型被用來解決在固定和移動單元之間不同電位下的模型電子束偏差。該結(jié)果可被用來與振動和振蕩的結(jié)果配合分析，以實現(xiàn)在現(xiàn)實環(huán)境中最優(yōu)化的性能。
(4)流動過程分析
流動過程分析對MEMS應用非常重要。例如，無論設計者是否試圖解決封裝的熱問題，都需要決定哪個熱交換器具有最好的性能、而當設計MEMS孔或泵時，其工作可靠性也直接與流動性的處理方式有關。針對這方面的應用，COSMOSFLoWorks在簡單明了的界面下提供了高效的流動動態(tài)分析。
8.設計再利用
SolidWorks提供了大量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換形式，SolidWorks數(shù)據(jù)表中有其支持的數(shù)據(jù)格式。設計人員在將設計由2DCAD向SolidWorks轉(zhuǎn)換時將感受到新功能的優(yōu)越性，視圖折疊功能可以使遺留的DWG或DXF草圖很容易地導人SolidWorks并有效地創(chuàng)建新的3D模型。一個專門針對AutoCAD的輸人向?qū)⒂兄谑罐D(zhuǎn)移過程更加高效。當3D模型遺留的數(shù)據(jù)被導入SolidWorks后，F(xiàn)eatureWorks特征識別產(chǎn)品(SolidWorksOfEceProfessional的一個插件)將通過尋找導人數(shù)據(jù)的特征來進一步加速設計工作，這些特征包括凸起，孔，肋、板金特征和倒角等。其將被轉(zhuǎn)換成SolidWork:的特征，并被插人SolidWorksFeature Manager特征管理樹中，使得修改、特征重排序和其他的標準SolidWorks操作更容易實現(xiàn)。
特征模板對于那些已經(jīng)積累了大量Solidwork零部件文件的設計人員來說是一個很好的工具。特征模板工作起來同常用的SolidWorks文件的"總在上面"的窗口相似，設計人員可以方便地將部件直接拖曳到新的設計中。在使用者的配置下，通過遵守一組預先設計好的元素，特征模板可以加快設計速度。這些元素可以是新設計出來的，也可以是經(jīng)過對遺留數(shù)據(jù)修改得來的。
9.設計的易用性
MEMS設計人員需要而且希望從他們使用的3DCAD軟件中獲得強大的功能，現(xiàn)在，SolidWorks以其出色的易用性獲取了世界范圍內(nèi)的MEMS設計人員的青睞。
10.協(xié)作工具
協(xié)作工具為產(chǎn)品設計人員更有效地和其他研究隊伍的成員進行協(xié)同工作提供了許多方法。通過Internet共享設計資源，獨立的設計人員可以匯集更多的方案與意見。同時，SolidWorks提供的協(xié)作工具可使MEMS設計師們可以更輕松有效地將2D和3D產(chǎn)品的設計信息傳遞給同行、客戶、代理商以及供應商。
(1) eDrawingProfessional簡化了在一個龐大產(chǎn)品開發(fā)組內(nèi)的2D,3D設計信息的傳遞過程，通過使用電子郵件使產(chǎn)品設計能夠更有效地流通。用戶無需花錢購買標注工具就可方便地得到精確的2D和3D模型，讓任何人都能夠?qū)δＰ瓦M行觀看、標注和測量Drawings文件提供了一個有效的手段，使得所有產(chǎn)品發(fā)展過程中的相關人員(如客戶賣主、合作方等)可以進行2D和3D設計資料的通信傳遞。
(2) 3D InstantWebsite可將產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)發(fā)布}}J一個有關3D設計的網(wǎng)站上去，并和整個工作組的成員實現(xiàn)設計的互通。這些成員包括協(xié)同設計人員、制造人員、市場管理人員、代理商和客戶。其他人可以瀏覽、旋轉(zhuǎn)、縮放、評價設計師的3D設計造型。
11.合作伙伴的集成解決方案
SolidWorks公司與解決方案合作伙伴聯(lián)手，以提供高級別的、可擴展的解決方案。其中包括有限元分析(FEA)、計算機輔助制造(CAM}、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)和運動學解決方案，這些開發(fā)由專業(yè)的公司完成。經(jīng)過認證的金牌產(chǎn)品為SolidWorks提供了友好的界面、簡化的學習和使用方法、擴展了高級功能。所有經(jīng)過認證的金牌產(chǎn)品提供與SolidWorks集成的單一窗口，它們是完全相互關聯(lián)的，并且都通過了由SolidWorks提供的嚴格的測試和認證過程，以保證其與各個SolidWorks版本的兼容性。
(1) ElsycaNV市場軟件用于電化學反應的建模。Elsyca為電子工業(yè)提供定制的電化學沉積作用分析工具，這個工具可以為硅晶圈上沉積作用過程中反應單元的活動建立模型。其中包括沉積電流空間特性在內(nèi)的電化學單元設計評估。
(2)SolidWorks的另一個合作伙伴一一MEMGen公司使用SolidWorks來設計MEMS設備。他們在一家晶圓廠為客戶生產(chǎn)設備時獲得了使用EFA技術的獨有許可。
(3) ZaalSolutions公司的CircuitWorks(基于SolidWorks的布線軟件)是經(jīng)過認證的電子導向工具，這個解決方案可以將二維IDF格式的PCB數(shù)據(jù)和3D組件數(shù)據(jù)合并，用于構(gòu)造完整的PCB裝配3D模型。這些精密的模型最終實現(xiàn)了最小尺寸、最優(yōu)化封裝的設計。
(4)運動分析對于開發(fā)許多要求具有復雜動作的產(chǎn)品(包括許多MEMS設備)具有很大的幫助。COSMOS(COSMOSMotion)和MotionWorks提供了這方面的分析工具。
SolidWorks提供了獨特的集成度以及多種附加解決方案，這些十分具有價值的功能甚至超過了CAD核心產(chǎn)品。這些解決方案在SolidWorks上運行，并且可根據(jù)需要隨時添加。
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參考網(wǎng)址：MEMS技術天地MEMS資訊網(wǎng)
