MEMS本質上是一種把微型機械組件(如傳感器、制動器等)與電子電路集成在同一顆芯片上的半導體技術。一般芯片只是利用了硅半導體的電氣特性，而 MEMS 則利用了芯片的電氣和機械兩種特性。

三維微電子機械系統(3D-MEMS)，是將硅加工成三維結構，其封裝和觸點便于安裝和裝配，用這種技術制作的傳感器具有極好的精度、極小的尺寸和極低的功耗。這種傳感器僅由一小片硅就能制作出來，并能測量三個互相垂直方向的加速度。例如為承受強烈震動的加速度傳感器和高分辨率的高度計提供合適的機械阻尼。這類傳感器的功率消耗非常低，這使它們在電池驅動設備中具有不可比擬的優越性。

在 MEMS 傳感器芯片內，三軸(X、Y、Z)上的運動或傾斜會引起活動硅結構的少量位移，造成活動和固定元器件之間的電容發生變化。在同一封裝上的接口芯片把微小的電容變化轉變成與運動成比例的校準模擬電壓。通常的模擬量采樣的方式有兩種：靜電電容式和壓電電阻式。前者在低功耗方面更具優勢，消耗電流更低。

MEMS與CMOS制程技術的整合，已成功帶動組件產品在消費電子應用綻放光芒，包括Intel、Samsung、TI、TSMC等半導體領導大廠皆看好CMOS MEMS發展，而相繼投入相關技術的研究開發。而CMOS MEMS組件能否進一步降低產品開發成本，3D MEMS封裝技術扮演了關鍵性的角色。

3D封裝技術除了可解決技術發展瓶頸，在異質整合特性下，也可進一步整合模擬RF、數字Logic、Memory、Sensor、混合訊號、MEMS等各種組件，且此整合性組件不但可縮短訊號傳輸距離、減少電力損耗，也能大幅增加訊號傳遞速度。此外，由于采取3D立體堆棧方式，故在Form Factor方面，也能在固定單位體積下達到最高的芯片容量。

隨著MEMS技術在消費電子應用的快速崛起，及半導體制造接近極限，透過TSV技術整合MEMS與CMOS制程，形成IC的3D化也逐漸受到矚目。由于3D MEMS隱含了異質整合特性，具備低成本、小尺寸、多功能、高效能等多重優勢，因此可望在未來掀起另一波技術應用革命，并為CMOS MEMS的發展帶來更大商機。

在看好相關產品技術發展前景下，業界已開始加速布局CMOS MEMS+3D MEMS Packaging解決方案。由于以TSV方式將Chip堆棧成3D IC的發展備受看好，也可望帶動3D TSV Wafer出貨數的快速成長，以組件類別來區分，目前以CIS(CMOS Image Sensor)采用TSV與IC 3D化的速度最快，第二階段預計將由內存(含Flash、SRAM、DRAM)扮演承接角色。3D MEMS可望在2011年興起，并在往后3年穩定邁向商品化。

MEMS產品大多以150mm～200mm的8寸晶圓生產，在未來6年有望逐步轉進300mm的12寸廠生產，以便做最佳化的產能利用。

MEMS：對消費類電子產生重大影響的技術

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品。但矛盾之處在于，隨著技術的改進，價格往往也會出現飆升，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械加工技術，更流行的說法是MEMS，它使得制造商能將一件產品的所有功能集成到單個芯片上。MEMS對消費電子產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尺寸和重量的減小。事實上，大多數消費類電子產品所用MEMS元件的性能比已經出現的同類技術大有提高。雖然MEMS過去只限于汽車、工業和醫療應用，但據調查公司估計：“MEMS消費類電子產品的銷售額將在2005年前達到15億美元”。

手持式設備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，而且開始轉向成功的MEMS公司，其所實現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。

圖1 人跑步/走路時的側向z軸運動

跟上發展步伐

正在日益流行的MEMS應用是步程計，它用于測量人行走時的速度或距離。將在z軸方向上的機械平移運動轉換為電脈沖(圖1)是MEMS器件的作用所在。這些脈沖饋入一個峰值檢測器電路，該電路隨后在每個脈沖作用下觸發一次計數。精心設計峰值檢測算法則能根據所選用的加速度計情況來獲得最優的測量效果。

如果步程計安裝到被測人的足部，當該人跑步時，則步程計就會定期受到極大的沖擊作用。如果產品使用加速度計的話，如此之高的沖擊指標會大大限制產品的性能。例如，有些加速度計設計在過載超過一定程度時會出現被稱作“粘死”的現象，加速度計在受到很大沖擊時將出現飽和，即使大過載消除后仍然保持飽和輸出。為了使其擺脫這種狀態，可能需要將電源極性顛倒過來。MEMSIC公司的加速度計以熱敏感原理來檢測加速度，因此沒有其它加速度計在大負載情況下出現的問題，如粘死，這是因為它們根本就沒有敏感質量的緣故。

讓GPS更可靠

不管是在偏僻的小路上游覽還是簡單的為汽車導航，手持式全球定位系統(GPS)都是一件安全、方便且理想的隨身裝備。

利用GPS接收機支持的人員和車輛定位系統可以確定位置，而且提供路線方面的引導。采用GPS系統時，信號接收并非始終是100%可靠的，但是若有基于MEMS技術的加速度計，就可以由能推算出行駛(走)距離的導航解算方法來彌補信號方面的損失。此外，在修正這些系統所用的3軸電子羅盤的磁偏角方面，加速度計也非常有用。加速度計可以跟蹤偏離重力方向零位基準的角位移信息，獲得這些信息后，就可以修正磁偏角，這樣即使裝置不處于水平狀態，仍可以得出精確的方向讀數。

手持式GPS制造商要解決的問題之一是如何在惡劣的天氣條件下保證裝置的性能。這些系統在極端溫度條件下都必須可靠而且能夠耐受強烈的沖擊。目前的加速度計在很多情況下尚不能承受惡劣環境下所存在的強沖擊影響。MEMSIC公司所設計的新產品則實現了高抗沖擊性能——5萬g，因此其幾乎不可能失效。而大多數MEMS加速度計的沖擊過載耐受范圍是500g~2000g，常常會失效，因為器件無法在更加惡劣的環境中保持完好無損。