对于使用微机电系统（MEMS）技术的半导体产品的需求和应用在早年就已广泛扩展了。MEMS具有立体可移动结构特性，可以实现机械移动，且与各种电路一起封装在硅衬底上。采用这种结构可以实现如下功能：将物理量 （压力、温度、加速度、等等）转换成电信号的传感器。通过接收电信号进行机械动作的执行器。

20世纪80年代，MEMS产品就已经研发成功。然而，因为与传统的使用CMOS工艺的半导体相比MEMS的晶片制作过程极其复杂，并且MEMS封装需要特殊工艺，使得MEMS的标准化和低成本化制造变的十分困难。因此，MEMS产品只用于有限的目的和应用。

最近，一种适用于大规模生产小型化和高性能MEMS产品的技术被开发出来了，其结果使MEMS产品在家庭和办公电子设备中的使用率大大增加，比如数码相机和智能手机，包括汽车发动机控制、医疗设备、喷墨打印机的传统应用。该 MEMS产品市场在未来几年有望继续以每年10％到15％的速度增长，预计将从目前的¥920万亿扩大到¥1.7兆（此预估 由Yole Development评定）。

2012年1月，村田制作所收购了一家芬兰的MEMS制造公司VTI。VTI并将其名字改成了村田电子并成为了村田的一员。村田电子提供的高性能和高可靠性的MEMS传感器使用的是村田原创的3D-MEMS（三 维MEMS）技术，可对应不同的市场和应用。

村田制作所的MEMS 传感器

物体的运动可以 通过6个运动组合来表示，即沿着X轴、Y轴 和Z轴平行运动和围绕着每个轴做旋转运动。

村田制作所可提供能感知平行运动（线性加速度）的加速度传感器，还可提供可以感应旋转运动（角速度）的陀螺仪，通过它们的 高精度运动感应和高可靠性的特点，这些设备可用于汽车和船舶的姿态控制，工业倾斜测量设备和医疗应用。

本篇文章将为您详细介绍村田原创的高精度高可靠性的传感器3D-MEMS。加速度传感器和陀螺仪高精度和高可靠性的特性也将在文章中一一赘述。

3D-MEMS技术

例一是使用了3D-MEMS技术的设备。 这个MEMS设备包括一个硅片层，做为可动装置的一部分，和一个盖晶片层，它从顶部到底部夹着硅晶片来粘合和密封晶片。这种可动装置的质量块和梳状电极通过弹簧连接支撑在框架上。质量块和梳状电极的运动可以通过检测盖晶片或者梳状电极之间的电容变化来得知。村田制作所已采用了通过3D-MEMS实现的平台技术巧妙结合的思路，只为让所有产品都能实现高精度的检测。

所以，村田能够使用稳定的制造工艺生产高可靠性的传感器，并且设定合理的售价。

3D-MEMS技术的主要特点说明如下。

原创via结构

村田制作所在其量产的MEMS产品的引出电极的部分采用了via结构，比其他厂商都早先一步。村田原创的via结构在引出电极之间通过使用硅形成空腔，与玻璃绝缘，同时使电极之间实现高绝缘阻抗和低寄生电容，使得传感器具有高精度、高可靠性和低功耗的性能。 此外，这种via结构使得它能从任意位置提取电极，这使得产品在设计方面具有很大的灵活性，也有助于产品的进一步小型化设计。

高精密型空腔控制技术

3D-MEMS另一个结构上的重要特点是在可动部分和盖晶片之间有一个2.5微米窄的空腔，这使得高精度电容值测量成为可能。该空腔是由一个非常平整的晶片通过高精密的抛光刻蚀技术和高精度的晶片键合技术（将在后面描述）实现的。 该空腔控制技术确保了活动部分上下方向移动时的高精度感应，实现更高的性能和装置的小型化。

原子水平的气密密封

可动部分和盖晶片是通过玻璃和硅的阳极键合或是通过硅和氧化硅直接键合来固定在晶片级上的。这两种键合方法都可以实现固体之间的键合，从而实现了质量块移动时空腔具有气密密封性，有助于实现更高的可靠性。

在一般情况下，有时晶片键合工艺会导致偶发性的器件的键合缺陷。为了防止这种缺陷产品被销售到市场上，村田以多种方法在发货前严格执行对设备100%的检查，确保无不良品出厂。村田制作所同样致力于实现MEMS结构的高精度和高可靠性。接下来通过例举加速度感器和陀螺仪的设计过程中的实例来说明我们在这部分的努力。

加速度传感器

加速度传感器的主要原理如下（图1、例2和例3）：一个由弹簧支撑的质量块，存在加速度时能够在与加速度一致的方向进行位移，该位移可根据检测质量块和盖晶片之间电容值的变化转换成电信号。村田通过使用独特的结构实现了在一个产品中封装四个质量块。拥有四个质量块可以通过额外的传感轴来获得信息，使测得的三轴（X，Y和 z轴）上的数据更加真实可靠。提高了检测的自由度。

村田制作所通过采用额外轴的优势开发了一种连续的自我诊断方式。使用这种创新的技术， 村田制作所的传感器能充分满足客户对于用于汽车和其他应用需要高可靠性的需求。

陀螺仪

村田的陀螺仪是通过物体进行绕轴旋转运动，并且通过检测物体旋转轴方向与物体本身运动方向两个方向夹角的变化来检测物体受到的力（或科里奥利力）。科里奥利力是非常小的，MEMS结构设计的关键因素在于如何消除外部的影响和干扰。村田制作所给出了一套完美的解决方案。（图2）

通过独特的结构，实现了高精度的位移监测。在一根细弹簧两端连接两个质量块（图4的左图），并且在两个质量块的四个点取得信号（图4的右图）。通过对这四个信号进行算术运算，在任何方向上的线性加速度和转动加速度都可以完全被消除。结果就获得了纯的科里奥利力。

组合传感器

特别是在汽车市场上，为了实现高精度的车身姿态控制，对组合了陀螺仪信号和加速度信号的组合陀螺仪传感器的需求特别大。造成这种需求的原因有很多。原因之一是，在许多发达国家开始立法要求新汽车必须配置有安全功能， 如电子稳定控制系统（ESC），防抱死制动系统（ABS），和轮胎压力监测系统（TPMS）。另一个原因是新的功能，诸如电驻车制动器（EPB）和上坡起动帮助 （HAS），正在一个接一个被开发出来。村田制作所已经发布了包含两个传感器组合在单个封装中的传感器（图3，图5）。 村田还将继续扩大组合传感器的产品阵容以满足这些新的需求。

结语

村田制作所针对具体的目标应用已经研发出了具有高精度高稳定性的MEMS传感器。除了制造工艺和本文中介绍的MEMS的设计，这一思想也已经彻底渗透进专用集成电路（ASIC）的设计和封装设计中。因此，村田的MEMS传感器可为汽车、船舶、工业制造、医疗应用以及其他要求严格的应用提供全面的可执行方案。

MEMS技术还具有其他更加广泛的应用潜力，未来备受瞩目。村田将MEMS作为未来的核心技术之一并且计划提升发展框架和客户服务能力以便继续向市场提供尖端的MEMS产品。