我们利用MEMS技术制造传感器已经有一段时间了，最具代表性的是压力传感器，在压力传感器中我们用硅来蚀刻振动膜。而目前，釆用更成熟的MEMS技术的产品即将进入市场，并且有望在诸如车辆碰撞传感领域取得优势地位。
所谓MEMS就是一项在普通硅基片上综合了机械单元、传感器、执行器和电子器件（并使之协调工作）的技术。它所生产的全部最新的传感器系列已经开始出现在今天的车辆上，并将占据很大的份额。它的典型应用包括控制前灯的校准、感知主动悬挂和惯性导航的俯仰和摇摆。这些新部件很“酷”，非常值得关注。
芯片制造商们使用这样的工艺来制造电子集成电路（IC）：用CMOS、BICMOS、和Bipolar将晶体管相互连接并逐层制造出复杂的电路。但是这项技术没有办法产生动作或者说在器件中安装机械元件。
MEMS与此不同。利用微加工处理，在半导体硅上可以蚀刻出梁、齿轮、电容元件甚至微型电机的位置。MEMS技术也可以用来在芯片上增加架设这些机械元件的层。这意味着有可能在硅芯片上制造出整个系统来。迄今为止，比头发丝直径还要细的微型电机和能夹起单细胞有机体的微型夹子已经制造出来。丰田汽车公司有一个它的1936年汽车的缩微模型，它是如此之小以至于您需要一个显微镜才能看到它在一枚硬币表面行驶时的样子。
MEMS技术的早期应用是用于汽车上的压力传感器。在这种传感器中，在半导体硅上安装惠斯通电桥（由四个电阻器菱形排列）釆用的是常规IC装配工艺，然后在硅上蚀刻出半球形的振动膜。当传感器中压力变化时，膜片改变其形状，进而影响到其电阻值。这样电桥上就产生了不平衡，根据读出传感器形状改变了多少就可以知道施加压力的多少。采用MEMS技术的传感器的架构要比以前的传感器的复杂得多。
这项新技术的优势在汽车行业新的体现是取代安全气囊中的加速度计。传统加速度计使用高达5个g（重力加速度）的由离散机械和电子元件制造的切换开关。它安装于车辆的前部，附加的隔离电子装置安装在气囊附近。因为需要一个小球来响应惯性的变化，所以这些传感器相对滞后，而且它们还很贵——每辆车要50多美元。
而MEMS技术则允许加速度计和电子元件安装在一个硅芯片上。由于不必连接到系统的所有部分，这种方法更简单、更可靠、重量更轻、价格更低——每辆车还不到10美元。
更妙的是，利用MEMS技术所传递的信息更为准确。这是使气囊得以实际应用的另一个层面上的原因。这些相同的传感器可用作系统的部件，并根据乘客的身体大小和位置来优化气囊的响应。
如果按照以前的“格言”说，电子技术的可靠性的意思就是连接、连接、再连接。如果您也正在考虑是不是这样，那么MEMS是一个将想法实际操作的很好的“课堂学习”的例子。单位面积上硅的成本很便宜，硅的可靠性很好。而接线端、连接器和导线的成本差不多远远超过了硅，与连接相关的问题的保修成本也大大超过了硅。MEMS的好处在于它消除了那些使成本增加的问题，并增强了可靠性。MEMS技术基于许多工具和它们的运作方式，它们中许多是从IC中借鉴过来的。IC和MEMS传感器开始都是用一个硅的晶片为平台，然后在其上安装其它装置。这些由平板印刷、成像和薄膜沉淀逐层构造而成。
这些层可以用很多方式结合到一起。其一是选择性地在表面镀金属，就像您在缓冲器上镀铬一样。化学蒸汽凝结发生于像露珠一样的金属固化到表面上的时候。晶体的外延附生过程与之非常相似（使用雾化硅除外）。当硅蒸汽凝结后，在基片上就形成了晶状结构。它允许晶体硅在基片上生长。通过将基片在高温下与氧气接触使硅“生锈”来达到电绝缘的效果。每层都有自己的保护层，各种凝结、晶体生长、涂层这些步骤只发生在需要它们的地方。
在正确的位置和以正确的方式加工完所需要的层之后，像梁、轮盘和齿轮这样的机械结构就可以构建了。通过诸如酸或者化学蚀刻这样的后续处理可以将不需要的金属除掉。MEMS的加工产品就是以一个特定的次序增减金属来制造或安装完成整个装置的微电路和机械元件。
看着MEMS实际制造出的产品来解释或许能最好地理解MEMS的加工。以加速度计为例，这些传感器用于测量试图沿特定方向移动物体的力的大小。用于主动悬挂系统的三轴传感器用于测量施加于车辆x、y、z平面上的力。
加速度计的原理我们在学校里曾经学过，通常的实验方法是将重物（标准质量）与弹簧连接，再连接待加速物体。由于静止物体总试图保持静止状态，当待加速物体远离标准质量移动时会拉长弹簧。一位名叫虎克的人指出了它的工作原理，所以我们有时把这一定理称为虎克定理，它说明了标准质量和弹簧伸长之间有怎样的关系，测量弹簧的伸长就可以计算出所施加的加速度。
一家名为Analog Devices（模拟设备）的公司基于质量弹簧的观念制造了利用MEMS技术的传感器。它们将标准质量、弹簧、测量运动幅度的系统和一些调理和放大信号的电路制造在同一个传感器中，这样传感器的输出信号对计算机会很有用处。
在这个传感器中，标准质量是一个硅条，弹簧系统是四根一组的绳索系在硅块的每个角上。当沿硅条长度方向发生有加速度时，质量相对于绳索固定端移动。加速度值与质量块的运动距离大致成比例。我所说的“大致”是因为弹簧不是“理想的”或者线性的，电子装置会对此进行补偿以保证输出结果的精确。
这种特殊的传感器的关键在于怎样测量运动距离，这里使用了电容的工作原理。在两个金属片间储存的电荷量取决于片的面积、绝缘方式和片间距离。Analog Devices的传感器两个金属片和硅标准质量构成两个电容。如果硅在两个片中间，硅和两个片之间相成的两个电容相等。当硅质量向其中一个接近时，它们之间的电容增大而另一个则会减小。通过测量两个电容数值会很容易地知道硅质量的移动距离。
Fujikura有限公司开发出一种利用压阻技术的传感器。它用于ABS和牵引控制系统，这里只需要测量相对较低的加速度（1到2个g）。它的尺寸小于1.4平方英寸（5×5×2.6mm厚），也可以测量三个平面的加速度。
这个传感器元件就像由硅、玻璃、硅3层所组成的三明治。第1层装有3组惠斯通电桥测量电路，每个电路包含有4个由半导体平面工艺制造的压敏电阻，对面的振动膜由硅蚀刻而成，粘合于此面的是玻璃层。在玻璃层背面切出一个方形槽，振动质量或者说标准质量安装在方形槽的中间。这个质量的作用类似于钟摆，它负责对加速度响应，此时，质量使振动膜移动，改变电阻的形状。而阻值的改变可以被计算机用来确定加速度的大小。第3层硅用来对标准质量限位，同时也用来定位传感器。
MEMSIC公司（位于马萨诸塞州安得弗市）则制造出完全不同的加速度计，它里面没有移动部件。这种加速度计的独特之处在于它利用硅里面加热空气的气泡来测量加速度，而不是利用标准质量。这要在硅基片内蚀刻出小腔室，腔室的中间放置一个热电阻，热电偶放置于腔室的两边。只要没有加速度，加热器中的热空气与两端热电偶等距。加速时，热空气会流向其中一个热电偶，温度的相对变化可以由相应电子装置读出，并转化为测量到的所发生的加速度输出信息。
这个概念可以进一步深化，在硅的腔室中安装许多热电偶。这样，无论x、y、z方向施加怎样的加速度，它们都可以被读出并得以解释。一个可能的应用是前灯导航系统。就像木匠使用水平尺中的气泡，当改变位置时，传感器可以检测到前灯俯仰的变化。当您在陡峭的山地爬坡、前灯照向天空时，传感器会通知辅助电机将前灯重新定位并指向地面，此时它们的作用非常好。
MEMS给汽车界带来的是先进而更便宜、更可靠的传感器，在某些情况下还会有更强的功能。这一技术也将会在我们日常生活的其它领域找到用武之地，比如在洗衣机（用于失衡检测）和计算机游戏（用身体运动的检测以代替游戏手柄输入）中。就像我前面所说的那样，这真是一项很酷的技术。
