mems是什么意思

聊聊MEMS这个东西。

它的全称是微机电系统，英文是 Micro-Electro-Mechanical Systems。拆开看就很好懂。Micro就是“微”，小到你用肉眼看不见。Electro-Mechanical就是“机电”，意思是机械和电子的结合。Systems就是“系统”，说明它不是一个孤立的零件，而是一堆零件组合起来干活。

简单说，MEMS就是把我们平时看到的那些齿轮、弹簧、杠杆、马达这些机械结构，做得跟灰尘一样小，然后和电子电路一起封装在一个小小的芯片上。

你可能会问，把这些东西做得那么小有什么用？

用处太大了。你每天都在用，只是不知道它的名字而已。

最典型的例子就是你的手机。

你把手机横过来，屏幕会自动旋转。这个功能就是靠一个MEMS芯片实现的，叫加速度计。芯片里面有一个超级小的“重块”，连着几个微型“弹簧”。你把手机一歪，这个小重块因为惯性就会动一下，拉扯弹簧。弹簧一变形，旁边的电路就能测出来形变了多少，往哪个方向变的。然后电路就把这个信号告诉手机CPU：“喂，主人把手机横过来了”。你的屏幕就转过来了。这个过程快到你根本感觉不到。

手机里的麦克风也是MEMS。以前的老麦克风里面有线圈、有磁铁，个头很大。现在的手机麦克风，就是一个指甲盖大小的芯片。它的原理是在芯片上做一个薄得像纸一样的微型振动膜。你说话时，声波传过来，空气振动，这个小膜片也跟着振动。膜片下面就是电路，膜片一动，它和电路之间的距离就变了，电信号也跟着变。这样，你的声音就被转换成了电子信号。小、省电，而且性能还很好。

还有手机里的陀螺仪，你玩赛车游戏时转动手机就能控制方向，或者拍照时的光学防抖，都是靠它。它能感知手机在三维空间里的转动角度和速度，原理比加速度计复杂一点，但核心也是利用微小的机械结构在旋转时产生的力，再把这个力变成电信号。

这些感知运动、声音的MEMS设备，我们管它们叫传感器。它们是连接物理世界和数字世界的桥梁。

除了手机，汽车里也装了一大堆MEMS。

比如汽车的安全气囊。怎么知道该不该弹出来？就是靠MEMS加速度计。它一直在监测车的加速度。平时开车，加减速都是正常的。但如果突然发生猛烈碰撞，加速度会瞬间变得巨大。芯片里的那个小重块会因为巨大的惯性发生剧烈位移，电路立刻检测到这个异常信号，判断出“出车祸了”，然后在一眨眼的功夫里，指令安全气囊引爆、弹出。整个过程就几十毫秒。

还有胎压监测系统（TPMS），每个轮胎里都装了一个小小的MEMS压力传感器。它能实时测量轮胎里的气压，然后通过无线信号把数据发给行车电脑。胎压不正常了，仪表盘上就会报警。这比你自己拿胎压计去一个个量方便多了，也安全多了。

MEMS不光能做传感器，还能做执行器，就是能“动”的设备。

一个很常见的例子是喷墨打印机。打印机的喷头就是一个复杂的MEMS芯片。上面有成百上千个比头发丝还细的喷嘴。每个喷嘴后面都有一个微小的加热元件或者压电元件。打印的时候，电脑指令某个喷嘴工作，它后面的元件就瞬间把墨水加热，形成一个气泡，把一滴极小的墨滴“挤”出去，喷到纸上。成千上万个喷嘴就这样以极高的频率和精度协同工作，最终组成了你看到的文字和图像。

它们是怎么造出来的呢？

过程其实和我们熟悉的CPU、内存芯片差不多，都是在硅晶圆上“雕刻”出来的。用的技术叫光刻。简单理解，就是先在硅片上涂一层感光材料，然后用特定图案的光去照射，被照到的地方材料性质就变了。接着用化学药剂把不需要的部分腐蚀掉，剩下的就是想要的形状了。这个过程可以一层一层地重复，最后就能在硅片上造出立体的、可以活动的微型机械结构。

因为是用制造半导体芯片的方法来生产，所以MEMS有几个很明显的好处：

第一，体积小、重量轻。这个不用多说，看看手机里的芯片就知道了。

第二，功耗低。因为机械结构太小了，驱动它们或者检测它们的运动只需要很少的能量。这对手机、可穿戴设备这种靠电池供电的东西来说很重要。

第三，成本低。这指的是大规模生产的情况下。虽然研发和开模具很贵，但一旦生产线跑起来，一次就能在一片晶圆上造出成千上万个MEMS芯片，每个芯片的成本一下子就摊薄了，可以做到很便宜。

MEMS最妙的地方，就是它成了一座桥梁。它能把真实世界里的物理动作、物理量，比如晃动、声音、压力、温度、旋转，转换成电子世界能看懂的0和1信号。反过来，它也能接收电子世界的指令，去执行物理世界的动作，比如喷射墨滴。

它让冰冷的机器有了“感官”，能感知周围的环境。我们的手机之所以“智能”，很大程度上就是因为内置了各种各样的MEMS传感器，让它知道了自己的姿态、位置和周围的声音。没有MEMS，智能手机、无人机、可穿戴设备这些东西可能都无法实现，或者说，会笨重得多。

所以，MEMS不是某个具体的东西，而是一门技术，一种把机械和电子结合在微观尺度上的方法。它就像一个工具箱，工程师可以用它来制造各种各样的微型传感器和执行器，应用在你能想到的几乎所有领域。