“MEMS需要标准。”

在过去的几个月里，我多次听到这样的宣言。但是，如果你试着在互联网上搜索标准的证据，甚至标准化工作的证据，你会发现……一些东西，但你必须努力寻找，并遵循许多徒劳的线索才能到达那里，而且它绝不是决定性的。与实际相关人员的讨论描绘了一幅与互联网上出现的非常不同的画面。

本文试图捕捉正在进行的主要活动，至少在我所了解的范围内是这样。显然，即使在我打字的时候，整个领域都在变化，所以细节将变得过时。此外，许多标准起源于走廊上的问候和鸡尾酒会上的交谈;很难说这种沉思在此时此刻会变成正式的活动。接下来的，显然是一个快照。

对于快速增长的行业来说，标准是一个敏感的话题。有一种感觉是，制造商需要自由地尝试任何和所有的新想法，以发挥他们的潜力，在某个任意时间冻结技术元素，在有证据表明不太可能进一步改变之前，将扼杀创新(我谨慎地使用这个词，因为它往往是“我想做我想做的事情”的逃避牌)，最终将损害整个行业。

相反，在一个行业的发展过程中，当混乱不再像量子湍流那样产生疯狂的新想法，而是开始更像阻碍进步的热振动。这时，供应商和购买者都开始要求以标准的形式建立某种秩序。

诀窍在于找到合适的时机。如果制定得太早，这些标准就会被忽视，因为它们与重要参与者的利益相悖。如果做得太晚，不仅该行业会遭受痛苦，而且根深蒂固的临时立场也会越来越强硬，在协调的时候必然会出现混乱——或者产生这样的风险:忽视标准会比改变标准来满足标准更痛苦。

最终，创建和采用标准所涉及的工作必须具有长期的经济效益。客户通常可以从标准中获得合理的利益——特别是如果他们不需要花费任何精力来帮助制定标准的话。另一方面，供应商并不确定，不同的供应商对标准的正确时间的判断也不同。

综上所述，似乎有一个相对广泛的共识，即明智地制定标准的时机已经成熟。事实上，已经有了一些标准——只是不清楚谁(如果有人)在使用它们。当然，JEDEC和IEEE等组织发布的许多通用标准将影响MEMS设备的封装尺寸和通信协议等。下面的讨论只集中在专门为MEMS和传感器建立和设计的标准上。

从头说起

信不信由你，SEMI是一个专注于半导体加工和其他相关技术的组织，它制定了十项现有标准。有四个积极的努力领域:微流体、材料表征、晶圆键合和术语。它们由一个专门的MEMS/NEMS委员会管理，该委员会由Mark Crockett、Janet Cassard和Win Baylies共同主持。

计量相关标准在很大程度上源于设备制造商和买方对各种工艺性能的分歧。例如，晶圆键必须达到可接受的强度，但设备制造商测量一种方法，而他们的客户测量另一种方法;最终，他们意识到他们必须在方法论上达成一致——因此需要一个标准。

以下是计量相关的SEMI标准:

• MS1:指定晶圆-晶圆键合对准目标指南
• MS2:薄膜台阶高度测量的试验方法
• MEMS技术术语
• MS4:基于共振光束频率的薄反射膜杨氏模量测量的标准试验方法
• MS5:使用微v形测试结构测量晶圆键合强度的测试方法
• MS8: MEMS封装密封性评估指南
• MS10:测量流体通过MEMS包装材料渗透的测试方法

这里的一般方法是从最基本的元素开始，比如薄膜测量。让它发挥作用，随着成功的实现，向制造链的上游移动，发现更多的机会。

与此同时，微流体行业目前是一个碎片化的医疗刀片业务。正如该领域的顾问Henne van Heeren所描述的，一个给定的系统将由一件设备、相关的支持设备和一系列消耗品(也称为“一次性用品”)组成。消耗品才是赚钱的地方。这意味着一个生态系统，现在，每个公司都试图建立和维护自己的封闭生态系统，这样它就可以拥有和控制业务的所有方面——并获得所有的收入和利润。

但扩散意味着将这些系统从由训练有素的专家组成的昂贵实验室转移到当地诊所，在那里它们必须与其他设备、文件、医生和病人共享空间，由不太专业的临床医生来运行。因此，为每个不同的测试使用完全不同的机器及其生态系统是行不通的。一台给定的机器如果能做不止一件事，它就会有更大的价值。

还有一种做法是将信号或结果的感知与试剂的引入分离开来。诊所是一个不太规范的环境，试图让测试机器引入试剂有污染和错误的风险。相反，一次性用品应预先装入所有必要的材料(测试样品除外);然后，设备只需读取并传递结果。

把所有这些放在一起，你需要开始标准化设备与一次性设备的接口方式。因此，微流体标准的规模很小，但在不断增长——还是从基础开始。到目前为止，SEMI贡献了三个标准:

• MS6:接口微流体系统的设计和材料指南
• MS7:电子设备封装的微流体接口规范
• MS9:微流控器件间高密度永久连接规范

据Crockett先生说，MS1和MS4已经获得了很好的吸收;其他的并不是完全不活跃，但它们落后了。

包装和可靠性是另外一个需要在SEMI内部进行标准工作的领域，但是，目前，他们没有固定的领导者(包装领域有一个代理领导者)，所以他们暂时处于闲置状态。诊断生物传感器公司的Mark Tondra指出，这个行业还没有大到足以引起NIST的注意。

另一方面，iNEMI有一个正在进行的可靠性项目，正在征求“创始成员”(到2013年2月1日-时间快到了!*)注意，正如iNEMI的吉姆·阿诺德和辛西娅·威廉姆斯所描述的，iNEMI不设定标准;他们承担的研究项目可能最终会成为标准工作的投入。将任何这样的iNEMI结果转移到标准过程中，都是通过既是iNEMI成员的个人进行的，也可以通过指定了相关主题的任何标准机构的个人进行的。

我确实问过一些MEMS设备供应商，他们是否遵循任何与MEMS相关的标准。当然，这些公司都不是微流体公司，所以我甚至不指望他们知道这些标准。但是没有人意识到与计量相关的标准——但是，公平地说，这些标准可能足够低，以至于它们不会引起营销人员的注意。

帮助客户

在流程的完全相反的一端是客户。他们注意到，比较不同的MEMS产品非常困难，因为(a)数据表规定了不同的参数，(b)共享的参数可能使用不同的测试方法，或至少不同的测试条件，(c)甚至可能对基本术语没有一致意见。一个母亲该怎么办?

很容易想象，在像MEMS这样的高风险、高赌注的游戏中，第一个出来的人按照他想要的方式做事，而这是否足够成为与客户谈判的问题。当第二个人进入市场时，第一个人尽量不去理会他。

但是我们现在有很多制造商，比如MEMS加速度计，解决各种不同的应用。在市场的现阶段，客户正在比较数据表，但收效甚微。

因此，目前正在努力对数据表的关键部分进行标准化。种子方案是由英特尔、高通、InvenSense、意法半导体、飞思卡尔和博世组成的团队提出的，由英特尔的Steven Whalley领导，并与MEMS工业集团(MIG)和NIST合作。

部分讨论涉及在不够和太多之间取得适当的平衡。例如，Kionix的Ron Chong指出，该提案包括要求数据表包括不同运行模式的功耗表。但是，他指出，这些设备变得如此复杂，以至于这样一张表最终可能会有数千行——对任何人都没有好处。

0.9版的修订版将随时发行。沃利和Analog Devices的奥莱利(Rob O ' reilly)说，预计这款手机将在2013年第一季度末之前正式推出。

有趣的是，这种努力不仅仅是客户的求助。它来自于许多努力，其中最重要的是NIST所做的工作，以创建一些测试结构来评估关键材料的性能，如杨氏模量。这是一个非常具体的项目，可能被设想为实现标准的测试方法——包括结构和测量协议。但它没有去任何地方。

根据Michael Gaitan, NIST关于MEMS的人(我的描述，不是他的，因为他的名字出现的频率)，NIST有两个目的:一个是改善测量科学;另一个是制定标准。他们有一个活跃的MEMS计划，可以追溯到他们的兴趣在于使用MEMS设备来改进他们的测量设备。随着时间的推移，MEMS活动从这种模式转变为标准设置模式。测试结构项目清楚地表明，该过程中缺少一个关键成分:行业共识。

从那以后，他们开始着手制定路线图，并提出了建议测试标准，也是与米格合作完成的。但是建立共识的过程也转移了关注的领域:在您可以标准化测试或测试过程之前，您必须就需要测试的内容达成一致。在就需要测试的内容达成一致之前，您必须就客户关心的内容以及应该放在数据表上的内容达成一致。所以迈克尔·盖坦指出，他对确定数据表内容的努力感到非常鼓舞。它建立了协商一致意见，并确立了一个起点，在继续协商一致的情况下，可以在这个起点上进行进一步的工作。

与此同时，与他们的可靠性项目类似，iNEMI也正在启动一个测试项目，同样是在2月1日的最后期限*，以便公众输入工作说明。虽然这听起来可能有些重复，但阿诺德先生强调了iNEMI的坚持，即他们的工作与其他工作是互补的，因此他们将明确地专注于其他人没有做的事情。

改进的通信

在改进传感器与主机(或系统中的其他任何东西)通信方式方面，则完全不同。目前，传感器通常提供I²C(更常见，因为它只需要两个引脚)和/或SPI，具有单独的中断信号。操作模式要么是主机直接通过总线控制一切，要么是传感器使用中断线提醒主机，然后主机使用总线响应。

这带来了几个挑战。首先，针的数量激增。即使只有一个我²C总线，您必须管理多个中断信号，既要找到一个地方发送它们(不同的处理器有不同的中断处理能力)，又要在电路板上路由它们。

然后是表现。据莱迪思公司的萨特万特·辛格说，我²例如，C只处理400kb /s，这促使设计人员创建多个I²C总线，加剧信号拥塞。电力是下一个问题:在I上开0²C总线可以使用比传感器本身消耗的更多的功率。再加上我²C和SPI的协议标准化有限，产生了不兼容性，您面临的情况是，许多参与者正在考虑尝试标准化一个新的更高带宽的协议。

这是通过MIPI进行管理的，一些现有的标准正在考虑直接使用或改编，包括RF前端(RFFE)、SLIMbus和电池接口(BIF)标准。重点是保持较低的门数，同时关注延迟和带宽。中断信号也在考虑移除——中断信号和任何其他必要的控制信号都可以通过高速协议在带内处理。

这仍处于早期阶段——一个所谓的“一丘之貉”的讨论。一份大纲正在准备提交给MIPI董事会;预期的时间表是当前讨论的话题。

人们不敢涉足的地方

如果说有一个MEMS标准的话题引起了人们的愤怒，那就是标准化实际过程的想法。MEMS是一种构建复杂结构的新方法，没有人愿意将核心工艺置于标准之下。

好消息是，没人要求这么做。但有一些建议——在这一点上，它们只是建议——可能有一些处理的元素可以标准化。NIST的盖坦先生提到了AMFitzgerald的艾丽莎·菲茨杰拉德的一个类比(她最近通过与Silex的合作把这种情况比作机械车间:你可以在这样的车间里制造任何你能想象到的东西。**但你仍然要遵守标准:钻头尺寸、螺纹和其他方面。

他们的想法是，在MEMS加工过程中，有这样的部件可以协调一致，使设备更容易在不同的晶圆厂或由不同的代工厂制造。所以这个话题已经被委婉地提出来了，但据我所知，现在只是说说而已。

下落不明

当我在互联网上寻找关于这个主题的有用线索时，我发现了一些在我的其他讨论中完全没有提到的地方。互联网是所有相关和ir的收集者，很难决定如何处置这些东西。它们是被重新命名的项目的前身，然后交给其他组织，然后再重新命名?是失败的项目吗?他们是否生活在另一个平行宇宙中?我不确定，但以下是我偶然发现的一些例子。我相信，再花几个月的时间，我就能把这些整理好，但我不得不屈服于出版截止日期的意愿，并以此为借口说“够了!”

请注意，其中一些可能看起来特别像MEMS标准(参见DIN标准)，也可能不像，但当我第一次发现它们时，它们专门出现在MEMS相关的上下文中。

• IEEE 1451。是的,IEEE。而不是P任何东西，它超出了P。这是一个“传感器和执行器的智能换能器接口标准”。共有8个组件，1451.0-1451.7。它包括“传感器电子数据表”或“TEDS”的定义。认真地说:在我和任何人的谈话中，这从来没有自发地出现过。O_o……

  当我询问时，盖坦先生证实NIST一直积极参与这个项目，尽管是通过另一个NIST实验室和个人。我将在未来的报道中跟进此事;这似乎是一个复杂的标准。公平地说，它似乎适用于所有传感器和执行器，而不仅仅是MEMS。

• IEC TC 47/SC 47F下的众多项目，涵盖MEMS。日本微型机械中心也在跟踪这一活动。它们包括，在不同的发展阶段，
  • IEC 62047-11: MEMS材料线性热膨胀系数的试验方法
  • IEC 62047-15: PDMS和玻璃之间粘结强度的试验方法
  • IEC 62047-16:测定MEMS薄膜残余应力的试验方法晶圆曲率和悬臂梁偏转方法
  • IEC 62047-17:测量薄膜机械性能的膨胀试验方法
  • IEC 62047-18薄膜材料弯曲试验方法
  • IEC 62047-19:电子罗盘
  • IEC 62047-20薄膜MEMS材料泊松比的试验方法
  • IEC 62047-22:柔性基材上导电薄膜的机电拉伸试验方法
  • PNW 47F-139:微几何参数评定的一般规则
  • PNW 47F-140:硅基MEMS制造技术。布局设计的基本规定
  • PNW 47F-141:硅基MEMS制造技术。微结合区域切削和拉压强度的测量方法

我正试图联系美国全国委员会成员(我已经被吓倒了)，未来我也会跟进此事。

• DIN 1495-3:小功率和分数马力电动机用特殊要求的烧结金属滑动轴承。第3部分:要求和试验(DIN是指Deutsches Institut für Normung，或德国标准协会。)
  
• DIN 32561: Fertigungsmittel für Mikrosysteme - Werkstückträger - Anschlussmaße und Toleranzen。哦，对不起，那应该是“微系统生产设备-托盘-尺寸和公差”。未来的工作包括微系统的生产设备，微系统组件的分类，术语，以及设备和“末端执行器”(机器人工具/手指/任何东西的业务端)之间的接口。
  
• ASTM E08.05.03 -若干薄膜相关标准(E 2244, 2245和2256)。这是较老的作品(可见的活动是2003年的)，所以它可能已经被用于其他事情，因为这是在NIST的赞助下。

把它煮开

总结一下:

• 存在几个低级计量标准。
• 目前存在一些微流体标准。
• 智能传感器标准已经存在。
• 数据表标准/协议正在制定中。
• 测试和可靠性标准化工作正在建设中。
• 传感器通信标准正在考虑之中。

我头痛。

*根据iNEMI的吉姆·阿诺德(Jim Arnold)的说法，如果需要，这个日期可能会延长，因为假期占用了大部分输入时间。

是的，是的，我知道。在绘图课上，我们都学过一些很容易画出来却永远无法真正建成的东西。我们把思路限制在可以建造的的事情。

更新说明:机器商店的比喻，最初归因于盖坦先生，已被纠正，将其归因于艾丽莎菲茨杰拉德。

更多信息，如有:

Iec sc 47f

IEEE 1451(通过NIST)

iNEMI可靠性项目

iNEMI测试项目

日本微型机中心(JMMC)

SEMI MEMS标准

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