小型繼電器的行業(yè)發(fā)展

 

    人類對微觀世界的探索和小型化的追求是無止境的。各種應用的智能化和自動化需要把更多的功能集成在越來越緊湊的空間中，而小型化同時可以使一些功能提高（如速度、效率等），并使材料和制造成本不斷降低。

 

    上世紀中葉半導體集成電路的發(fā)明在電子信息產(chǎn)業(yè)引發(fā)了一場革命。大規(guī)模平面集成式微電子制作工藝把一代又一代的更好、更快而且更便宜的電子、通訊和消費產(chǎn)品展現(xiàn)在人們眼前。拿一個80年代初期的“手提”電腦（OsbourneExecutive）與iPhone作比較（圖1），前者比iPhone重100倍，運算速度慢100倍，體積要大485倍，價錢要貴10倍，存儲量、新功能、高清顯示等其他方面的差距更是天壤之別。

 

    這個行業(yè)的發(fā)展在集成電路發(fā)明后的半個多世紀來基本上遵循了英特爾（Intel）公司創(chuàng)始人摩爾（G.Moore）在1965年作的一項預測：集成電路元件密度大致每年增加一倍（圖2）。而這種近指數(shù)式的發(fā)展趨勢主要歸功于平面集成式的整體制造（BatchFabrication）工藝，系統(tǒng)中（如微處理器等）的元部件（如三極管）不再是用傳統(tǒng)的零件加工組裝模式制作，而是整體制作完成。這樣，在制造工藝和精度不斷提高的同時，人們就可以在同樣單位面積里放置越來越多的，這樣就帶來了功能的不斷提高和成本的不斷降低。

 

    電子信息產(chǎn)業(yè)的這種近指數(shù)式的發(fā)展是史無前例的，而且在其他工業(yè)界也難以復制。多年前就有人半開玩笑地拿汽車工業(yè)與半導體微電子行業(yè)作比較：

 

    如果汽車工業(yè)的進步能像微電子工業(yè)一樣的話，那么，一輛寶馬在經(jīng)過幾十年的不斷改進與發(fā)展，到今天其最高速度應該能達到每小時5000公里，1公升的汽油可以跑800公里，每輛車只需要10元人民幣。

 

    在微電子工藝不斷向更小尺寸（納米級）和更高密度推進的同時，人們也在不斷地思考和探索如何把微電子這種先進的、并且經(jīng)過不斷發(fā)展而非常成熟的平面集成式制造工藝推廣到半導體器件之外的領域中。微電機系統(tǒng)（MEMS：Micro-Electro-MechanicalSystems）就是在這樣的環(huán)境中孕育而生的一個交叉領域。顧名思義，微電機系統(tǒng)一般指的是微小的、帶電性能的機械系統(tǒng)，并且其制作方式采用的是集成電路式的整體制作方式。

 

    現(xiàn)在市場上常見的一些產(chǎn)品有汽車里的壓力傳感器、加速度傳感器、手機里的各種傳感器、指南針、麥克風、噴墨打印機噴頭、電鏡投影儀等。發(fā)展到現(xiàn)在，微電機系統(tǒng)已是包羅萬象，其驅(qū)動機制有電、熱、磁、壓電等等，應用覆蓋通訊、汽車、消費、生物、醫(yī)療、化工、軍工、航天等，甚至一些不帶電的、沒有機械部件的系統(tǒng)有時也被歸納到這個領域。總之，小型繼電器是人們利用微電子集成式制造工藝的優(yōu)勢去制作微電子器件之外的感知和駕馭自然界的新手段和工具。