MEMS是一種工程空間技術，主要仰仗於機械和機電裝置及相關結構的小型化。這些可以透過多種技術創建，統稱為微製程(Microfabrication)。與這種MEMS元件相關的尺寸(Form Factors)可以從幾個mm直到次微米(Sub-micron)級。有些元件可以運動，但其他元件會在裝置中保持靜態。
MEMS技術有許多潛在用途，但它目前在轉換器(Transducers)領域具有最重要影響。作為通用術語，轉換器可以涵蓋將能量從一種形態轉換為另一種形態的任何裝置。在MEMS環境中，這將是機械能到電能，或者反過來的方式，包括微感測器和微致動器(Micro-actuators)。
雖然標準的機電裝置本身非常有用，並且可以完成大量任務，但是當它們在整合到MEMS中時，可以實現其全部最大潛力，感測元件可以與伴隨的IC和其他元件共用同一矽基板。採用典型的半導體製程(CMOS、BiCMOS等)來製造IC，而MEMS特性則使用微加工製程製造，選擇性地蝕刻掉晶片的一部分，或者添加新的結構以形成轉換器元件。除了在許多應用中具有很大吸引力的小型化明顯優勢外，MEMS元件批量製造和自動校準能力也帶來明顯的規模經濟，從而可以大大降低製造費用，降低實際的單價。
MEMS感測器可簡化任務/降低風險
現代感測解決方案通常將MEMS元件與相關的訊號調節電路整合，例如類比數位轉換器(ADC)和數位介面。這形成更緊湊的解決方案，可以輕易地與系統主處理器互連。透過在系統級封裝(SiP)格式中包含此類功能，設計工程師的任務變得更加簡潔，進而降低設計風險，並加速產品上市時程。
整合MEMS元件的另一個優勢則是它們總能提供「理想」的輸出。如果裝置的機械元件為非線性，那麼這可以透過裝置本身的演算法來解決。例如，還可以透過在MEMS元件內整合小的熱感測器來應對由於溫度變化引起的非線性或偏移(Offset)。藉由這種自補償能力，基於MEMS的感測技術能夠提供高品質輸出。
使用MEMS技術的最簡單裝置之一是麥克風(圖1)，它是一種直接的感測器類型，可將聲壓轉換為電能。由於語音啟動助理(如Amazon、Google等)、降雜訊耳機以及音訊會議等車輛和商業應用中使用的語音控制系統等大幅成長，麥克風市場正在迅速復甦。
一些基於MEMS的麥克風，例如Infineon的IM69D120，相較其較大的機電同類產品具有更好的性能。該特定元件具有非常高的訊噪比(SNR)和極低的失真(<1%)以及完美的匹配，非常適合多麥克風陣列型應用。它還具備高整合度，包括一個低雜訊前置放大器和一個ADC，可提供完全的數位輸出。
雖然有許多類型的基於MEMS的感測器，能夠量測流量、位置、運動、壓力等，但這些節省空間的裝置現在也開始承擔更複雜的任務。例如，它們已經廣泛用在汽車工業，以便更精確地知道車輛的方位和運動，確保持續的穩定性並增強安全感，執行這些任務的關鍵元件包括採用MEMS技術的加速度計和陀螺儀。
MEMS加速度計廣泛應用消費/工業/汽車產業
基於MEMS的加速度計能夠感測由於運動/加速度引起的力，這些主要透過懸掛(在彈簧上)微加工層來實現，當安裝於任何媒介上的感測器因動作而受到力時，該層可自由運動。一些MEMS加速度計利用壓電效應，這些裝置包含微晶體結構，晶體結構受到機構層運動造成的壓力，之後產生與加速度成比例的電壓。另一種方法是將可動作層懸掛在一對電極板之間，當機構層移動時，電容就會改變，該變化可以被量測並產生與加速力成比例之輸出。在大多數微加工製程中，確定電容只需要一個小小的額外步驟。這種方法能夠具備明顯提高的靈敏度，並且本質對溫度變化不敏感，所有這些都使其應用具有很大吸引力。
近年來，加速度計已經進入更廣泛應用領域。它們現在被整合到智慧型手機中，可以幫助偵測方向以轉動螢幕，並提供額外的功能(例如統計步數以提高健身水準)。它們可以整合在媒體播放機等產品中以提供創新的用戶介面，可以在口袋內輕敲以變換到下一音樂曲目。此外，它們可以作為一種偵測「相機抖動」方式(包括數位相機和影像攝影機)，透過反相動作影像感測器來校正可能導致模糊影像。在筆記型電腦型號中，它們可用於偵測突然跌落，並在硬碟驅動器(HDD)撞擊地面之前將其關閉，以保護高價值資料。
在消費性領域之外，加速度計還具有其他軍事、研究和商業用例。它們也常用于機器人和機器控制系統，但最重要的是它們在汽車產業中執行安全關鍵功能。結合車輛中的高級駕駛員輔助系統(ADAS)，具備高g值的加速度計可以透過偵測快速負加速度來及時回應即將發生的撞擊，可以啟動安全氣囊，關閉燃料供應，甚至自動向急救人員發出緊急呼叫。
基於MEMS的陀螺儀可以仰仗Coriolis Effect量測圍繞正常行駛軸的側傾和偏航，並能夠偵測打滑，提供進一步的安全功能。舉例來說，Murata的SCC2230將三軸加速度計與陀螺儀和訊號處理電路整合在一個小型SiP中(圖2)，構成一個基於MEMS的慣性量測系統(IMU)，可以高精度地跟蹤位置。該元件基於Murata專有的電容式MEMS機構，能夠量測加速度和角速率，同時透過方便的數位SPI輸出提供資料。
感測器融合 資料準確更可靠
因此，感測器融合能夠處理來自多個感測器的資料，隨後得到的資料更準確或更可靠，或者兩者兼而有之。業界對這一概念的興趣日益增加，至少部分是由於MEMS感測器使用越來越多，這些感測器能夠降低感測系統的尺寸和成本。隨著物聯網的不斷進步，現在可以訪問雲端運算資源，以更有意義的方式組合來自多個感測器的資料，並提供所需的處理能力。
以相對濕度作為一個簡單的範例。這須要運算空氣中存在的水量，表示為在相同溫度下飽和狀況所需水量的百分比。這對於室內氣候控制很重要，特別是在儲存敏感電子元件的地方，以及工業應用(例如塗漆和塗層)中。可以透過將濕度感測器的資料與溫度感測器的資料組合來運算環境相對濕度。
感測器融合還可用於改進系統或物體在三維空間中的定位。透過前面討論過的Murata IMU，來自加速度計和陀螺儀的資料可以透過感測器融合進行組合，以提供高精度的3D位置，能夠克服陀螺儀內的任何偏差或可能影響加速度計讀數的振動，可使用複合濾波演算法(包括流行的卡爾曼濾波技術)來組合資料。除了在汽車產業也具備許多應用外，該技術也註定廣泛應用于機器人等領域，例如，必須要知道機器人手臂的確切位置。
基於MEMS感測器資料的融合也在醫療保健市場取得了重大進展。可穿戴健身追蹤器中的感測器可以與其他心率或體溫監測器等貼近身體裝置組合，提供患者生命體徵的完整資料，並用於遠端監護等用途。如果再將人工智慧(AI)導入這些類似的醫療應用，可以開創沒有任何人工參與狀況下的醫學診斷巨大潛力。
雖然MEMS感測器與較大的機電元件都仰仗相同的原理，但MEMS感測器正在為當今世界中所看到的快速變化做出重大貢獻。小而堅固的MEMS元件(通常以SiP格式提供)可以將感測元件與板載訊號調節和數位通訊整合在一起，能夠更容易地將資料傳輸到適當的硬體處理。
透過自動化製造和校準的組合，以及量產快速成長所帶來的規模經濟效應，這種先進技術比以往都更加經濟實惠。所有這些發展都得益於將多個感測器的運作整合在一起所帶來的機會，藉此能夠實現更高的準確度和可靠性，並可獲得透過單獨感測器無法實現的參數量測。
