mems是否集成具有争论性，集成是实现高性能、低价格、高可靠性与高质量的唯一办法，但其研发和生产投入较大，需要较大的批量来支持，而且要解决可行的工艺问题。本文分析了集成和不集成两种观点及其现实依据，同时展望mems集成的发展趋势。

　　集成是微机电系统(mems)的一种可行途径吗？当可能需要额外的时间并冒额外的风险时，mems项目应选择单芯片集成途径吗？也许将几块裸片置于同一封装内是一种更好的解决方案，但是应该采用什么样的标准呢？这个问题不容易回答，因为存在一些不确定因素，且常常只有在产品推向市场一段相当长的时间后才能最后确定其是否成功。mems集成是产品寿命周期中早期投资成本与后期投资回报之间的折衷，但常常受技术及应用需求的影响。在大多数情况下，如果传感器不必因为特定应用而必须与电子电路分开时，单芯片集成是最好的解决方案，但在化学感应和高温等恶劣环境下必须将传感器与电子电路分开。或许就像过去25年半导体微电子技术的发展那样，当工具、工艺及生产经验能以较低风险来规避这些不确定性问题时，集成将成为必然。

　　正如大多数工程解决方案一样，成功的mems产品可解决设计折衷以及降低与开发及生产有关的成本等问题。与延长学习周期、复杂设备及工艺有关的时间风险，使得集成在微机械加工领域并不常见。但有趣的是，在微电子业界似乎总有这样的信条，即只要不断去努力就能获得突破。

集成带来的优势

　　当ic芯片仅拥有少数几个晶体管或在早期cmos工艺时，半导体技术具有一些不确定的变量，这些变量更像是一些随机数而不是正常函数。早期用于定义平面器件的工具仅为一些简单的工艺图及模型，器件特征参数通常以数学逼近及计算尺(slide-rule)来建立。在那时，人们仅仅根据良品率及缺陷密度就证明1亿个晶体管的ic不可能实现。回顾我们使用1亿个晶体管的itanium处理器芯片时，可以发现引领我们沿摩尔定律前进并形成一个拥有2000亿美元产业的技术进展，是在了解降低失败风险的设计与制造工具上所取得进步的结果。

　　ic单芯片集成所实现的最佳工程解决方案似乎已经解决了过去几年中的大多数争论，高性能、低价格、可靠性与质量水平除了采用集成的办法外不可能实现，集成已成为当前所有ic厂商的业务差异化的关键。实际上只要我们注意观察就可以发现，集成cmos甚至采用了双极工艺和cmos工艺的混合信号器件在现实生活中已得到很多应用。

为什么要集成mems?

　　这个问题与关于ic集成的问题类似。要考虑的首要因素是是否有足够大的批量来分摊集成所带来开发与加工的成本，另外还必须解决可行的工艺问题。最关键的争论是有没有其他途径来达到批量所需的低成本目标。当由于物理尺寸限制不能采用其他可能的方法时，通常会做出采用集成的最终决策。大批量产品的质量和可靠性水平可能会影响到这种折衷决策，而从adi公司推出的1.5亿多片单芯片mems器件上所得出的经验证明，单芯片mems集成通常都能达到低于1ppm的质量水平，以及10亿小时的平均故障间隔时间(mtbf)。

　　从技术解决方案角度看，将所有元件都放在一个芯片上具有某些明显的优势：高噪声条件下的小信号可以受到最小的应力、电磁干扰、寄生电容及漏电流等“未知变量”的影响。采用常见的ic设计技术(例如交叉空铅技术(cross-quading))及开关电容充电管理可消除由温度及其他未知因素带来的影响。由于集成将具有低电平信号的电路放在一起，而热环境因素等保持不变，因而能获得更低的热迟滞以及更好的接通特性。在必须寻址数百万显示单元且以视频频率激励的应用中，尺寸的局限及互联密度证明了采用集成mems器件是正确的。当手持式设备或医疗产品要求其厚度或宽度不得超过系统封装极限时，同样证明采用集成mems器件是合理的。

　　解决上述问题的另一种方法是产生更大的信号，但这通常又要求更大的硅面积、更高的功耗及更低的阻抗，且以多芯片解决方案的形式来实现。为从实际环境中获得足够的信息，人们给mems元件增加一套传感器，且在远端位置对信号进行补偿。这样一来，互联的成本、尺寸及复杂性呈非线性(指数)增长，从而导致高成本并难以对组件进行封装与测试。adi公司的单芯片陀螺仪(gyro，见图1)的经验证明，与在片外处理相比，片内集成带来的优势是可处理信号幅度至少低两个数量级的信号。而硅传感器尺寸一般需要增加10至1000倍方能产生同样的信噪比，这将增加应力管理(stressmanagement)及长期稳定性等主要设计挑战。

集成并不总是最佳选择

　　集成并非是某些mems器件的最佳解决方案。集成mems产品可能要求比非集成设计更长的开发时间，尤其当需要同时开发相关工艺时。由于mems设计与工艺之间的紧密联系，在完成构建几种不同的设计并充分了解其生产的良品率以前，很难确定一种可行的工艺。由于系统级开发周期问题，客户可能会由于鉴定周期或系统级质量要求而宣布“不要进行任何改变”。