小型繼電器的行業(yè)發(fā)展

 

    人類對(duì)微觀世界的探索和小型化的追求是無(wú)止境的。各種應(yīng)用的智能化和自動(dòng)化需要把更多的功能集成在越來(lái)越緊湊的空間中，而小型化同時(shí)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(jì)中葉半導(dǎo)體集成電路的發(fā)明在電子信息產(chǎn)業(yè)引發(fā)了一場(chǎng)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(fèi)產(chǎn)品展現(xiàn)在人們眼前。拿一個(gè)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(yùn)算速度慢100倍，體積要大485倍，價(jià)錢要貴10倍，存儲(chǔ)量、新功能、高清顯示等其他方面的差距更是天壤之別。

 

    這個(gè)行業(yè)的發(fā)展在集成電路發(fā)明后的半個(gè)多世紀(jì)來(lái)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(xiàng)預(yù)測(cè)：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(shì)主要?dú)w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(shí)，人們就可以在同樣單位面積里放置越來(lái)越多的，這樣就帶來(lái)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(wú)前例的，而且在其他工業(yè)界也難以復(fù)制。多年前就有人半開玩笑地拿汽車工業(yè)與半導(dǎo)體微電子行業(yè)作比較：

 

    如果汽車工業(yè)的進(jìn)步能像微電子工業(yè)一樣的話，那么，一輛寶馬在經(jīng)過(guò)幾十年的不斷改進(jìn)與發(fā)展，到今天其最高速度應(yīng)該能達(dá)到每小時(shí)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(jí)）和更高密度推進(jìn)的同時(shí)，人們也在不斷地思考和探索如何把微電子這種先進(jìn)的、并且經(jīng)過(guò)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(dǎo)體器件之外的領(lǐng)域中。微電機(jī)系統(tǒng)（MEMS：Micro-Electro-MechanicalSystems）就是在這樣的環(huán)境中孕育而生的一個(gè)交叉領(lǐng)域。顧名思義，微電機(jī)系統(tǒng)一般指的是微小的、帶電性能的機(jī)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(chǎng)上常見的一些產(chǎn)品有汽車?yán)锏膲毫鞲衅鳌⒓铀俣葌鞲衅鳌⑹謾C(jī)里的各種傳感器、指南針、麥克風(fēng)、噴墨打印機(jī)噴頭、電鏡投影儀等。發(fā)展到現(xiàn)在，微電機(jī)系統(tǒng)已是包羅萬(wàn)象，其驅(qū)動(dòng)機(jī)制有電、熱、磁、壓電等等，應(yīng)用覆蓋通訊、汽車、消費(fèi)、生物、醫(yī)療、化工、軍工、航天等，甚至一些不帶電的、沒有機(jī)械部件的系統(tǒng)有時(shí)也被歸納到這個(gè)領(lǐng)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(shì)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。