MEMS是指集微型傳感器、執行器、信號處理、控制電路、接口電路、通信、微機械和微能源於一體的微型機電系統，可以實現對力、聲、光、熱、電、磁信號的感知和處理。其中傳感器較為成熟，執行器和微能源處於起步的階段，傳感器包括壓力、慣性、聲波、環境(如溫濕度)、熱輻射等；執行器如噴墨頭、BAW、濾波器等；微能源燃料電池能量密度高，但仍在開發中。
Electrostatic
MEMS OCT(optical coherence tomography) 微機電光學相干斷層掃描
微機電系統包含會活動的結構，例如陀螺儀，壓力計，RF切換器，麥克風等，分別有不同的機構部份，接受重力，壓力，電磁波，聲波等的引動，產生電子信號。微機電系統不只包括傳遞電訊之信號，亦需製作電訊來源或用途之特殊功能結構，使具有回饋(feedback)系統的功能，例如馬達(即致動器，將電能轉換為動能)、感測器(感測溫度、壓力、濃度、氣體等，將變化情形傳遞出去)等。
以物理現象來看，微電子是處理電子流動(flow)，而MEMS則處理流量(fluids)、加速度(acceleration)、光學(optical)以及電磁波。微電子可說是MEMS的大腦，MEMS內部的光機電結構是眼睛(sensor)、手臂(acturator)。
微機電系統具有體積小(從微米到毫米)、重量輕、功能耗低、耐用性好、靈敏度高、價格低廉、效能穩定等優點。可以應用於壓力感測器(Pressure sensor)、慣性感測器(Accelermeters)微型反射鏡(Micromirrors)、梳狀致動器(Gear Trains)、微型機器人(Miniature Robots)、流體泵(Fluid pumps)、微滴產生器(Microdroplet generators)、光學掃描儀(Optical scanners)等，其中MEMS感測器受到穿戴裝置市場認可並取得成功，歸功於以下四個要素：
l 尺寸：
近幾年，MEMS感測器尺寸有顯著的縮減。十年前，市場上最小的MEMS加速度計在印刷電路板(PCB)上占用約35mm2的面積。如今，最新高效加速度計僅需4mm2的空間，相當於一個番茄籽的大小。這些微型感測器在很大程度上讓穿戴式裝置變小，並提升不同市場對穿戴產品的接受度。
l 功耗：
所有穿戴式裝置廠商都希望有更長的電池續航時間。MEMS感測器商為降低感測器的功耗投入很大的心力，並取得了成功。例如，幾年前，加速度計的功耗約0.7mA，而獨立式陀螺儀的功耗約6mA，兩者功耗總和大約7mA。現在於相同的感測器配置條件下，加速度計和陀螺儀組成的高效MEMS慣性模組功耗不到1mA，這大幅降低也加快了多感測器模組在穿戴裝置市場的推廣應用，並推動穿戴產品市場持續湧現大量的新產品。
l 價格：
近年來，MEMS感測器價格大幅下滑，使穿戴式裝置售價更加平易近人，也讓一般消費者都能買得起。十年前，加速度計的售價高於3美元；今天，一顆功能先進、性能更好的加速度計大約3美分。隨著MEMS感測器價格持續下探，MEMS技術不斷進步，更多的MEMS感測器取得了規模經濟效應。
l 硬體整合與嵌入式功能：
在一個封裝內整合多個感測器和功能，有助於軟硬體工程師更快速、更輕鬆地將感測器整合到穿戴式裝置內。除了硬體整合外，更先進的功能和嵌入式演算法為應用開發人員提供一個強大的開發平台，並加快應用專案的開發速度。
不同於傳統的IC產業鏈，MEMS中封裝和測試占據了產業鏈七成的成本，因此封裝和測試顯得尤為重要。MEMS的器件複雜性導致了封裝成本過高，同時測試效率低，尤其是做生物化學MEMS；這也是制約MEMS封測發展的瓶頸。
MEMS產業鏈流程
積體電路與微機電系統比較表：
項目
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積體電路
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微機電
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元件
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電晶體
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感測元件、致動器、流質通道、閥、泵、光學鏡面
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結構
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二維
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三維
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物理現象
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電子訊號
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電子訊號、機械動作、
化學反應、光學作用
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製造
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I.C.(沉積、微影、蝕刻)
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I.C.、LIGA(電鑄成型)、Surface微加工、Bulk微加工
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封裝
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TSOP、QFP、BGA、Flip-chip
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Flip-Chip、特殊加工
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技術：
微機電所使用之技術統稱之為微工程(micro-engineering)，以3D製成微米級結構與元件，包括微電子(micro-electronics)，微機械(micro-machinery)，微電子是在矽晶片上製作電路，是已經很成熟的技術，微機械是製作微工程結構與可移動元件之技術。要在矽晶圓上製造出微小的活動結構，一般半導體製程儀器無法輕易達成。
MEMS的製造主要是使用積體電路製作技術，在矽基板上覆蓋所需材料，利用微影技術將設計之圖案形狀先成形於矽基板，再利用蝕刻技術將所成形圖案顯現出來，重複這些步驟可完成所需結構。從薄膜成長、黃光微影曝光、乾/濕蝕刻成型等製程都在微機電製程的應用範疇，再配合其他新發展的精密加工與矽微加工技術，包括異向性蝕刻、電鑄、LIGA…等技術，而成現在所發展的微機電元件的製造技術。而整個系統的完成則是靠各個關鍵元件的整合，再加上最後系統的封裝測試。其中在矽微加工技術方面，又可分為體型微加工技術、面型微加工技術、Excimer Laser(準分子雷射)以及LIGA等加工技術：
l 體型微加工技術
去除基體(bulk)之材料(substrate material)以製作坑、洞、齒狀，使用濕蝕刻或乾蝕刻方式進行。
l 面型微加工技術
利用蒸鍍、濺鍍或化學沈積方法，將多層薄膜疊合而成，此種方法較不傷及矽晶片。
l LIGA
使用X光曝光，再將曝光部分蝕刻去除，利用鑄模方式製作出金屬元件，用來製作模型(mold)，以方便大量生產。
l Excimer Laser
以雷射光直接照射在含鉻的光罩上，俾便製作所需結構，較複雜結構則需於光罩下加裝鏡片以放大影像。
MEMS和一般IC制程還有一個不同之處，就是那麼細小的活動結構，想當然非常脆弱，需要隔絕灰塵，水氣等，避免妨礙機構活動。所以MEMS晶圓大部份都會將這些結構加蓋（封蓋）密封在一個小空間中，有些高精密的元件，甚至需要裡面抽真空或灌惰性氣體。這也是IC制程不會有的。
市場概況：
MEMS主要應用領域為消費類（主要是智能手機）、汽車、醫療與健康監護、物聯網、機器人與無人機，以及軍事。市調機構Yole Developpement預估受經濟大勢的影響，MEMS、傳感器和執行器市場到2023年將增長至820億美元。此外，為了縮小器件尺寸，晶圓級封裝（扇出型）的應用將進一步增長。由於濾波器/手機數量持續增長以及前端模組價值的不斷提高，所帶來的RF器件需求增長，RF廠商很可能將繼續主宰2018年MEMS排行榜。
根據市調機構Yole Developpement預估，車用CMOS影像感測器將成為車用感測器及MEMS市場中，成長快速及規模最大的次市場，因為未來的電動車及自駕車支援的盲點偵測、環景影像、行車紀錄、自動倒車、車道偏移警示等功能，都要靠CMOS影像感測器來進行外在環境感測，因此市場規模將由2016年的22億美元，快速成長至2022年的77億美元，年複合成長率高達24％。
另外，電動車及自駕車對於感測技術的需求，已經與傳統引擎車有很大不同，長期來看，車用感測器及MEMS市場也將出現變化。其中，感應車外環境及車輛距離的雷達（RADAR）及光達（LiDAR）的成長會加快，雷達市場規模將由2016年的25億美元成長至2022年的62億美元，年複合成長率高達16％，價格昂貴的光達雖用量較少，但2022年市場規模亦將成長至14億美元。
台灣市場：
微機電系統技術為跨專業領域之整合技術，包括設計與模擬、半導體製程、微結構、微感測、微致動等技術。國內過去多年半導體的發展，已經建立一定的設計、模擬及半導體製程、封裝測試之技術，國內相關發展企業如下：
晶圓代工
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封裝測試
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元件開發
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台積電
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日月光
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壓力計
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聯興微、全磊
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亞太優勢
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矽品
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紅外線感測器
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眾智
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探微科技
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菱生
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微機電麥克風
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美律、鑫創、鈺太
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旺宏
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同欣
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慣性感測元件
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利順精密、矽創、矽立、合發微、原相、微智
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聯電
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精材
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微反射鏡
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華新麗華、先進微系統
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鉅晶
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微邦
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噴墨晶片
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研能、國際聯合
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世界先進
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矽格
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噴墨印表頭
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國際聯合科技
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亞太優勢
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南茂
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微結構、LIGA
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微邦
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加高
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微構裝
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希華晶體
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全磊
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生物晶片
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晶宇生技
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力成
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微流質控制器
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科強精密
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京元電
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各式感測器
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華新麗華
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泰林
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微機電製程代工
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環隆電氣與勝華科技公司合資
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欣銓
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光學鏡面結構
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興隆發電子公司
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微投影機
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亞光
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加速度計
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矽格
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其它元件
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旺矽、勵威
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雖然自駕車仍在試驗階段，但具備部分自駕功能的ADAS系統已經被大量應用在現在的汽車當中，至於電動車在未來幾年將更為普及；包括CMOS影像感測器、雷達及光達、超音波感器、磁力感測器、慣性量測器等需求都將持續成長，自然成為國內IC設計廠爭相布局的新藍海市場。
大陸市場：
中國大陸消耗了全球四分之一的MEMS器件，大部分MEMS及感測器仍依賴進口，在2015年全球Top 50 MEMS供應商中國廠商僅有三家，瑞聲科技(AAC)、歌爾聲學(Goertek)、共達電聲(Gettop)和美新半導體(MEMSIC)。中國的MEMS產業生態系統也正逐步完善，從研發、開發、設計、代工、封測到應用，產業鏈已基本形成，上海、蘇州、無錫都形成了研發中心，這些MEMS企業雖然出貨量低，但是在一些低端消費消域，還是有些競爭力。由於MEMS感測器在消費端的應用，已經由高階市場逐步擴散到一些低端手機、可穿戴式裝置。這一塊的應用市場未來也很大。中國MEMS公司由於與國際大公司的技術差距，未來會集中低端消費MEMS領域。MEMS前端研發需要大量的資金與時間，品種又過多，MEMS 器件很難營利。這些廠家的最終命運一定是，要麼在低端消費品市場的競爭中脫穎而出，要麼就是累積技術最終被歌爾聲學這類廠家收購。
全球市場：
2017年全球十大MEMS廠商：
排名
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公司
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國家
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1
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Broadcom
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美國
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2
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Robert Bosch(羅伯特·博世)
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德國
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3
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ST Micro Electronics (意法半導體)
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美國
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4
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Texas Instruments(德州儀器)
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美國
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5
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Qorvo
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美國
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6
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Hewlett Packard(惠普)
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美國
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7
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Knowles Electroincs(樓氏電子)
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美國
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8
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TDK
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日本
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9
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NXP
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荷蘭
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10
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Panasonic (松下)
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日本
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2017年營收排名前30位的MEMS廠商(Units:Millions)
2016年，全球排名前30位的MEMS廠商創造了92.4億美元營收。到了2017年，這一數字已經增長至98.8億美元。
2017年MEMS年代工廠營收排名(Units:Millions)
2017〜2023年MEMS市場預測：RF器件與其它MEMS器件
Yole預測，如果不包括RF，MEMS市場在2011-2023年間將年成長9%；若再加上RF MEMS，則整個MEMS市場的年複合成長率(CAGR)可望達到17.5%，出貨量將獲得26.7％的增長率，其中消費類市場將佔據最大的市場份額（市場規模佔比超過50％）。2023年的行動應用將為感測器和致動器創造530億美元的營收，而汽車應用則有205億美元。MEMS的下一波趨勢將會是工業4.0 (46億美元)、醫療保健(23億美元)和語音處理(14億美元)。
市場總結：
l MEMS感測器，相對傳統的感測器有很多的優勢，廣泛的應用在了消費類電子、醫療保健、汽車工業等行業。
l 由於MEMS感測器行業的品種多達上萬種，研發投入過大，單品種的銷量很難放大，所以只有大企業才能贏利。
l MEMS感測器已在消費電子產品、汽車工業、醫療保健、機器人及自動化工業、太空衛星、運載火箭、航空航太裝置等領域有著廣泛的應用，其中消費類電子已經成為了MEMS感測器的第一大應用市場。
l 汽車領域MEMS感測器前10大廠商，合計市佔率接近94%集中度非常高。是因為汽車上的使用的安全效能要求高，只有少數廠家能達到要求。
l 消費電子是MEMS最大的應用市場。Yole Developpement研究報告預測，全球MEMS消費類感測器市場，將以18.5%的年複合成長率成長，到2018年將達到64億美元。廠商的集中度相對較低，是因為消費類的MEMS感測器要求較低。
l 2015年MEMS感測器市場規模達到146億美元，預計到2020年，MEMS市場產值將以12%～13%的複合成長率成長至300億美元，單位出貨量達到23.5億。
l MEMS感測器在低端消費電子的應用也很大，如一些低端手機、可穿戴式裝置，中國的MEMS感測器與國際大公司還是有差距。
應用：
MEMS為跨專業領域的整合技術，可整合電子、機械、材料、資訊、光學、生醫等技術，使產品微小化、低成本化，達輕、薄、短、小的世界潮流。早期的應用以軍事、太空為主，商業化應用侷限在各式感測器、噴墨印表機噴墨頭、硬式磁碟機讀寫頭，近來擴及通訊電子、消費性電子、工業生產、儀錶、國防工業、汽車電子、生物醫學、軍事航太等，市場規模甚為廣大。
微機電系統（MEMS）在市場上扮演愈來愈重要的角色，包括微加速度計，微陀螺儀，微地磁計，微機電系統麥克風，微機電系統射頻等慣性感測器和壓力、濕度、紫外線指數等環境感測器被廣泛應用於消費性產品，成為新興的科技產業。但是專有解決方案需要客製的MEMS感測器。例如，MEMS青光眼鏡是一種柔軟的一次性矽隱形眼鏡，內建一個MEMS感測器，用於捕捉角膜區自發性周向變化。因為能夠24小時連續無創測量角膜變化，該解決方案是目前辨別正常眼壓青光眼和非青光眼之最實用的方法。
在各領域的應用：
l 在智慧手機上，MEMS感測器提供在聲音效能、場景切換、手勢辨識、方向定位、以及溫度/壓力/溼度感測器等廣泛的應用。
l 在汽車上，MEMS感測器藉助氣囊碰撞感測器、胎壓監測系統(TPMS)和車輛穩定性控制增強車輛的效能。
l 醫療領域，透過MEMS感測器成功研製出微型胰島素注射泵，並使心臟搭橋移植和人工細胞組織，成為現實中可實際使用的治療方式。
l 在可穿戴應用中，MEMS感測器可實現運動追蹤、心跳速率測量等。
l 在城市建設領域，MEMS感測器可以協助監測基礎設施建設的穩定性，營造充滿活力的回饋系統。MEMS感測器已經被廣泛地整合到汽車電子、智慧家庭、智慧電網等物聯網應用領域。
現有MEMS技術的進展基本可以使機器人實現全方面的感知和人機互動。
國內法人研發投入方向：
l 工研院：
工研院智慧微系統科技中心微機電技術研發成果與能量，如微機電製程整合、元件與模組設計、智慧/生醫微系統之技術整合，並運用於Smart Sensor、Micro-Systems及Machine Intelligent等領域。
因應全球智慧感測物聯網及智慧製造趨勢，微系統中心將以應用於「智慧製造」、「感知物聯網」的智慧微系統為研發標的，發展智慧感測與微系統整合應用關鍵技術。未來中心任務，將以關鍵組件國產化、關鍵技術自有化、建立產業聚落與生態系為努力的目標。
應用於「智慧製造」與「感知物聯網」之智慧微系統技術研發，智慧微系統科技中心的研發方向及主要服務有：
n 智慧製造感測器自主（Machine Intelligence），關鍵工業感測元件/模組與系統整合應用。
n 智慧生活/智慧照護及感知物聯網應用（IoT Service），MEMS智慧感測器、多重感測融合（Sensor fusion）與系統整合應用。
n 智慧感測模組開放式快速試製平台（MEMS Fab.），提供微機電元件、CMOS/MEMS製造封測試量產服務。
l 微機電產業發展聯盟：
有鑑於產業趨勢發展所需，微機電產業發展聯盟將依個別產品、技術類別次產業推動之需要，增設次產業聯盟 (SIG-Special Interest Group)，現已增設「微機電Lab.使用者聯盟」、「微電聲產業聯盟」、「CMOS MEMS 產業策略聯盟」與「動作感知技術創新應用產業策略聯盟」。
未來發展：
MEMS和傳感器最初主要開發用於”基本”的物理傳感，例如振動和壓力。然後，開發了加速度計和陀螺儀，這在設計方面需要巨大的研發投入。
隨著更多的研發投入，MEMS從物理傳感器，發展到光管理（例如MEMS微鏡），再到紅外傳感(例如微測輻射熱計)。這為傳感器首次超越人類感官創造了可能。從物理/光的技術角度來說，MEMS的發展還受到了聲學傳感器（例如MEMS麥克風）的驅動。
如今，MEMS和傳感器的發展旨在大幅超越人類的感知極限，具備了超聲波，超光譜和射頻傳感能力。甚至，我們可以想像下一代用於情感/心理共鳴感知的傳感器。
未來下一步將是”全局感知意識”。這意味著傳感器和MEMS將能提供全局環境地圖構建能力(例如LiDAR的3D環境感知)。多傳感器融合和人工智能將成為實現這一里程碑的關鍵基石。
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