【導(dǎo)讀】以加速度計(jì)、陀螺儀、壓力傳感器為代表的MEMS傳感器，因?yàn)榈统杀?、小尺寸、低功耗和高性能，近幾年?lái)正被大量集成到便攜設(shè)備內(nèi)。而新興的移動(dòng)消費(fèi)電子應(yīng)用，例如增強(qiáng)實(shí)境(AR)、數(shù)碼影像防抖技術(shù)、定位服務(wù)(LBS)、室內(nèi)及多樓層盲區(qū)導(dǎo)航功能等，也需要復(fù)雜程度更高的感應(yīng)功能，導(dǎo)致MEMS的用途不再局限于當(dāng)前的屏幕旋轉(zhuǎn)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、數(shù)字羅盤(pán)和3D游戲等應(yīng)用領(lǐng)域。

摘要：  以加速度計(jì)、陀螺儀、壓力傳感器為代表的MEMS傳感器，因?yàn)榈统杀尽⑿〕叽?、低功耗和高性能，近幾年?lái)正被大量集成到便攜設(shè)備內(nèi)。而新興的移動(dòng)消費(fèi)電子應(yīng)用，例如增強(qiáng)實(shí)境(AR)、數(shù)碼影像防抖技術(shù)、定位服務(wù)(LBS)、室內(nèi)及多樓層盲區(qū)導(dǎo)航功能等，也需要復(fù)雜程度更高的感應(yīng)功能，導(dǎo)致MEMS的用途不再局限于當(dāng)前的屏幕旋轉(zhuǎn)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、數(shù)字羅盤(pán)和3D游戲等應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵字：  MEMS傳感器，  高智能，  人機(jī)界面，  

以加速度計(jì)、陀螺儀、壓力傳感器為代表的MEMS傳感器，因?yàn)榈统杀?、小尺寸、低功耗和高性能，近幾年?lái)正被大量集成到便攜設(shè)備內(nèi)。而新興的移動(dòng)消費(fèi)電子應(yīng)用，例如增強(qiáng)實(shí)境(AR)、數(shù)碼影像防抖技術(shù)、定位服務(wù)(LBS)、室內(nèi)及多樓層盲區(qū)導(dǎo)航功能等，也需要復(fù)雜程度更高的感應(yīng)功能，導(dǎo)致MEMS的用途不再局限于當(dāng)前的屏幕旋轉(zhuǎn)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、數(shù)字羅盤(pán)和3D游戲等應(yīng)用領(lǐng)域。

從高集成走向高智能

“智能手機(jī)與平板是驅(qū)動(dòng)今年增長(zhǎng)的關(guān)鍵力量，這些產(chǎn)品中很多已經(jīng)具有3軸加速計(jì)、3軸陀螺儀、麥克風(fēng)、立體聲波濾波器等標(biāo)準(zhǔn)MEMS器件?！币夥ò雽?dǎo)體MEMS事業(yè)部業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理Roberto De Nuccio強(qiáng)調(diào)說(shuō)，提供在一個(gè)封裝內(nèi)整合多個(gè)傳感器的一體化解決方案，是ST最為擅長(zhǎng)提供的領(lǐng)域，iNEMO就是這種發(fā)展趨勢(shì)的一個(gè)典型實(shí)例。

該引擎被ST稱作“業(yè)界首款完整可定制的多軸MEMS傳感器軟硬件解決方案”，可實(shí)現(xiàn)自主和自動(dòng)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)特定的條件，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的操作，用戶無(wú)需干預(yù)或只需稍加介入。而近年來(lái)由WIN 8引發(fā)的Sensor hub概念，更是加速了MCU+iNEMO這種“智能傳感器”形式在手持終端中普及。ST正是看到了這一契機(jī)，宣布與微軟合作，以確保在基于Windows 8的平板電腦和計(jì)算機(jī)中快速采用其MEMS傳感器及相關(guān)技術(shù)。

Roberto De Nuccio表示，由于“智能傳感器”在一個(gè)封裝內(nèi)整合了MEMS器件和處理器功能，無(wú)需主處理器介入，獨(dú)立運(yùn)行傳感器算法，能夠大幅降低系統(tǒng)級(jí)功耗。因此，對(duì)耗電量極大的手持設(shè)備而言非常重要。未來(lái)，具備高度微型化、集成化和智能化特性的MEMS傳感器，將在單一芯片上實(shí)現(xiàn)從信號(hào)采集、處理到輸出的全過(guò)程，為今后實(shí)現(xiàn)更多功能，將更多想象變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)奠定基礎(chǔ)。

至于MCU+Sensor組合和單純的MEMS傳感器模塊今后哪種會(huì)成為主流?ST大中華區(qū)暨南亞區(qū)微電機(jī)系統(tǒng)及傳感器高級(jí)市場(chǎng)部經(jīng)理吳衛(wèi)東在此前的采訪中曾評(píng)價(jià)稱，盡管ST已經(jīng)推出能夠檢測(cè)9個(gè)自由度并內(nèi)置32位處理器的INEMO-M1智能多傳感器模塊，技術(shù)上不存在任何問(wèn)題。但對(duì)此話題不可一概而論，ST將奉行兩者并行的策略。

INEMO-M1智能多傳感器模塊

“首先，只有真正商用化的量產(chǎn)方案才有實(shí)際意義?！眳切l(wèi)東說(shuō)，“更重要的是，不同應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)MCU的需求不同，在為客戶開(kāi)發(fā)帶來(lái)便利性的同時(shí)有可能是以犧牲靈活性為代價(jià)的，所以集成并非絕對(duì)的好，需要針對(duì)應(yīng)用具體分析;其次，消費(fèi)類市場(chǎng)對(duì)成本極為敏感，模塊化方案的性價(jià)比是否就一定優(yōu)于單個(gè)器件，也需要仔細(xì)斟酌。”

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盡管業(yè)界不斷熱炒9軸、12軸MEMS傳感器概念，但仍有部分人士認(rèn)為今后一兩年內(nèi)，市場(chǎng)上的主流方案仍會(huì)以3+3的6軸方案為主。對(duì)此，Roberto De Nuccio分析稱，多傳感器集成是大勢(shì)所趨，目前看到的市場(chǎng)趨勢(shì)確實(shí)以9軸方案為主，包括以加速度、陀螺儀、地磁計(jì)為代表的運(yùn)動(dòng)傳感器，和以濕度、溫度、壓力為代表的環(huán)境檢測(cè)傳感器。根據(jù)他的判斷，2013年，加速度計(jì)市場(chǎng)仍將保持提升態(tài)勢(shì)，陀螺儀附帶率將由2012年的10%升至30%，地磁計(jì)附帶率將上升至70%;環(huán)境傳感器方面，濕度傳感器將首次入住手機(jī)參考設(shè)計(jì)中。

面向更自然人機(jī)界面的MEMS

吳衛(wèi)東特別提到了MEMS領(lǐng)域最成功的產(chǎn)品之一：MEMS麥克風(fēng)。據(jù)IHS iSuppli的MEMS市場(chǎng)簡(jiǎn)報(bào)，風(fēng)頭強(qiáng)勁的蘋(píng)果iPhone把MEMS麥克風(fēng)市場(chǎng)推到了新的高度，幫助其出貨量在短短三年內(nèi)就劇增了將近四倍。2012年MEMS麥克風(fēng)出貨量估計(jì)達(dá)到20.6億個(gè)，是2009年出貨量4.329億的4.8倍。

這點(diǎn)并不難理解。因?yàn)槊坎恐悄苁謾C(jī)可能只需要一個(gè)加速計(jì)、羅盤(pán)和陀螺儀，但通常會(huì)需要兩個(gè)或更多的MEMS麥克風(fēng)以獲得額外好處，比如加強(qiáng)支持噪聲抑制以及視頻的高清錄音。另一方面，不同于加速計(jì)，MEMS麥克風(fēng)價(jià)格一直保持堅(jiān)挺，據(jù)稱這主要是因?yàn)樘O(píng)果等公司不是只看重價(jià)格。例如，為了獲得高性能MEMS麥克風(fēng)，蘋(píng)果支付的價(jià)格是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的三到四倍，從而幫助穩(wěn)定了整體MEMS麥克風(fēng)的價(jià)格。

吳衛(wèi)東稱，ST的MEMS麥克風(fēng)已經(jīng)有幾千萬(wàn)顆的市場(chǎng)銷售量。除了采用新的堆疊和封裝方式外，他們還使用了音頻主動(dòng)降噪技術(shù)STANCO，能夠保證產(chǎn)品頂部端口和底部端口的SNR無(wú)差異，并且把AOP從120dbs提高到140dbs，從而具有更寬的音域。

此外，下一代手機(jī)和平板電腦，以及可變形超級(jí)本等所擁有的手勢(shì)識(shí)別、觸摸、室內(nèi)導(dǎo)航等功能，也正推動(dòng)著MEMS傳感器的大發(fā)展。例如，目前在筆記本電腦中的運(yùn)動(dòng)傳感器只有加速度計(jì)一種，用于防止筆記本電腦跌落時(shí)SSD硬盤(pán)受損。而隨著可變形超級(jí)本的出現(xiàn)，陀螺儀和地磁感應(yīng)器也將被引入其中，用于實(shí)現(xiàn)室內(nèi)導(dǎo)航與增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)功能。

除了消費(fèi)和手機(jī)應(yīng)用，很多技術(shù)和商業(yè)專家也認(rèn)為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、打印機(jī)、投影機(jī)、復(fù)印機(jī)、汽車和其他高附加價(jià)值的工業(yè)、醫(yī)療、有線通訊、航天、國(guó)防等，將是MEMS傳感器的下一次商業(yè)機(jī)會(huì)。例如，ST已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的可以安裝在一次性敷貼內(nèi)的微型胰島素注射泵和5節(jié)點(diǎn)無(wú)線壓力傳感器網(wǎng)絡(luò)組成的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng);或是能夠24小時(shí)檢測(cè)和觀察眼壓變化的智能隱形眼鏡，用以幫助專家提前發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行青光眼的治療。[!--empirenews.page--]

如何獲得成功?

要想在消費(fèi)電子市場(chǎng)取得成功，廠商就必須通過(guò)規(guī)模經(jīng)濟(jì)取勝，并且能夠提供廣泛的解決方案。ST稱，他們是市場(chǎng)上唯一能夠?yàn)榭蛻舻膽?yīng)用設(shè)計(jì)提供傳感器整體解決方案的廠商，產(chǎn)品包括加速度計(jì)、陀螺儀、羅盤(pán)、壓力傳感器、麥克風(fēng)、接近檢測(cè)傳感器、觸控傳感器等。 而競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手專注較小的產(chǎn)品組合，當(dāng)他們進(jìn)行集成功能時(shí)，需要完全依賴外部廠商為其提供其它的傳感器。目前，ST MEMS傳感器的產(chǎn)能已達(dá)400萬(wàn)顆/天，且是世界上第一家制造基于8英寸晶圓工藝MEMS器件制造商。

不過(guò)，多傳感器集成化在現(xiàn)階段對(duì)于MEMS制造工藝依然是不小的挑戰(zhàn)。這是因?yàn)榧赡K的制作工藝更難，生產(chǎn)良率也會(huì)顯著下降，只有充分掌握其中每一門(mén)技術(shù)，才能保證器件的性能穩(wěn)定性。ST目前已經(jīng)能夠?qū)⒐柰准夹g(shù)(TSV)應(yīng)用于大批量MEMS生產(chǎn)中，這對(duì)在智能傳感器和多軸慣性模塊中實(shí)現(xiàn)高性能3D芯片集成來(lái)說(shuō)，是具有里程碑性質(zhì)的事件。

Roberto De Nuccio表示，ST曾嘗試將MEMS的機(jī)械部分與ASIC進(jìn)行整合，但沒(méi)有成功。因此，從效率、經(jīng)濟(jì)性、出貨量等多方面考慮，ST未來(lái)還將堅(jiān)持系統(tǒng)級(jí)封裝策略(System-in-package)，但會(huì)在小型化技術(shù)上更為創(chuàng)新。比如今后的加速度計(jì)和陀螺儀可以共享一個(gè)MEMS芯片，六軸系統(tǒng)可集成到更小的封裝中，而不用像現(xiàn)在加速度和陀螺儀分別使用兩個(gè)MEMS Die，占用較大的面積。

運(yùn)用經(jīng)過(guò)市場(chǎng)檢驗(yàn)的內(nèi)部制造鏈優(yōu)勢(shì)，也被ST方面視作戰(zhàn)勝對(duì)手的法寶之一。吳衛(wèi)東稱，相比ST靈活的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)級(jí)封裝方法，大多數(shù)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手只能依靠分散的供應(yīng)鏈，在出廠前需要在芯片供應(yīng)商和封裝外包商之間往返多次，需要經(jīng)過(guò)系統(tǒng)級(jí)芯片制造工序，這些過(guò)程很容易引起晶片污染、質(zhì)量和交貨等問(wèn)題。