加速創(chuàng)新步伐的MEMS傳感器
[導(dǎo)讀]Wii的成功讓任天堂一度成為日本最大市值企業(yè)，iPhone和iPad的成功則將蘋果推上全球市值最大企業(yè)的神壇，而促成這三個劃時代產(chǎn)品其中關(guān)鍵用戶體驗的有個共同的硬件就是傳感器。
“傳感器”就是電子信息時代的五官，
Wii的成功讓任天堂一度成為日本最大市值企業(yè)，iPhone和iPad的成功則將蘋果推上全球市值最大企業(yè)的神壇，而促成這三個劃時代產(chǎn)品其中關(guān)鍵用戶體驗的有個共同的硬件就是傳感器。
“傳感器”就是電子信息時代的五官，借助傳感器獲得更多真實世界的信息并輔以信息處理系統(tǒng)，就為衍生出各種各樣創(chuàng)新應(yīng)用提供了便利條件，傳感器是21世紀電子產(chǎn)品顛覆傳統(tǒng)最好的伙伴。在此背景下，許多新興市場需求涌現(xiàn)，客觀上再次促進傳感器技術(shù)的創(chuàng)新。
傳感器技術(shù)在未來的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，對于新型敏感材料的研發(fā)，用以提高精確度和響應(yīng)速度。而通過新型敏感材料的研發(fā)，研制出新型傳感器，主要是光電子、微電子、生物化學(xué)等新技術(shù)。第二，微型化的同時降低功耗。將會出現(xiàn)微米甚至納米級別的微型器件，同時降低功耗。第三，集成化及智慧化趨勢，即傳感器與IC的集成制造技術(shù)及多參量傳感器的集成制造技術(shù)得到發(fā)展，以及在集成化基礎(chǔ)上使得信號檢測具有一定的智慧。
近年來，隨著消費電子的興起，傳感器在各種消費電子產(chǎn)品中的應(yīng)用集中爆發(fā)，特別是在娛樂和移動互聯(lián)中的應(yīng)用日漸廣泛，而MEMS技術(shù)的加入則賦予傳感器更大施展舞臺。 與傳統(tǒng)的傳感器技術(shù)相比，MEMS體積小、重量輕、成本低、能耗低、可靠性高、易于批量生產(chǎn)、智能化高。作為正處于高速發(fā)展前夕的技術(shù)，MEMS的廣泛應(yīng)用將在多領(lǐng)域給人類發(fā)展帶來深遠影響，如信息、航空航天、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等方面?？梢哉f隨著MEMS傳感器的普及，以更小尺寸，更高性能和智能的MEMS傳感器為基礎(chǔ)，又會催生那些改變世界的電子產(chǎn)品創(chuàng)意應(yīng)用，我們只需期待新一場終端消費電子產(chǎn)品的應(yīng)用革命。
目前，MEMS傳感器主要應(yīng)用在汽車和消費電子兩大領(lǐng)域。汽車工業(yè)是傳感器的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。每輛汽車會有40到上百個傳感器，而汽車智能化的發(fā)展趨勢也將促進汽車市場對傳感器的需求。其應(yīng)用方向和市場需求包括車輛的防抱死系統(tǒng)(ABS)、電子車身穩(wěn)定程序(ESP)、電控懸掛(ECS)、電動手剎(EPB)、斜坡起動輔助(HAS)、胎壓監(jiān)控(EPMS)、引擎防抖、車輛傾角計量和車內(nèi)心跳檢測等等。其中電子車身穩(wěn)定程序ESP得到眾MEMS廠商的高度關(guān)注。由于其主動防滑功能要求更多的傳感器和先進的處理系統(tǒng)，因此將帶動汽車電子MEMS傳統(tǒng)應(yīng)用市場的需求。
MEMS傳感器在消費電子領(lǐng)域中主要應(yīng)用于運動/墜落檢測、導(dǎo)航數(shù)據(jù)補償、游戲/人機界面、電源管理、GPS增強/盲區(qū)消除、速度/距離計數(shù)、其他體育和保健應(yīng)用等等。這些MEMS技術(shù)都在很大程度上提高了用戶體驗，并帶來了全新的電子消費產(chǎn)品。其中加速度計是該市場中第一大應(yīng)用產(chǎn)品。而近期陀螺儀增長迅速，已經(jīng)成為繼加速度計后的第二大應(yīng)用產(chǎn)品。
隨著人口老齡化和中國醫(yī)療保健系統(tǒng)的健全，各種遠距離監(jiān)護和高精度治療設(shè)備將越來越多地被引入。醫(yī)療保健市場逐漸成為MEMS傳感器應(yīng)用的又一大市場。 MEMS具有微型的特點，可以代替器官植入、微量檢測，主要的發(fā)展方向是血管內(nèi)手術(shù)和顱內(nèi)手術(shù)以及細胞手術(shù)。
除去這三個領(lǐng)域，在軍事中，MEMS也有很大的應(yīng)用。
隨著科技的進步及人們生活水平不斷提高，人們對手機的要求早已超越簡單的通訊功能，要求手機更具有智能化、人性化及娛樂性。據(jù)分析師預(yù)測，隨著智能手機實時的互聯(lián)網(wǎng)訪問和傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，智能手機將很快成為地球上最大的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。因此，我們相信，圖像傳感器、指紋傳感器、光傳感器、加速傳感器等典型的傳感器，將會有更廣闊的市場。同時，隨著人們的需求不斷地提升，其將驅(qū)動傳感器技術(shù)不斷地創(chuàng)新。我們也相信在未來會有更多的新型傳感器應(yīng)用及技術(shù)涌現(xiàn)。
雖然傳感器產(chǎn)品面臨巨大的市場機會，然而也面臨不小的挑戰(zhàn)，主要包括：新興MEMS應(yīng)用給廠商帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)，如情境感知(context awareness)、定位和遠程監(jiān)視等新興MEMS應(yīng)用。
在便攜市場，客戶需求才是真正的市場需求。由于顧客渴望將越來越多語音技術(shù)應(yīng)用在便攜設(shè)備上(如視頻會議和語音識別)，這就需要更高性能的MEMS麥克風(fēng)。特別是信噪比高、頻率響應(yīng)平坦、動態(tài)范圍廣、而又牢固的MEMS麥克風(fēng)，才能錄制各種類型的高質(zhì)量音樂。加速度計在LBS服務(wù)中起著至關(guān)重要的作用。高性能加速度計，需要為磁強計校準(magnetometer calibration)提供精確的傾斜信息。
未來，在物聯(lián)網(wǎng)日益的發(fā)展、傳感器技術(shù)的進步及市場新需求的促進下，環(huán)境保護及醫(yī)療領(lǐng)域的傳感器應(yīng)用將呈現(xiàn)增長。隨著環(huán)境監(jiān)測、預(yù)警、應(yīng)急處置等市場需求不斷增多，環(huán)保傳感器將成為傳感器的新興市場。隨著中國醫(yī)療電子特別是便攜醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，中國醫(yī)療器械市場正以每年15%的速度增長，中國MEMS傳感器市場規(guī)模有望進一步擴大。此外，不斷涌現(xiàn)的新產(chǎn)品以及新應(yīng)用也成為這一市場持續(xù)發(fā)展的重要保障。
眾多新興機遇的涌現(xiàn)要求半導(dǎo)體廠商提供更高精度、穩(wěn)定性更好的高集成度傳感器模塊。ADI微機電事業(yè)部市場經(jīng)理吳彥彬強調(diào)，ADI繼續(xù)將重點放在開發(fā)傳感器的核心技術(shù)，以提供最好的工業(yè)級加速度計和陀螺儀。同時，ADI還將繼續(xù)提供更多高集成度的傳感器，以適應(yīng)不同市場的需求，并使客戶縮短研發(fā)周期及學(xué)習(xí)曲線。例如，ADI最新的陀螺儀產(chǎn)品僅僅在一個單軸陀螺儀芯片內(nèi)就集成了4個核心傳感器，提供了無可比擬的傳感器性能，如穩(wěn)定性、振動抑制、更低的零g偏移等。隨著市場對更高性能陀螺儀需求的增加，采用MEMS制造工藝在一小時內(nèi)完成多少變化是傳感器技術(shù)在設(shè)計與開發(fā)過程中遇到的主要挑戰(zhàn)。通常情況下，這些傳感器已經(jīng)過廣泛的惡劣環(huán)境測試，而這又為現(xiàn)有的MEMS傳感器封裝技術(shù)帶來進一步的挑戰(zhàn)。
“傳感器”就是電子信息時代的五官，借助傳感器獲得更多真實世界的信息并輔以信息處理系統(tǒng)，就為衍生出各種各樣創(chuàng)新應(yīng)用提供了便利條件，傳感器是21世紀電子產(chǎn)品顛覆傳統(tǒng)最好的伙伴。在此背景下，許多新興市場需求涌現(xiàn)，客觀上再次促進傳感器技術(shù)的創(chuàng)新。
傳感器技術(shù)在未來的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，對于新型敏感材料的研發(fā)，用以提高精確度和響應(yīng)速度。而通過新型敏感材料的研發(fā)，研制出新型傳感器，主要是光電子、微電子、生物化學(xué)等新技術(shù)。第二，微型化的同時降低功耗。將會出現(xiàn)微米甚至納米級別的微型器件，同時降低功耗。第三，集成化及智慧化趨勢，即傳感器與IC的集成制造技術(shù)及多參量傳感器的集成制造技術(shù)得到發(fā)展，以及在集成化基礎(chǔ)上使得信號檢測具有一定的智慧。
近年來，隨著消費電子的興起，傳感器在各種消費電子產(chǎn)品中的應(yīng)用集中爆發(fā)，特別是在娛樂和移動互聯(lián)中的應(yīng)用日漸廣泛，而MEMS技術(shù)的加入則賦予傳感器更大施展舞臺。 與傳統(tǒng)的傳感器技術(shù)相比，MEMS體積小、重量輕、成本低、能耗低、可靠性高、易于批量生產(chǎn)、智能化高。作為正處于高速發(fā)展前夕的技術(shù)，MEMS的廣泛應(yīng)用將在多領(lǐng)域給人類發(fā)展帶來深遠影響，如信息、航空航天、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等方面?？梢哉f隨著MEMS傳感器的普及，以更小尺寸，更高性能和智能的MEMS傳感器為基礎(chǔ)，又會催生那些改變世界的電子產(chǎn)品創(chuàng)意應(yīng)用，我們只需期待新一場終端消費電子產(chǎn)品的應(yīng)用革命。
目前，MEMS傳感器主要應(yīng)用在汽車和消費電子兩大領(lǐng)域。汽車工業(yè)是傳感器的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。每輛汽車會有40到上百個傳感器，而汽車智能化的發(fā)展趨勢也將促進汽車市場對傳感器的需求。其應(yīng)用方向和市場需求包括車輛的防抱死系統(tǒng)(ABS)、電子車身穩(wěn)定程序(ESP)、電控懸掛(ECS)、電動手剎(EPB)、斜坡起動輔助(HAS)、胎壓監(jiān)控(EPMS)、引擎防抖、車輛傾角計量和車內(nèi)心跳檢測等等。其中電子車身穩(wěn)定程序ESP得到眾MEMS廠商的高度關(guān)注。由于其主動防滑功能要求更多的傳感器和先進的處理系統(tǒng)，因此將帶動汽車電子MEMS傳統(tǒng)應(yīng)用市場的需求。
MEMS傳感器在消費電子領(lǐng)域中主要應(yīng)用于運動/墜落檢測、導(dǎo)航數(shù)據(jù)補償、游戲/人機界面、電源管理、GPS增強/盲區(qū)消除、速度/距離計數(shù)、其他體育和保健應(yīng)用等等。這些MEMS技術(shù)都在很大程度上提高了用戶體驗，并帶來了全新的電子消費產(chǎn)品。其中加速度計是該市場中第一大應(yīng)用產(chǎn)品。而近期陀螺儀增長迅速，已經(jīng)成為繼加速度計后的第二大應(yīng)用產(chǎn)品。
隨著人口老齡化和中國醫(yī)療保健系統(tǒng)的健全，各種遠距離監(jiān)護和高精度治療設(shè)備將越來越多地被引入。醫(yī)療保健市場逐漸成為MEMS傳感器應(yīng)用的又一大市場。 MEMS具有微型的特點，可以代替器官植入、微量檢測，主要的發(fā)展方向是血管內(nèi)手術(shù)和顱內(nèi)手術(shù)以及細胞手術(shù)。
除去這三個領(lǐng)域，在軍事中，MEMS也有很大的應(yīng)用。
隨著科技的進步及人們生活水平不斷提高，人們對手機的要求早已超越簡單的通訊功能，要求手機更具有智能化、人性化及娛樂性。據(jù)分析師預(yù)測，隨著智能手機實時的互聯(lián)網(wǎng)訪問和傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，智能手機將很快成為地球上最大的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。因此，我們相信，圖像傳感器、指紋傳感器、光傳感器、加速傳感器等典型的傳感器，將會有更廣闊的市場。同時，隨著人們的需求不斷地提升，其將驅(qū)動傳感器技術(shù)不斷地創(chuàng)新。我們也相信在未來會有更多的新型傳感器應(yīng)用及技術(shù)涌現(xiàn)。
雖然傳感器產(chǎn)品面臨巨大的市場機會，然而也面臨不小的挑戰(zhàn)，主要包括：新興MEMS應(yīng)用給廠商帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)，如情境感知(context awareness)、定位和遠程監(jiān)視等新興MEMS應(yīng)用。
在便攜市場，客戶需求才是真正的市場需求。由于顧客渴望將越來越多語音技術(shù)應(yīng)用在便攜設(shè)備上(如視頻會議和語音識別)，這就需要更高性能的MEMS麥克風(fēng)。特別是信噪比高、頻率響應(yīng)平坦、動態(tài)范圍廣、而又牢固的MEMS麥克風(fēng)，才能錄制各種類型的高質(zhì)量音樂。加速度計在LBS服務(wù)中起著至關(guān)重要的作用。高性能加速度計，需要為磁強計校準(magnetometer calibration)提供精確的傾斜信息。
未來，在物聯(lián)網(wǎng)日益的發(fā)展、傳感器技術(shù)的進步及市場新需求的促進下，環(huán)境保護及醫(yī)療領(lǐng)域的傳感器應(yīng)用將呈現(xiàn)增長。隨著環(huán)境監(jiān)測、預(yù)警、應(yīng)急處置等市場需求不斷增多，環(huán)保傳感器將成為傳感器的新興市場。隨著中國醫(yī)療電子特別是便攜醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，中國醫(yī)療器械市場正以每年15%的速度增長，中國MEMS傳感器市場規(guī)模有望進一步擴大。此外，不斷涌現(xiàn)的新產(chǎn)品以及新應(yīng)用也成為這一市場持續(xù)發(fā)展的重要保障。
眾多新興機遇的涌現(xiàn)要求半導(dǎo)體廠商提供更高精度、穩(wěn)定性更好的高集成度傳感器模塊。ADI微機電事業(yè)部市場經(jīng)理吳彥彬強調(diào)，ADI繼續(xù)將重點放在開發(fā)傳感器的核心技術(shù)，以提供最好的工業(yè)級加速度計和陀螺儀。同時，ADI還將繼續(xù)提供更多高集成度的傳感器，以適應(yīng)不同市場的需求，并使客戶縮短研發(fā)周期及學(xué)習(xí)曲線。例如，ADI最新的陀螺儀產(chǎn)品僅僅在一個單軸陀螺儀芯片內(nèi)就集成了4個核心傳感器，提供了無可比擬的傳感器性能，如穩(wěn)定性、振動抑制、更低的零g偏移等。隨著市場對更高性能陀螺儀需求的增加，采用MEMS制造工藝在一小時內(nèi)完成多少變化是傳感器技術(shù)在設(shè)計與開發(fā)過程中遇到的主要挑戰(zhàn)。通常情況下，這些傳感器已經(jīng)過廣泛的惡劣環(huán)境測試，而這又為現(xiàn)有的MEMS傳感器封裝技術(shù)帶來進一步的挑戰(zhàn)。
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