村田MEMS傳感器：汽車、醫(yī)療、消費(fèi)市場齊發(fā)力

MEMS是Micro Electro Mechanical Systems的縮寫，和內(nèi)存、微處理器這樣的半導(dǎo)體產(chǎn)品一樣是對硅晶片進(jìn)行微細(xì)加工而成的產(chǎn)品，只是MEMS的硅電路板上不僅有電路，還有由機(jī)械運(yùn)動的可動結(jié)構(gòu)體構(gòu)成的三維結(jié)構(gòu)。使用此結(jié)構(gòu)將壓力、溫度、加速度這些物理量轉(zhuǎn)換成電氣信號的傳感器，還可實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器的功能，提供電氣信號使可動結(jié)構(gòu)體進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動。MEMS產(chǎn)品早在1980年就已經(jīng)存在了，與使用了CMOS工藝的一般半導(dǎo)體相比，因?yàn)榫A制成非常復(fù)雜，包裝也很耗功夫，使得工程標(biāo)準(zhǔn)化和低成本變得十分困難，所以只應(yīng)用于有限的用途。但是，最近確定了批量生產(chǎn)小型、高性能的MEMS產(chǎn)品的技術(shù)，除了汽車發(fā)動機(jī)控制、醫(yī)療器械、噴墨打印機(jī)這些常用用途外，數(shù)碼相機(jī)和智能手機(jī)這類隨身攜帶的電子產(chǎn)品里也使用了很多的MEMS產(chǎn)品。

近年來，使用了MEMS技術(shù)的半導(dǎo)體產(chǎn)品的需求和用途正在不斷擴(kuò)大。MEMS產(chǎn)品市場今后將持續(xù)每年增長10-15%，并預(yù)計(jì)在2017年時，將從現(xiàn)在的9200億日元增長到17000億日元。(Yole Development公司預(yù)測)

村田制作所傳感器產(chǎn)品陣容的擴(kuò)充

株式會社村田制作所于2012年1月收購了芬蘭的MEMS專業(yè)制造商VTI Technologies Oy(以下簡稱VTI公司)，VTI公司改名為Murata Electronics Oy，并成為了村田的一員。Murata Electronics Oy向各類市場及用途提供了采用獨(dú)特的3D-MEMS(三維MEMS)技術(shù)的高性能及高可靠性的MEMS傳感器。3D-MEMS元件是由可動部件構(gòu)成的硅晶片和上下包裹著硅晶片用來結(jié)合、密封的CAP晶圓構(gòu)成的，CAP晶圓是用硅和玻璃形成電極(圖1)。可動部件由彈簧支撐，形成紡錘和梳型的電極，在受到外力時，通過檢測可動部件發(fā)生變形時的靜電容量的變化，實(shí)現(xiàn)加速度傳感器、陀螺儀傳感器、傾角傳感器的功能。3D-MEMS結(jié)構(gòu)的可動部件是密封的釋放氣體，此外內(nèi)部是對稱結(jié)構(gòu)，利用相對的2個電容器來檢測外部受力。通過這樣的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高感度和低噪聲，即使在十分嚴(yán)峻的使用環(huán)境下都能穩(wěn)定運(yùn)作，具備了良好的溫度特性和長期可靠性的傳感器。

收購了VTI之后，擴(kuò)充了村田的傳感器產(chǎn)品陣容。由VTI公司研發(fā)的卓越的MEMS技術(shù)和產(chǎn)品與村田的研究開發(fā)力、銷售網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，推進(jìn)了面向今后的市場和應(yīng)用的傳感器產(chǎn)品的發(fā)展。

圖1：3D-MEMS元件的結(jié)構(gòu)

汽車市場

汽車市場是最炙手可熱的市場之一，面向車載系統(tǒng)的加速度傳感器占有世界市場的最大比例。面向汽車的安全行駛和防止事故的車身穩(wěn)定系統(tǒng)系統(tǒng)(ESC)、防抱死系統(tǒng)(ABS)、輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)這樣的安全功能配備于新車中，以發(fā)達(dá)國家為中心這一做法已經(jīng)被法制化，而電動駐車制動器(EPB)和坡道起步輔助系統(tǒng)(HSA)這些新型功能也不斷誕生。正因?yàn)轭A(yù)計(jì)到MEMS傳感器作為實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用的關(guān)鍵部件，汽車市場對其需求將越來越大，村田制作所也將強(qiáng)化組合陀螺儀傳感器(加速度傳感器&陀螺儀一體化的傳感器、圖2)等產(chǎn)品陣容。

圖2：組合陀螺儀傳感器

工業(yè)/醫(yī)療設(shè)備市場

MEMS傳感器的需求正向工業(yè)用的運(yùn)輸設(shè)備、測量設(shè)備、建設(shè)設(shè)備和微創(chuàng)診斷設(shè)備以及內(nèi)嵌型設(shè)備等用途延伸。采用了堅(jiān)固的3D-MEMS結(jié)構(gòu)的我公司的加速度傳感器和傾角傳感器(圖3)被廣泛用于要求具備自我診斷功能、高性能和高可靠性的用途。就連飛機(jī)等要求極高的精度和可靠性的應(yīng)用中采用的事例也有很多，像用于起搏器這類內(nèi)嵌式設(shè)備，也處于世界領(lǐng)先的水平，以豐富的經(jīng)驗(yàn)和知識為基礎(chǔ)為客戶提供支持。

圖3;傾角傳感器

消費(fèi)電子產(chǎn)品市場

面向消費(fèi)電子產(chǎn)品的MEMS傳感器現(xiàn)在在MEMS市場中，也是需求急劇擴(kuò)大的一部分。加速度傳感器、陀螺儀傳感器在智能手機(jī)上的搭載率急速增加以外，游戲機(jī)和遠(yuǎn)程控制設(shè)備中的搭載率也在增加。我公司應(yīng)用從汽車和工業(yè)傳感器中所獲得的MEMS技術(shù)和工藝，以降低成本為目的，于去年，成功商品化了業(yè)界最小的消費(fèi)電子產(chǎn)品用3軸陀螺儀傳感器。今后加速度/陀螺儀/地磁傳感器的復(fù)合式產(chǎn)品等將根據(jù)市場的趨勢，推進(jìn)復(fù)合式傳感器的商品化。

在今后的發(fā)展中，MEMS將不僅局限于已有的產(chǎn)品和市場，還將成為應(yīng)用于其他多種用途的高潛力技術(shù)。

村田制作所也將MEMS視為未來的核心技術(shù)之一，活用VTI公司的技術(shù)，繼續(xù)為市場提供最高端的MEMS商品，不斷強(qiáng)化開發(fā)體制和客戶支持系統(tǒng)。