多傳感器集成是趨勢 MEMS制造工藝是挑戰(zhàn)

多傳感器集成化在現(xiàn)階段對于MEMS制造工藝依然是不小的挑戰(zhàn)。近年來以陀螺儀、加速度計(jì)、壓力傳感器為代表的MEMS器件得到了快速發(fā)展，隨著生活應(yīng)用的不斷豐富與提高，也需要更多的傳感感測功能，多集成度的MEMS器件逐漸受到青睞，眾多廠商推出六軸/九軸/十軸的MEMS器件。究竟在未來多集成度MEMS器件和單純MEMS器件哪個會是主流呢?

MCU+Sensor組合VS單純MEMS傳感器模塊

智能手機(jī)與平板是驅(qū)動今年增長的關(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。至于MCU+Sensor組合和單純的MEMS傳感器模塊今后哪種會成為主流?ST大中華區(qū)暨南亞區(qū)微電機(jī)系統(tǒng)及傳感器高級市場部經(jīng)理吳衛(wèi)東在采訪中曾評價(jià)稱，盡管ST已經(jīng)推出能夠檢測9個自由度并內(nèi)置32位處理器的INEMO-M1智能多傳感器模塊，技術(shù)上不存在任何問題。但對此話題不可一概而論，ST將奉行兩者并行的策略。

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

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)，市場上的主流方案仍會以3+3的6軸方案為主。目前看到的市場趨勢確實(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)動傳感器，和以濕度、溫度、壓力為代表的環(huán)境檢測傳感器。2013年，加速度計(jì)市場仍將保持提升態(tài)勢，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。

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市場簡報(bào)，風(fēng)頭強(qiáng)勁的蘋果iPhone把MEMS麥克風(fēng)市場推到了新的高度，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，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)可能只需要一個加速計(jì)、羅盤和陀螺儀，但通常會需要兩個或更多的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)，蘋果支付的價(jià)格是競爭對手的三到四倍，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)有幾千萬顆的市場銷售量。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，以及可變形超級本等所擁有的手勢識別、觸摸、室內(nèi)導(dǎo)航等功能，也正推動著MEMS傳感器的大發(fā)展。例如，目前在筆記本電腦中的運(yùn)動傳感器只有加速度計(jì)一種，用于防止筆記本電腦跌落時SSD硬盤受損。而隨著可變形超級本的出現(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、國防等，將是MEMS傳感器的下一次商業(yè)機(jī)會。例如，ST已經(jīng)開發(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)無線壓力傳感器網(wǎng)絡(luò)組成的胎壓監(jiān)測系統(tǒng);或是能夠24小時檢測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。

如何獲得成功?

要想在消費(fèi)電子市場取得成功，廠商就必須通過規(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、壓力傳感器、麥克風(fēng)、接近檢測傳感器、觸控傳感器等。 而競爭對手專注較小的產(chǎn)品組合，當(dāng)他們進(jìn)行集成功能時，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，多傳感器集成化在現(xiàn)階段對于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)良率也會顯著下降，只有充分掌握其中每一門技術(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芯片集成來說，是具有里程碑性質(zhì)的事件。