多傳感器集成是趨勢 MEMS制造工藝是挑戰

　　多傳感器集成化在現階段對于MEMS制造工藝依然是不小的挑戰。近年來(lái)以陀螺儀、加速度計、壓力傳感器為代表的MEMS器件得到了快速發(fā)展，隨著(zhù)生活應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(chǎng)商推出六軸/九軸/十軸的MEMS器件。究竟在未來(lái)多集成度MEMS器件和單純MEMS器件哪個(gè)會(huì )是主流呢?

　　MCU+Sensor組合VS單純MEMS傳感器模塊

　　智能手機與平板是驅動(dòng)今年增長(cháng)的關(guān)鍵力量，這些產(chǎn)品中很多已經(jīng)具有3軸加速計、3軸陀螺儀、麥克風(fēng)、立體聲波濾波器等標準MEMS器件。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大中華區暨南亞區微電機系統及傳感器高級市場(chǎng)部經(jīng)理吳衛東在采訪(fǎng)中曾評價(jià)稱(chēng)，盡管ST已經(jīng)推出能夠檢測9個(gè)自由度并內置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。但對此話(huà)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。”吳衛東說(shuō)，“更重要的是，不同應用市場(chǎng)對MCU的需求不同，在為客戶(hù)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，所以集成并非絕對的好，需要針對應用具體分析;其次，消費類(lèi)市場(chǎng)對成本極為敏感，模塊化方案的性?xún)r(jià)比是否就一定優(yōu)于單個(gè)器件，也需要仔細斟酌。”

　　盡管業(yè)界不斷熱炒9軸、12軸MEMS傳感器概念，但仍有部分人士認為今后一兩年內，市場(chǎng)上的主流方案仍會(huì )以3+3的6軸方案為主。目前看到的市場(chǎng)趨勢確實(shí)以9軸方案為主，包括以加速度、陀螺儀、地磁計為代表的運動(dòng)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，加速度計市場(chǎng)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參考設計中。

　　吳衛東特別提到了MEMS領(lǐng)域最成功的產(chǎn)品之一：MEMS麥克風(fēng)。據IHSiSuppli的MEMS市場(chǎng)簡(jiǎn)報，風(fēng)頭強勁的蘋(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就劇增了將近四倍。2012年MEMS麥克風(fēng)出貨量估計達到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。因為每部智能手機可能只需要一個(gè)加速計、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，MEMS麥克風(fēng)價(jià)格一直保持堅挺，據稱(chēng)這主要是因為蘋(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)格是競爭對手的三到四倍，從而幫助穩定了整體MEMS麥克風(fēng)的價(jià)格。

　　吳衛東稱(chēng)，ST的MEMS麥克風(fēng)已經(jīng)有幾千萬(wàn)顆的市場(chǎng)銷(xiāo)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、室內導航等功能，也正推動(dòng)著(zhù)MEMS傳感器的大發(fā)展。例如，目前在筆記本電腦中的運動(dòng)傳感器只有加速度計一種，用于防止筆記本電腦跌落時(shí)SSD硬盤(pán)受損。而隨著(zhù)可變形超級本的出現，陀螺儀和地磁感應器也將被引入其中，用于實(shí)現室內導航與增強實(shí)現功能。

　　除了消費和手機應用，很多技術(shù)和商業(yè)專(zhuān)家也認為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )、打印機、投影機、復印機、汽車(chē)和其他高附加價(jià)值的工業(yè)、醫療、有線(xiàn)通訊、航天、國防等，將是MEMS傳感器的下一次商業(yè)機會(huì )。例如，ST已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的可以安裝在一次性敷貼內的微型胰島素注射泵和5節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)壓力傳感器網(wǎng)絡(luò )組成的胎壓監測系統;或是能夠24小時(shí)檢測和觀(guān)察眼壓變化的智能隱形眼鏡，用以幫助專(zhuān)家提前發(fā)現并進(jìn)行青光眼的治療。

　　如何獲得成功?

　　要想在消費電子市場(chǎng)取得成功，廠(chǎng)商就必須通過(guò)規模經(jīng)濟取勝，并且能夠提供廣泛的解決方案。ST稱(chēng)，他們是市場(chǎng)上唯一能夠為客戶(hù)的應用設計提供傳感器整體解決方案的廠(chǎng)商，產(chǎn)品包括加速度計、陀螺儀、羅盤(pán)、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(zhuān)注較小的產(chǎn)品組合，當他們進(jìn)行集成功能時(shí)，需要完全依賴(lài)外部廠(chǎng)商為其提供其它的傳感器。目前，STMEMS傳感器的產(chǎn)能已達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階段對于MEMS制造工藝依然是不小的挑戰。這是因為集成模塊的制作工藝更難，生產(chǎn)良率也會(huì )顯著(zhù)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定性。ST目前已經(jīng)能夠將硅通孔技術(shù)(TSV)應用于大批量MEMS生產(chǎn)中，這對在智能傳感器和多軸慣性模塊中實(shí)現高性能3D芯片集成來(lái)說(shuō)，是具有里程碑性質(zhì)的事件。