MEMS傳感器百花齊放，哪些是未來(lái)的主流？

　　“各類(lèi)傳感器的需求持續增長(cháng)，至2020年，MEMS傳感的市值將會(huì )達到25億美元，是2000年的5倍。”MIG（MEMS工業(yè)集團）執行總監Karen Lightman在日前的亞洲傳感器大會(huì )上表示，“而這些傳感器驅動(dòng)的設備市場(chǎng)則更是巨大。”她說(shuō)道。

　　從汽車(chē)到智能手機，再到智能穿戴、IOT等，各種MEMS傳感應用而生，百花齊放，讓我們先來(lái)看看目前都有哪些種類(lèi)的MEMS傳感器，他們的需求排名如何。

　　MEMS傳感器種類(lèi)及市場(chǎng)大小排名

　　MIG執行總監Karen Lightman在會(huì )上與大家分享了目前MEMS傳感器主要的應用領(lǐng)域，并按目前的市場(chǎng)大小，進(jìn)行了分類(lèi)排序，它們包括：壓力傳感器、加速度傳感器、麥克風(fēng)傳感器、陀螺儀傳感器、噴墨打印機頭傳感器、BAW過(guò)濾器、DLP傳感器、微型熱幅射測量計、時(shí)鐘傳感器、水探測傳感器、氣化學(xué)傳感器、光MEMS（通信）傳感器、開(kāi)關(guān)電容傳感器、片上顏色傳感器、熱傳感器、MEMS flat顯示傳感器、微燃料電池傳感器、流體傳感器、joystick傳感器、藥因子傳感器、相機變焦傳感器、可變型微鏡傳感器、能量采集傳感器、掃描微鏡傳感器、安全氣囊傳感器、MEMS楊聲器傳感器、以及閥門(mén)傳感器等等。

　　圖：Karen指出，目前消費類(lèi)MEMS傳感器面臨著(zhù)四個(gè)挑戰：尺寸、智能、應用和價(jià)格，業(yè)界將圍繞著(zhù)這四個(gè)挑戰來(lái)努力。

　　中國傳感器廠(chǎng)商上規模的已過(guò)50家

　　而上海微技術(shù)工業(yè)研究院（SITRI）總裁楊瀟則在會(huì )上分析道，MEMS傳感器經(jīng)歷了從汽車(chē)延伸到手機的快速成長(cháng)，現在正在拓展到智能穿戴、再到 IOT和工業(yè)4.0，成長(cháng)空間巨大。他分析道，智能手機中目前采用MEMS和傳感器最多的是三星的Galaxy s5，共采用了包括加速計、電子羅盤(pán)儀、硅麥、接近傳感器、陀螺儀、環(huán)境燈、氣壓計、溫度計、霍爾傳感器、RGB傳感器、手勢傳感器、指紋傳感器以及心率傳感器等十幾個(gè)傳感器。蘋(píng)果的iphone6也采用了很多傳感器。“他們的特點(diǎn)是，每一代都會(huì )比前一代采用更多的傳感器。”楊瀟說(shuō)道，“而中國手機廠(chǎng)商同，比如華為、小米、OPPO、聯(lián)想、中心、vivo、魅族、金立等手機，也都采用了很多傳感器。”他補充。

　　至于目前正在迅速成長(cháng)的智能穿戴產(chǎn)品，楊瀟表示，它們采用了更多的傳感器，包括各種運動(dòng)傳感器（加速度、陀螺儀、電子磁盤(pán)儀、CMOS sensor、電容和接近光傳感器）、觸控傳感器、智能反饋傳感器（haptics）、聲學(xué)傳感器（麥克風(fēng)、揚聲器以及心率監控ECG傳感器）、生物傳感器（各種DNA傳感器、液體細包傳感器）、濕度/溫度傳感器、壓力傳感器、以及光傳感器等等。據他們統計的數據顯示，2015年二季度，全球出貨量最大的智能穿戴產(chǎn)品是Fitbit，第二名是蘋(píng)果手表，第三名則是中國的小米手環(huán)。“小米手環(huán)雖然只采用了三軸傳感器，但是它的出貨量非常大，二季度出貨300 萬(wàn)個(gè)，預計2015全年出貨達1000萬(wàn)個(gè)。”他分析道。這里，蘋(píng)果手表apple watch采用的傳感器最多，包括6軸加速度與陀螺儀、環(huán)境光傳感器、硅麥克風(fēng)、壓力觸控傳感器、以及光心率傳感器。

　　圖：全球智能穿戴產(chǎn)品出貨量排名。

　　中國手機與智能穿戴等消費電子廠(chǎng)商采用的MEMS傳感器越來(lái)越多，楊瀟表示，他們所占全球MEMS的市場(chǎng)份額，已從2011年的9%，提升到2015 年的30%，后面還會(huì )持續增長(cháng)。另一方面，中國本土的傳感器廠(chǎng)商也在迅速增長(cháng)，我們看到如下圖，2015年，中國的有一定規模的傳感器廠(chǎng)商已增至超過(guò)50 家。

　　圖：中國的有一定規模的MEMS傳感器廠(chǎng)商數量已超過(guò)50家。

　　從MEMS供應鏈上來(lái)看，楊瀟表示SITRI可以提供從設計到制造到生態(tài)鏈的幾乎全產(chǎn)業(yè)鏈支援。而基它的重要供應鏈廠(chǎng)商還包括華虹宏力、華天科技、長(cháng)電科技、SMIC、南通富士通、上海先進(jìn)半導體等等。“我們會(huì )360度全方位地支持M2M與IOT的創(chuàng )新。”他說(shuō)道。

　　MEMS與CMOS集成的工藝演進(jìn)

　　中芯國際技術(shù)研究發(fā)展執行副總裁李序武在會(huì )上從半導體工藝的角度對傳感器的技術(shù)演講進(jìn)行了分享。他指出，未來(lái)CMOS Sensor將會(huì )向3D-CIS發(fā)展，而MEMS傳感器則是向TSV，WLCSP方向發(fā)展。

　　李序武指出，未來(lái)需要CMOS與MEMS工藝的無(wú)縫集成。他對這兩個(gè)工藝進(jìn)行了分析比較，MEMS演進(jìn)需要新的工藝，包括深硅刻蝕、晶園級綁定、高精度晶園減薄、真空封裝以及TSV與WLP封裝；而CMOS演進(jìn)則是需要新的材料，包括Cr/Au/Ti/Cu/Al等金屬化物、磁材料以及壓電材料。此外，MEMS還需要特殊的測試方式、機械壓力與可靠性測試、IR與超聲探測以及3D測繪等。

　　他認為CMOS與MEMS集能帶來(lái)諸多優(yōu)勢，“集成帶來(lái)SoC級別的設計和架構，集成會(huì )帶來(lái)更低量產(chǎn)成本，集成會(huì )在EMI與寄生性能等方面帶來(lái)更高的性能。”下圖，是他分享的一些CMOS-MEMS集成的工藝。

　　圖 ：一些 CMOS-MEMS集成的工藝

　?。邸D：SMIC目前和未來(lái)將能提供的各種工藝。/center］

　?。踓enter］圖：SMIC在MEMS傳感品上的演進(jìn)圖，今年已可以量產(chǎn)硅麥與一些運動(dòng)傳感器包括9軸傳感器；預計明年可以生產(chǎn)壓力傳感器，而未來(lái)將向高端的RF MEMS、各種生物傳感器、微投傳感器等邁進(jìn)。