一只輪胎引爆的汽車(chē)安全MEMS傳感器熱潮

　　下一代汽車(chē)安全系統傳感器有望是一種一體化的傳感器系統，它采用公共信號來(lái)操作多個(gè)系統。

　　因為存在爆胎隱患，2000年8月普瑞斯通公司宣布召回650萬(wàn)條裝配于福特生產(chǎn)的SUV車(chē)上的輪胎，這一事件已經(jīng)促使美國政府立法，強制性要求自2007年9月起后出廠(chǎng)的每一臺輕型車(chē)均需安裝胎壓監測系統(TPMS)。此外，美國還宣布到2012年全部新車(chē)必須使用防側翻的“電子穩定控制技術(shù)”，以減少每年因車(chē)輛側翻造成死亡的人數。    

　　根據統計，全球每年約有117萬(wàn)人因公路事故死亡，超過(guò)l,000萬(wàn)人受傷或致殘，雖然目前只有美國采用了法律手段強制推廣，如何有效提高汽車(chē)安全系統的性能早已成為全球汽車(chē)模塊與整車(chē)制造商最為關(guān)心的話(huà)題。據市場(chǎng)研究公司BCCResearch預測，2012年全球汽車(chē)傳感器市場(chǎng)規模將從2007年的80億美元成長(cháng)到135億美元，年復合成長(cháng)率為10.8%。其中，對增強汽車(chē)安全性能的需求將強有力地推動(dòng)MEMS傳感器市場(chǎng)的持續增長(cháng)。    

　　碰撞保護中的安全氣囊觸發(fā)控制

　　目前在汽車(chē)安全系統中最普遍的一個(gè)應用就是利用高g值MEMS加速度傳感器進(jìn)行安全氣囊的觸發(fā)。當車(chē)輛與障礙物碰撞時(shí)，乘坐者的安全維系于氣囊的及時(shí)展開(kāi)，并朝著(zhù)乘員的方向提供合適的緩沖作用力，利用MEMS加速計的高集成能力以及精度可以定義更為復雜的氣囊系統架構，從而替代過(guò)去多個(gè)機電碰撞傳感器系統，為汽車(chē)提供更為先進(jìn)的安全保護。 

　　Assimakopoulos：開(kāi)發(fā)MEMS設備要考慮FAB進(jìn)行大規模生產(chǎn)的實(shí)際工藝，這是獲得高產(chǎn)率的關(guān)鍵因素。

　　樓氏電子(KnowlesAcoustics)資深新事業(yè)發(fā)展處長(cháng)AngeloAssimakopoulos表示：“MEMS加速度傳感器和陀螺儀都是市場(chǎng)需求量很大的產(chǎn)品。在汽車(chē)上安裝更多傳感器，從車(chē)廂的各個(gè)角度檢測撞擊力，可使氣囊觸發(fā)更加有效。這可提高對氣囊的控制，觸發(fā)得當可以最大程度保證車(chē)內乘客的安全。”    

　　在此基礎上，美國精量電子(MeasurementSpecialties)還新推出采用特有微熔技術(shù)的張力傳感器，通過(guò)對安全帶張力的檢測來(lái)進(jìn)一步控制氣囊釋放的程度。該公司中國市場(chǎng)與銷(xiāo)售部市場(chǎng)總監陳振認為，這將是新一代汽車(chē)安全帶控制的趨勢。除此之外，精量電子的加速度傳感器由于采用微阻尼MASE技術(shù)，避免了沒(méi)有阻尼的加速度傳感器噪音干擾，以及采用一般阻尼濾波后所帶來(lái)的采樣波型的失真，可以為汽車(chē)安全碰撞和假人的測試提供了更可靠的數據，因此還被廣泛使用于汽車(chē)安全碰撞測試。    

　　主動(dòng)安全系統提高行車(chē)穩定性

　　一般來(lái)說(shuō)，涉及車(chē)身控制的汽車(chē)主動(dòng)安全系統包括：汽車(chē)翻滾控制、汽車(chē)防滑穩定性控制、防抱死系統、停車(chē)制動(dòng)、胎壓監測、懸架對車(chē)輛以及路況的自適應調節等系統，而MEMS傳感器在主動(dòng)安全系統中起著(zhù)主要作用。由于此類(lèi)傳感器尺寸小、可靠性高，可將它們裝于汽車(chē)車(chē)架和懸架上，用于監測汽車(chē)與地面的相對位置，允許汽車(chē)調整懸架以及在汽車(chē)突然轉向、天氣不佳或路面不平坦時(shí)提供最大程度的穩定性。    

　　電子穩定程序(ESP)是MEMS傳感器的一個(gè)重要應用領(lǐng)域，該系統通過(guò)角度傳感器測量車(chē)輛的偏航率，并把它與轉向角和速度等參數進(jìn)行比較，可以檢測過(guò)度轉向或轉向不夠這樣的行駛狀況，可以在汽車(chē)轉彎時(shí)或汽車(chē)突然轉向這類(lèi)突發(fā)事件過(guò)程中監測汽車(chē)的橫搖效應，使汽車(chē)懸架可進(jìn)行調整，以保持對車(chē)身穩定性的控制，達到防側翻的目的。    

　　陳振：通過(guò)擴大市場(chǎng)占有率來(lái)降低產(chǎn)品成本是對我們最大的挑戰。

　　精量電子目前可以提供非接觸連續量燃油液位傳感器、節起門(mén)位置傳感器、方向盤(pán)角度傳感器等系列磁阻傳感器，該公司中國市場(chǎng)與銷(xiāo)售部市場(chǎng)總監陳振表示，用磁阻傳感器的非接觸測量技術(shù)替代傳統的滑動(dòng)電位器技術(shù)是汽車(chē)角度位置傳感器發(fā)展的趨勢。該公司最近還推出一款微功耗氣壓傳感器，這款產(chǎn)品具有數子補償、放大處理、數字輸出，數據傳輸15比特，最高精度達0.05%，動(dòng)態(tài)最大功耗僅1Ua，非常適合于胎壓檢測應用。    

　　新玩家和新應用層出不窮

　　與消費電子相比，汽車(chē)電子市場(chǎng)具有更長(cháng)的生命周期、更大的利潤空間、更穩定的出貨量，因此盡管門(mén)檻也更高，還是吸引了很多從消費電子市場(chǎng)投奔而來(lái)的新進(jìn)入者。意法半導體(ST)亞太區模擬、功率及微機電系統事業(yè)部總監PatrickBoulaud表示：“汽車(chē)電子應用是我們2008年的重點(diǎn)市場(chǎng)， ST和很多歐洲汽車(chē)大廠(chǎng)都有合作，對汽車(chē)電子市場(chǎng)有著(zhù)很好地了解，作為現有系統方案的衍生應用，我們新一代的加速度傳感器將完全符合AEC-Q100等國際標準認證，充分確保汽車(chē)應用中半導體器件的質(zhì)量、可靠性，并向著(zhù)0PPM（零缺陷）的目標邁進(jìn)。”據了解，這款新產(chǎn)品目前已有樣品，預計今年第三季就可以批量供貨。除此之外，ST未來(lái)還計劃針對油量控制等應用推出壓力傳感器產(chǎn)品。    

　　他還強調說(shuō)：“ST的MEMS傳感器在消費電子市場(chǎng)積累了豐富的經(jīng)驗，工藝上已十分成熟，我們有很好的ASIC設計開(kāi)發(fā)能力，良率與可靠性的進(jìn)步也十分迅速，ST對于進(jìn)入汽車(chē)電子市場(chǎng)充滿(mǎn)信心。”    

　　與此同時(shí)，長(cháng)期在汽車(chē)電子市場(chǎng)深耕的大佬們也在不斷拓展傳感器的新應用。每年不少交通事故的產(chǎn)生是由于汽車(chē)前擋風(fēng)玻璃的結霧，精量電子為此提供一款特殊的汽車(chē)防霧傳感器，通過(guò)對擋風(fēng)玻璃溫度和廂體露點(diǎn)檢測，準確的控制擋風(fēng)玻璃的結霧，據介紹，這款產(chǎn)品現已被世界絕大多數中高擋車(chē)所采用。    

　　MEMS黏度傳感器是另一款最新推出的產(chǎn)品。此類(lèi)傳感器用于在汽車(chē)正常行駛時(shí)監控發(fā)動(dòng)機內部液體的黏度，通過(guò)監測汽油和傳動(dòng)液的液體粘稠度，向司機提供反饋信息。此外，傳感器還能通過(guò)感應軸承和機械軸的磨損狀況，監控旋轉部件的機械噪音，同樣也可以向司機提供反饋，提醒汽車(chē)需要進(jìn)行適當機械維護，提高發(fā)動(dòng)機的壽命與行車(chē)安全。    

　　據陳振介紹，精量電子最新的油品傳感器現已推向柴油機市場(chǎng)。這種油品傳感器可同時(shí)測量機油粘度、密度、油品介電常數和溫度，解決了長(cháng)期困繞的機油無(wú)法實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測的世界性難題，特別有助于重型卡車(chē)和工程車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機實(shí)時(shí)保護。    

　　除此之外，用于車(chē)與車(chē)之間感測的RFMEMS傳感器、以及跟CCD成像處理配合使用MEMS光學(xué)傳感器也有望在未來(lái)幾年出現。    

　　車(chē)用傳感器系統也“瘦身”

　　小型化不僅僅是消費電子類(lèi)器件的專(zhuān)利，在汽車(chē)電子領(lǐng)域，傳感器同樣面臨著(zhù)“瘦身”。MEMS技術(shù)本身的一大進(jìn)步就是極大地縮小了傳感器的尺寸，更為重要的是，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，基于MEMS傳感器的模塊還可以進(jìn)一步集成各種信號調理技術(shù)，精量電子的陳振就表示：“我們最新的傳感器產(chǎn)品，已經(jīng)包含放大和數字輸出。這種技術(shù)革命，將是無(wú)止境的。”    

　　將同一類(lèi)應用需要的多種傳感器整合在同一模塊中，是未來(lái)傳感器的另一個(gè)發(fā)展趨勢。陳振舉例說(shuō)：“為了控制大氣的污染，全世界各個(gè)國家都頒布了相應的準則來(lái)控制汽車(chē)的排放廢氣的標準。比如說(shuō)現在施行的US02,US04,US07,Euro4and4.5,Euro5.降低NOx的排放。降低發(fā)動(dòng)機的廢氣排放，就要引進(jìn)一個(gè)重要的參數測量，那就是濕度值。精量電子最新推出了具有CAN總線(xiàn)輸出方式的濕度、壓力、溫度一體化的復合傳感器，為歐四發(fā)動(dòng)機的的尾氣排放控制，提供了重要手段。”ADI技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理張松剛對此表示認同，他補充說(shuō)：“多種傳感器的整合還有助于進(jìn)一步降低成本。此外，通過(guò)wire實(shí)現傳感器的信號共享，還將有助于減少一部汽車(chē)中同類(lèi)傳感器不必要的重復使用。”    

　　總體來(lái)看，安全、環(huán)保、節能、小型化和智能化是傳感器發(fā)展的方向，汽車(chē)傳感器在這些方面也會(huì )取得重大突破，下一代汽車(chē)安全系統傳感器有望是一種一體化的傳感器系統，它采用公共信號來(lái)操作多個(gè)系統，例如，一個(gè)加速度傳感器既為安全氣囊提供信號，也為車(chē)身控制系統提供信號。這種新型的傳感器系統將高度依賴(lài)于先進(jìn)的軟件系統來(lái)實(shí)現，從而進(jìn)一步提高汽車(chē)的安全性。    

　　IC與傳感器集成暫不可行

　　盡管MEMS一體化模塊是傳感器業(yè)界公認的發(fā)展大方向，但是對于將IC與傳感器進(jìn)一步整合的提議卻遭到普遍質(zhì)疑。樓氏電子的Assimakopoulos表示：“盡管表面上看處理器與傳感器集成很有意義，但對于終端產(chǎn)品卻有局限性(取決于應用)。將傳感器和處理器分開(kāi)，可以更靈活地與可選擇的IC組合使用。同樣，我認為傳感器的應用可以決定哪種情況更合適，是將傳感器與處理器集成，還是將二者分離？這取決于傳感器OEM，由他們決定哪種設計能使客戶(hù)的靈活性最大。”Assimakopoulos還指出，保持處理器和傳感器分離更有利于在生產(chǎn)過(guò)程中保持高產(chǎn)率。    

　　意法半導體的Boulaud也同意這一觀(guān)點(diǎn)，他說(shuō)：“傳感器和ASI C處理器，一個(gè)是物理機械結構，一個(gè)是電子結構，二者采用完全不同的半導體工藝，放在一塊芯片上并不是一個(gè)很好的選擇。即使以前有的供應商做過(guò)單芯片方案，現在也都轉做雙芯片了，市場(chǎng)選擇證明了單芯片方案的性?xún)r(jià)比競爭力還遠遠不夠。加之MEMS產(chǎn)品的通用性不高，ST的雙芯片方案具有更好的靈活性。除此之外，盡管是雙芯片的方案，由于我們的產(chǎn)品采用了疊加的LGA封裝方式，目前最小尺寸僅為3×3×0.9mm,在體積方面同樣極具競爭力。”    

　　正確的設計是提高良率關(guān)鍵

　　開(kāi)發(fā)MEMS傳感器的挑戰在于滿(mǎn)足器件供應的市場(chǎng)對價(jià)格和性能的要求。MEMS研發(fā)和資本開(kāi)銷(xiāo)巨大，MEMS的故障率較高，而良率較低是業(yè)界面臨的普遍性難題，Assimakopoulos認為提高良率的關(guān)鍵是要在生產(chǎn)設計方面采取正確的方法。    

　　他說(shuō)：“提高M(jìn)EMS器件的良率對于獲得最有效的生產(chǎn)成本模型非常重要。樓氏電子采用fabless商業(yè)模型，我們向合作供應商們提供MEMS元器件設計，然后在我們自己的工廠(chǎng)完成封裝。在生產(chǎn)管理和MEMS器件設計過(guò)程中，深思熟慮、謹慎執行是獲得高產(chǎn)率的關(guān)鍵因素。我們經(jīng)常出現的情況是開(kāi)發(fā)MEMS設備而不考慮FAB進(jìn)行大規模生產(chǎn)的實(shí)際工藝，其實(shí)在開(kāi)發(fā)的初始階段，這些問(wèn)題就都應想清楚，不能顧此失彼。”    

　　意法半導體的Boulaud還補充說(shuō)：“MEMS從原理來(lái)講，是將機械結構封裝在plastic里,因此在工藝上需要汽車(chē)控制模塊廠(chǎng)商的配合。MEMS是非標準通用產(chǎn)品，針對不同的具體應用，ASIC的Re-Design算法補償也是不一樣的,因此目前僅少數有經(jīng)驗的大廠(chǎng)可以做到。”    

　　精量電子的陳振指出：“對整個(gè)MEMS行業(yè)而言，原材料的上漲和降低生產(chǎn)成本是一對矛盾，面對激烈的市場(chǎng)競爭，我們必須不斷的推出具有最好性能，最優(yōu)價(jià)位的傳感器。通過(guò)擴大市場(chǎng)占有率來(lái)降低產(chǎn)品成本是對我們最大的挑戰。”