ST傳感器總經(jīng)理談MEMS經(jīng)驗及新產(chǎn)品動向

隨著新技術、新產(chǎn)品和5G的到來，MEMS的應用一直在延伸。下一代MEMS傳感器的特點是什么？在“2019慕尼黑上海電子展”期間，意法半導體（ST）模擬、MEMS及傳感器事業(yè)部副總裁，MEMS傳感器產(chǎn)品部總經(jīng)理Andrea ONETTI先生專程來到上海，接受了電子產(chǎn)品世界等媒體的采訪。

1  如何做好MEMS傳感器？

已有20年MEMS經(jīng)驗的ST公司認為主要有四點。

首先有自有工藝和充足的產(chǎn)能。例如，ST是擁有很大的自有產(chǎn)能的半導體公司，很大一部分MEMS傳感器的產(chǎn)能是自給的。這里有兩點非常關鍵：一是機械部分，ST完全擁有自己的產(chǎn)能；二是因為MEMS和傳感器不僅要提供感應功能，同時非常重要的一點是精度。要達到高精度，不僅靠封裝，還需要有校正工具，不同的校正技術可以直接體現(xiàn)出傳感器的精度和傳感器的優(yōu)良特性。因此在校正方面，ST也是完全有自己的校正技術。

其次是重視研發(fā)。ST 在MEMS方面的投入非常大，2018年約有145項專利。實際上，ST每年都有不同的新專利產(chǎn)生，涵蓋設計、應用和生產(chǎn)等方面。

再有，重視軟件投入。要把傳感器用好、體現(xiàn)出其性能，需要把軟件作為一種產(chǎn)品來進行開發(fā)。ST的產(chǎn)品和軟件庫有150種以上。

最后，重視線上推廣。ST的客戶目前已達3萬，數(shù)量巨大。為了使產(chǎn)品零距離地觸及到客戶，現(xiàn)在ST網(wǎng)站上有很多產(chǎn)品 和設計資源，以方便研發(fā)工程師索取。

基于以上措施，ST每天的產(chǎn)能可達600萬片傳感器。在現(xiàn)實世界中，已經(jīng)累計出貨超過150億片的產(chǎn)品。在應用上，每2臺手機里就有1個ST的傳感器在里面；在汽車產(chǎn)品中，每3個車載導航儀中就有1個裝有ST的傳感器；通信設備、計算機及外設里，每2個DRAM中就有一顆ST的溫度傳感器。

2  傳感器的特點和發(fā)展走勢

從ST的角度看，工業(yè)和汽車是潛力很大的應用。ST已推出了相關產(chǎn)品，例如在工業(yè)類應用中已推出了帶防水性能的壓力傳感器。

其次，消費類電子、工業(yè)類、汽車類的相互之間的融合會越來越強。其實消費類電子中，有很多新技術會首先被采用和專門開發(fā)出來。隨著融合的發(fā)展，消費類世界里的傳感器會越來越多拓展到工業(yè)類和汽車類的應用。例如，ST的壓力防水傳感器就是從消費類開始，現(xiàn)在達到了更高規(guī)格，可以滿足工業(yè)類規(guī)格的需求。

再有，多種傳感器融合，且智能化提升，拓寬了更多需求和更大價值。

最后，從始至終的高精度。這不僅意味著在用的時候是高精度，而且在整個產(chǎn)品生命周期里也維持高精度的性能。因為傳感器會隨著時間和溫度有一定的漂移，但ST等傳感器廠商希望傳感器可以真正達到從始至終的高性能保證。

3  在個人電子市場找到產(chǎn)品差異化

個人電子市場是MEMS的熱點應用領域，每家MEMS廠商都會根據(jù)自身特點找優(yōu)勢。例如ST有三方面優(yōu)勢：人工智能，振動與聲音融合，震動感應。

3.1  人工智能

傳感器最初是感知數(shù)據(jù)，發(fā)展到現(xiàn)在，傳感器已經(jīng)可以預知下一步，或者把數(shù)據(jù)采集回來后，上報的數(shù)據(jù)越來越精確。在結(jié)構上，基本傳感器的功能大家都是有的，即：通過數(shù)字處理進行濾波、溫度補償達到更好的數(shù)據(jù)。再下一步，可以看到機器學習的功能加入，可以把原本需要在處理器里做的一些任務，在傳感器本體上就可以去實現(xiàn)，甚至其他傳感器也可以接入到這個傳感器里做一些融合功能。

例如，現(xiàn)在我們跑步或者做其他運動，需要在智能手表上啟動相應的模式，選出是跑步、競走或是游泳。而把AI功能做進去以后就不用選擇運動模式了，因為通過人工智能（AI）、機器學習模式的算法，會知道你今天在什么狀態(tài)，例如會知道你的手表、手機是放在桌子上還是在口袋里，甚至是放在上衣的左邊還是右邊。這是因為有很多數(shù)據(jù)模型，這些數(shù)據(jù)模型經(jīng)過處理后，就可以判斷出你是在什么樣的姿態(tài)。這一切智能的實現(xiàn)，前提要保證數(shù)據(jù)質(zhì)量高、聽得清晰、功耗足夠低、尺寸足夠小，這樣終端產(chǎn)品才可能承受得了。所以，未來的智能化傳感器將有一定的數(shù)據(jù)處理功能、一定的判斷功能，從而可以把在處理器里做的100%的工作降為20%~30%的工作量。

具體場景如上圖，未來的傳感器可以判斷你在什么樣的模式，是走路還是騎車？你做運動時，它就知道你進入了哪個環(huán)節(jié)，不需要人為觸發(fā)。有時候你會不小心碰到，比如誤觸發(fā)等，傳感器可以根據(jù)實時狀態(tài)檢測，自動規(guī)避掉錯誤發(fā)生。甚至現(xiàn)在有客戶在做這樣的功能：當你坐飛機時，會提醒你處在飛行模式，因此它已經(jīng)知道你起飛了，會直接切換到飛行模式，不需要人為再做任何操作。這是一個非常簡單的功能，但需要傳感器具備智能的能力。

3.2  振動和聲音的算法融合

2019年無線耳機市場很火爆，相信2019年的增長勢頭會更強勁。通常無線耳機里會有一個加速度傳感器，因為你用手敲它，就可以做一些功能控制。更進一步，通過麥克風和加速度傳感器的融合，可以使耳機分辨你的聲音，濾去周邊的雜音。

ST已開發(fā)出這種加速度傳感器（如下圖），可以檢測骨振動，由此可以知道你在說話，和麥克風融合，即把這兩個傳感器的信號融合在一起，這樣即使你在嘈雜環(huán)境下說話，這個產(chǎn)品只會把你說話的聲音采集下來，會把后臺背景噪音通過算法過濾掉，不管你在地鐵里還是大街上，還是房間里，對方聽到的都是很清楚的聲音。

這種融合創(chuàng)新帶動了加速度傳感器的應用市場。因為加速度傳感器在過去幾年已經(jīng)達到相對穩(wěn)定的市場需求的狀態(tài)，一年全球需求量是15億顆，但2018年因為有了這樣的產(chǎn)品，增加了三四億顆的需求量。

實際上，這只是消費電子中一個融合的案例，還可以找到更多不同傳感器間配合應用的案例。在工業(yè)類、汽車電子類中，不同的傳感器把聲學、光學、運動等融合在一起，也可以達到創(chuàng)新型的開發(fā)。

3.3  撞擊檢測

在整個運輸、使用中加入檢測功能，可以防止一些潛在危險發(fā)生。

那么，為什么撞擊檢測是未來的一個趨勢和潛在市場？鋰電池是顯而易見的應用，因為鋰電池在多次撞擊狀態(tài)下會發(fā)生極端情形（如下圖），特別是當它撞擊時還在進行大電流充電時。新型傳感器可以檢測物體的撞擊，這種撞擊不但是事件本身，甚至隨著傳感器可以給到的信息更具體、更準確，可以演算出撞擊的能力和撞擊時的狀態(tài)，這些都可以給整個系統(tǒng)后臺電池的安全性或者其他的一些信息。

此外，還可用于貴重物品運輸時的狀態(tài)監(jiān)測。

4   ST其他亮點產(chǎn)品

ST有豐富的MEMS產(chǎn)品（如下圖）。每類圖標所示的產(chǎn)品所需求的工藝和校正能力都不同。ST起家與消費電子，擅長大規(guī)模制造，現(xiàn)在正在把這種經(jīng)驗移植到富有潛力的汽車和工業(yè)市場。

圖 ST MEMS的近二十年發(fā)展歷程

    亮點產(chǎn)品有防水型氣壓計（如下圖）。最近幾年防水類產(chǎn)品，諸如手表、手機中有一些型號已經(jīng)開始廣泛應用。2017年ST和一家做電子煙的美國客戶合作，把電子煙技術提升，配合壓力傳感器應用，可以讓電子煙的特性完全具備傳統(tǒng)煙草的特性，最主要的功能是尼古丁的提取量。從專業(yè)人士分析來講，讓吸煙者真正有吸煙的感受。在這種環(huán)境下，相對傳統(tǒng)電子產(chǎn)品來講是不同的，它有煙、有潮濕、有顆粒的問題。ST防水氣壓計的出現(xiàn)，就可以在這種電子煙產(chǎn)品中滿足各方面規(guī)格的需求。

    傳感器在工業(yè)類應用中，可以看到越來越多的需求是在建筑物檢測。去年意大利發(fā)生了一起橋梁倒塌，原因是混凝土建筑或房屋建筑隨著時間推移，幾十年后會有自然損耗，會存在一定的風險系數(shù)。所以，工業(yè)類傳感器，像高精度傾斜器，可以幫助計量房屋老化程度，是否存在安全隱患。這使得橋梁檢測等，特別是隨著連接技術更加成熟，可以帶給社會整體安全一個很好的體現(xiàn)。

    在智能駕駛方面，MEMS傳感器可以做的是慣性導航精度和準度，而且只有慣性導航可以來實現(xiàn)。從客觀的情形要考慮到，隧道里什么信號都沒有，智能通過慣性導航系統(tǒng)對車輛達到實時檢測和安全實現(xiàn)。簡單來看，在30秒中要達到20厘米精度停車或者制動的精準度，一是要有很高精度的傳感器，二是在車規(guī)方面要達到精度和制造能量。Andrea ONETTI先生透露，2019年ST在國內(nèi)的一家合作伙伴，已達到了L3等級的產(chǎn)品有上百萬的出貨。

5  結(jié)論

      ST有近二十年的MEMS傳感器經(jīng)驗。在消費類傳感器市場增長趨緩的情況下，用多種傳感器融合的方法來拓寬傳感器的應用；同時利用在消費類傳感器方面的成功經(jīng)驗，進行改良優(yōu)化和提高校正精度，向汽車和工業(yè)領域進軍。ST的原生優(yōu)勢是批量制造能力，有自己的工廠和完整的校正工藝，及雙產(chǎn)能保證。