MEMS市場(chǎng)迅猛發(fā)展 各廠商爭(zhēng)打組合拳

微電機(jī)系統(tǒng)（Micro electromechanical Systems，MEMS）是將微電子和機(jī)械結(jié)合在一起的一種技術(shù)，它的出現(xiàn)已有幾十年，但其真正發(fā)展是從二十世紀(jì)九十年代開(kāi)始。而最近幾年間，MEMS的發(fā)展可用“迅猛”來(lái)形容。市場(chǎng)調(diào)研公司Yole Developpement的研究報(bào)告指出，2012年全球MEMS市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)115億美元，相比2011年的增長(zhǎng)幅度約為12.7%。此外，Yole Developpement預(yù)測(cè)，未來(lái)六年MEMS市場(chǎng)都將保持穩(wěn)定、持續(xù)的增長(zhǎng)，市場(chǎng)需求量平均年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)20%，平均年收益增長(zhǎng)率達(dá)13%（見(jiàn)圖1）。

圖1，2011-2017MEMS市場(chǎng)預(yù)測(cè)（來(lái)源：Yole Developpment）。

面對(duì)如此蓬勃發(fā)展且潛力巨大的市場(chǎng)，半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)的各路廠商推出了那些新的技術(shù)以搶得市場(chǎng)先機(jī)？目前MEMS技術(shù)發(fā)展遇到了哪些瓶頸和挑戰(zhàn)？哪些應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)是接下來(lái)的發(fā)展熱點(diǎn)？通過(guò)訪問(wèn)走在MEMS領(lǐng)域前列的幾家國(guó)際廠商，本文將對(duì)上述問(wèn)題一一解答。

六、九、十軸，各廠商爭(zhēng)打組合拳

MEMS涉及的產(chǎn)品領(lǐng)域極其豐富，從大家所熟知的加速度計(jì)、陀螺儀、地磁傳感器等慣性傳感器到微流量器件，從MEMS光學(xué)器件到無(wú)線器件。在MEMS市場(chǎng)整體增長(zhǎng)的背后，各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展情況卻不盡相同。根據(jù)Yole Developpement的研究報(bào)告，未來(lái)分立慣性傳感器市場(chǎng)增長(zhǎng)將放緩，取而代之的是組合型的傳感器產(chǎn)品。組合型的傳感器是一個(gè)新興的市場(chǎng)，這一市場(chǎng)在2011年的規(guī)模約為1億美元，而到2017年該市場(chǎng)預(yù)計(jì)達(dá)17億美元。在這劇增數(shù)字的背后，快速增長(zhǎng)的平板電腦和智能手機(jī)等消費(fèi)類產(chǎn)品自然功不可沒(méi)。

為了保持在消費(fèi)電子設(shè)備上的領(lǐng)先位置，意法半導(dǎo)體推出了一系列的組合型傳感器產(chǎn)品。LSM330就是一款擁有可自定義運(yùn)動(dòng)識(shí)別功能的微型六軸傳感器模塊，該模塊整合一個(gè)三軸陀螺儀、一個(gè)三軸加速度計(jì)和兩個(gè)嵌入式有限狀態(tài)機(jī)，這兩個(gè)可編程電路可在模塊內(nèi)部實(shí)現(xiàn)自定義運(yùn)動(dòng)識(shí)別功能。LSM303D則是集成了加速度計(jì)和磁傳感器，在功耗和分辨率等方面都有很大的提升，并且和意法半導(dǎo)體的加速度傳感器保持了同樣的封裝，僅為3mm*3mm。值得一提的是，另一款今年推出的新產(chǎn)品LSM333D在一個(gè)封裝內(nèi)整合一個(gè)三軸加速度計(jì)、一個(gè)三軸陀螺儀和一個(gè)三軸磁力計(jì)，達(dá)到9自由度（DOF）慣性感應(yīng)功能。

組合型傳感器產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的，最重要的一點(diǎn)是提高系統(tǒng)的集成度，這對(duì)于不斷追求低功耗、小體積的消費(fèi)電子產(chǎn)品有著更深刻的意義。在此，我們必須提及另一家專注于消費(fèi)電子領(lǐng)域的公司InvenSense。該公司近期發(fā)布的一款集成了三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀的六軸組合傳感器尺寸僅為3mm*3mm；在1.8V供電電壓下，工作模式下的功耗低至6.1mW，可以說(shuō)刷新了組合型傳感器體積和功耗的新紀(jì)錄。InvenSense市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁Ali Foughi指出，相比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，這款產(chǎn)品型號(hào)為MPU-6500的動(dòng)作感測(cè)追蹤傳感器體積減少了33%、功耗更是降低了將近60% 。在九軸方面，InvenSense目前擁有的產(chǎn)品是MPU-9150，該產(chǎn)品整合了兩個(gè)芯片：一個(gè)是集成了三軸陀螺儀和三軸加速器的MPU-6050，內(nèi)建可處理復(fù)雜九軸運(yùn)動(dòng)感測(cè)融合算法的數(shù)字運(yùn)動(dòng)感測(cè)處理器（DMP）；另一個(gè) 是三軸數(shù)字電子羅盤AK8975。

當(dāng)各大廠商積極應(yīng)戰(zhàn)六軸、備戰(zhàn)九軸之際，十軸傳感器也開(kāi)始走入人們的視線。所謂“十軸”，即在原先九軸的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)壓力傳感器。目前我們所使用的慣性導(dǎo)航一般局限于平面導(dǎo)航，而如果引入壓力傳感器則可通過(guò)感知大氣壓力的變化增加導(dǎo)航的精確度。

ADI近期推出的10自由度高精度MEMS慣性測(cè)量單元（IMU） ADIS16480就是一款加入了壓力傳感器的多軸傳感器產(chǎn)品，它在在單個(gè)封裝中集成了一個(gè)三軸陀螺儀、一個(gè)三軸加速度計(jì)、一個(gè)三軸磁力計(jì)、一個(gè)壓力傳感器和ADI的ADSP-BF512 Blackfin處理器。ADIS16480采用了一種擴(kuò)展式卡爾曼濾波器（EKF），可以持續(xù)融合傳感器輸入以提供高度精確的定位信息。雖然目前普通的消費(fèi)電子產(chǎn)品可能并不需要這么強(qiáng)大的性能，但在某些應(yīng)用方面這是非常必要的，諸如軍事和商業(yè)飛機(jī)導(dǎo)航、無(wú)人車輛、移動(dòng)式平臺(tái)定位和工業(yè)機(jī)器人等要求實(shí)時(shí)定位但卻存在持續(xù)運(yùn)動(dòng)并且具有復(fù)雜、動(dòng)態(tài)特點(diǎn)的系統(tǒng)中。

小型化、低成本，封裝技術(shù)是關(guān)鍵

MEMS傳感器從分立不斷走向融合，正是源于人們對(duì)MEMS產(chǎn)品小體積、低成本的不斷追求，這恰恰也是目前各大廠商所面臨的主要挑戰(zhàn)和所致力突破的瓶頸。

意法半導(dǎo)體公司AMS產(chǎn)品部技術(shù)