多傳感器集成是趨勢 MEMS制造工藝是挑戰
2013-01-31 21:49:37 本站原創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器件得到了快速發展，隨著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，眾多廠商推出六軸/九軸/十軸的MEMS器件。究竟在未來多集成度MEMS器件和單純MEMS器件哪個會是主流呢?
MCU+Sensor組合VS單純MEMS傳感器模塊
智能手機與平板是驅動今年增長的關鍵力量，這些產品中很多已經具有3軸加速計、3軸陀螺儀、麥克風、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部經理吳衛東在采訪中曾評價稱，盡管ST已經推出能夠檢測9個自由度并內置32位處理器的INEMO-M1智能多傳感器模塊，技術上不存在任何問題。但對此話題不可一概而論，ST將奉行兩者并行的策略。
“首先，只有真正商用化的量產方案才有實際意義?！眳切l東說，“更重要的是，不同應用市場對MCU的需求不同，在為客戶開發帶來便利性的同時有可能是以犧牲靈活性為代價的，所以集成并非絕對的好，需要針對應用具體分析;其次，消費類市場對成本極為敏感，模塊化方案的性價比是否就一定優于單個器件，也需要仔細斟酌?！?/p>
盡管業界不斷熱炒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，市場上的主流方案仍會以3+3的6軸方案為主。目前看到的市場趨勢確實以9軸方案為主，包括以加速度、陀螺儀、地磁計為代表的運動傳感器，和以濕度、溫度、壓力為代表的環境檢測傳感器。2013年，加速度計市場仍將保持提升態勢，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領域最成功的產品之一：MEMS麥克風。據IHS iSuppli的MEMS市場簡報，風頭強勁的蘋果iPhone把MEMS麥克風市場推到了新的高度，幫助其出貨量在短短三年內就劇增了將近四倍。2012年MEMS麥克風出貨量估計達到20.6億個，是2009年出貨量4.329億的4.8倍。
這點并不難理解。因為每部智能手機可能只需要一個加速計、羅盤和陀螺儀，但通常會需要兩個或更多的MEMS麥克風以獲得額外好處，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麥克風價格一直保持堅挺，據稱這主要是因為蘋果等公司不是只看重價格。例如，為了獲得高性能MEMS麥克風，蘋果支付的價格是競爭對手的三到四倍，從而幫助穩定了整體MEMS麥克風的價格。
吳衛東稱，ST的MEMS麥克風已經有幾千萬顆的市場銷售量。除了采用新的堆疊和封裝方式外，他們還使用了音頻主動降噪技術STANCO，能夠保證產品頂部端口和底部端口的SNR無差異，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，也正推動著MEMS傳感器的大發展。例如，目前在筆記本電腦中的運動傳感器只有加速度計一種，用于防止筆記本電腦跌落時SSD硬盤受損。而隨著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，用于實現室內導航與增強實現功能。
除了消費和手機應用，很多技術和商業專家也認為無線傳感器網絡、打印機、投影機、復印機、汽車和其他高附加價值的工業、醫療、有線通訊、航天、國防等，將是MEMS傳感器的下一次商業機會。例如，ST已經開發出的可以安裝在一次性敷貼內的微型胰島素注射泵和5節點無線壓力傳感器網絡組成的胎壓監測系統;或是能夠24小時檢測和觀察眼壓變化的智能隱形眼鏡，用以幫助專家提前發現并進行青光眼的治療。
如何獲得成功?
要想在消費電子市場取得成功，廠商就必須通過規模經濟取勝，并且能夠提供廣泛的解決方案。ST稱，他們是市場上唯一能夠為客戶的應用設計提供傳感器整體解決方案的廠商，產品包括加速度計、陀螺儀、羅盤、壓力傳感器、麥克風、接近檢測傳感器、觸控傳感器等。 而競爭對手專注較小的產品組合，當他們進行集成功能時，需要完全依賴外部廠商為其提供其它的傳感器。目前，ST MEMS傳感器的產能已達400萬顆/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，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，生產良率也會顯著下降，只有充分掌握其中每一門技術，才能保證器件的性能穩定性。ST目前已經能夠將硅通孔技術(TSV)應用于大批量MEMS生產中，這對在智能傳感器和多軸慣性模塊中實現高性能3D芯片集成來說，是具有里程碑性質的事件。
