【導讀】以加速度計、陀螺儀、壓力傳感器為代表的MEMS傳感器，因為低成本、小尺寸、低功耗和高性能，近幾年來正被大量集成到便攜設備內。而新興的移動消費電子應用，例如增強實境(AR)、數(shù)碼影像防抖技術、定位服務(LBS)、室內及多樓層盲區(qū)導航功能等，也需要復雜程度更高的感應功能，導致MEMS的用途不再局限于當前的屏幕旋轉、運動檢測、數(shù)字羅盤和3D游戲等應用領域。

摘要：  以加速度計、陀螺儀、壓力傳感器為代表的MEMS傳感器，因為低成本、小尺寸、低功耗和高性能，近幾年來正被大量集成到便攜設備內。而新興的移動消費電子應用，例如增強實境(AR)、數(shù)碼影像防抖技術、定位服務(LBS)、室內及多樓層盲區(qū)導航功能等，也需要復雜程度更高的感應功能，導致MEMS的用途不再局限于當前的屏幕旋轉、運動檢測、數(shù)字羅盤和3D游戲等應用領域。

關鍵字：  MEMS傳感器，  高智能，  人機界面，  

以加速度計、陀螺儀、壓力傳感器為代表的MEMS傳感器，因為低成本、小尺寸、低功耗和高性能，近幾年來正被大量集成到便攜設備內。而新興的移動消費電子應用，例如增強實境(AR)、數(shù)碼影像防抖技術、定位服務(LBS)、室內及多樓層盲區(qū)導航功能等，也需要復雜程度更高的感應功能，導致MEMS的用途不再局限于當前的屏幕旋轉、運動檢測、數(shù)字羅盤和3D游戲等應用領域。

從高集成走向高智能

“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。”意法半導體MEMS事業(yè)部業(yè)務拓展經理Roberto De Nuccio強調說，提供在一個封裝內整合多個傳感器的一體化解決方案，是ST最為擅長提供的領域，iNEMO就是這種發(fā)展趨勢的一個典型實例。

該引擎被ST稱作“業(yè)界首款完整可定制的多軸MEMS傳感器軟硬件解決方案”，可實現(xiàn)自主和自動系統(tǒng)，監(jiān)測特定的條件，并根據監(jiān)測結果執(zhí)行相應的操作，用戶無需干預或只需稍加介入。而近年來由WIN 8引發(fā)的Sensor hub概念，更是加速了MCU+iNEMO這種“智能傳感器”形式在手持終端中普及。ST正是看到了這一契機，宣布與微軟合作，以確保在基于Windows 8的平板電腦和計算機中快速采用其MEMS傳感器及相關技術。

Roberto De Nuccio表示，由于“智能傳感器”在一個封裝內整合了MEMS器件和處理器功能，無需主處理器介入，獨立運行傳感器算法，能夠大幅降低系統(tǒng)級功耗。因此，對耗電量極大的手持設備而言非常重要。未來，具備高度微型化、集成化和智能化特性的MEMS傳感器，將在單一芯片上實現(xiàn)從信號采集、處理到輸出的全過程，為今后實現(xiàn)更多功能，將更多想象變?yōu)楝F(xiàn)實奠定基礎。

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(qū)暨南亞區(qū)微電機系統(tǒng)及傳感器高級市場部經理吳衛(wèi)東在此前的采訪中曾評價稱，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。

INEMO-M1智能多傳感器模塊

“首先，只有真正商用化的量產方案才有實際意義?！眳切l(wèi)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(fā)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(yōu)于單個器件，也需要仔細斟酌?！?/P>

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盡管業(yè)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。對此，Roberto De Nuccio分析稱，多傳感器集成是大勢所趨，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(huán)境檢測傳感器。根據他的判斷，2013年，加速度計市場仍將保持提升態(tài)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(huán)境傳感器方面，濕度傳感器將首次入住手機參考設計中。

面向更自然人機界面的MEMS

吳衛(wèi)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(wěn)定了整體MEMS麥克風的價格。

吳衛(wèi)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(fā)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(xiàn)，陀螺儀和地磁感應器也將被引入其中，用于實現(xiàn)室內導航與增強實現(xiàn)功能。

除了消費和手機應用，很多技術和商業(yè)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(yè)、醫(yī)療、有線通訊、航天、國防等，將是MEMS傳感器的下一次商業(yè)機會。例如，ST已經開發(fā)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(jié)點無線壓力傳感器網絡組成的胎壓監(jiān)測系統(tǒng);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(fā)現(xiàn)并進行青光眼的治療。[!--empirenews.page--]

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(guī)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(xiàn)階段對于MEMS制造工藝依然是不小的挑戰(zhàn)。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(wěn)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(xiàn)高性能3D芯片集成來說，是具有里程碑性質的事件。

Roberto De Nuccio表示，ST曾嘗試將MEMS的機械部分與ASIC進行整合，但沒有成功。因此，從效率、經濟性、出貨量等多方面考慮，ST未來還將堅持系統(tǒng)級封裝策略(System-in-package)，但會在小型化技術上更為創(chuàng)新。比如今后的加速度計和陀螺儀可以共享一個MEMS芯片，六軸系統(tǒng)可集成到更小的封裝中，而不用像現(xiàn)在加速度和陀螺儀分別使用兩個MEMS Die，占用較大的面積。

運用經過市場檢驗的內部制造鏈優(yōu)勢，也被ST方面視作戰(zhàn)勝對手的法寶之一。吳衛(wèi)東稱，相比ST靈活的產品開發(fā)和系統(tǒng)級封裝方法，大多數(shù)競爭對手只能依靠分散的供應鏈，在出廠前需要在芯片供應商和封裝外包商之間往返多次，需要經過系統(tǒng)級芯片制造工序，這些過程很容易引起晶片污染、質量和交貨等問題。