MEMS市場迅猛發(fā)展 各廠商爭打組合拳

微電機系統(tǒng)（Micro electromechanical Systems，MEMS）是將微電子和機械結(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)展是從二十世紀九十年代開始。而最近幾年間，MEMS的發(fā)展可用“迅猛”來形容。市場調(diào)研公司Yole Developpement的研究報告指出，2012年全球MEMS市場規(guī)模將達115億美元，相比2011年的增長幅度約為12.7%。此外，Yole Developpement預(yù)測，未來六年MEMS市場都將保持穩(wěn)定、持續(xù)的增長，市場需求量平均年復(fù)合增長率達20%，平均年收益增長率達13%（見圖1）。

圖1，2011-2017MEMS市場預(yù)測（來源：Yole Developpment）。

面對如此蓬勃發(fā)展且潛力巨大的市場，半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)的各路廠商推出了那些新的技術(shù)以搶得市場先機？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)墙酉聛淼陌l(fā)展熱點？通過訪問走在MEMS領(lǐng)域前列的幾家國際廠商，本文將對上述問題一一解答。

六、九、十軸，各廠商爭打組合拳

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、陀螺儀、地磁傳感器等慣性傳感器到微流量器件，從MEMS光學器件到無線器件。在MEMS市場整體增長的背后，各個領(lǐng)域的發(fā)展情況卻不盡相同。根據(jù)Yole Developpement的研究報告，未來分立慣性傳感器市場增長將放緩，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新興的市場，這一市場在2011年的規(guī)模約為1億美元，而到2017年該市場預(yù)計達17億美元。在這劇增數(shù)字的背后，快速增長的平板電腦和智能手機等消費類產(chǎn)品自然功不可沒。

為了保持在消費電子設(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動識別功能的微型六軸傳感器模塊，該模塊整合一個三軸陀螺儀、一個三軸加速度計和兩個嵌入式有限狀態(tài)機，這兩個可編程電路可在模塊內(nèi)部實現(xiàn)自定義運動識別功能。LSM303D則是集成了加速度計和磁傳感器，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在一個封裝內(nèi)整合一個三軸加速度計、一個三軸陀螺儀和一個三軸磁力計，達到9自由度（DOF）慣性感應(yīng)功能。

組合型傳感器產(chǎn)品的優(yōu)勢是顯而易見的，最重要的一點是提高系統(tǒng)的集成度，這對于不斷追求低功耗、小體積的消費電子產(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，可以說刷新了組合型傳感器體積和功耗的新紀錄。InvenSense市場營銷副總裁Ali Foughi指出，相比競爭對手，這款產(chǎn)品型號為MPU-6500的動作感測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)品整合了兩個芯片：一個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)雜九軸運動感測融合算法的數(shù)字運動感測處理器（DMP）；另一個 是三軸數(shù)字電子羅盤AK8975。

當各大廠商積極應(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，它在在單個封裝中集成了一個三軸陀螺儀、一個三軸加速度計、一個三軸磁力計、一個壓力傳感器和ADI的ADSP-BF512 Blackfin處理器。ADIS16480采用了一種擴展式卡爾曼濾波器（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電子產(chǎn)品可能并不需要這么強大的性能，但在某些應(yīng)用方面這是非常必要的，諸如軍事和商業(yè)飛機導(dǎo)航、無人車輛、移動式平臺定位和工業(yè)機器人等要求實時定位但卻存在持續(xù)運動并且具有復(fù)雜、動態(tài)特點的系統(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)