当前位置:主页>传感触控

ST:MEMS的下一次发展机会将来自汽车和工业市场

作者:单祥茹  来源:中国电子商情

发布时间:2017-10-31

0k

MEMS是利用集成电路制造技术和微加工技术把微结构、微传感器、控制处理电路甚至接口、通信和电源等制造在一块或多块芯片上的微型集成系统。MEMS的最初应用主要在工业和汽车领域,然而在过去十多年时间里,真正让MEMS从默默无闻变成市场上炙手可热的产品,重要推手则是消费类市场,特别是在手机应用、手持式产品里。近日,意法半导体大中华暨南亚区模拟和MEMS产品部市场总监吴卫东先生在北京的媒体会上提出,一个市场不可能持续高速发展,对于MEMS行业,虽然市场基数很大,但在过去两三年里的增长速度明显放缓。近几年,物联网、智能工业、智能农业的兴起,将为MEMS创造下一个发展机会。

MEMS走过黄金十年,ST始终保持市场领先地位
从根本上讲,MEMS 传感器的应用开始于汽车和工业市场中的某些特定领域,真正推动IHS 2017年上半年市场报告证实,ST是第一大汽车非安全性应用MEMS厂商MEMS发展的是消费类电子。十年间,MEMS应用得到了迅速普及。以前MEMS在工业、汽车领域,甚至一些国防行业的应用一直局限在小规模、特定的领域里,对技术也有很高的要求。

MEMS产品主要分两大类,一是传感器,也就是我们耳熟能详的加速度、陀螺仪;二是致动器(Actuator)或驱动器。吴卫东表示,ST是同时拥有这两项技术的半导体厂商,并且一直占据较高的市场份额。现在,MEMS在消费领域的高速成长已经过去。今天的任何消费类产品,当产品在性能提升的同时都会遇到这样的挑战,即性价比变成更加重要的前提。那么,怎么样在客户端持续地让产品具有吸引力呢?吴卫东认为:“ST能够提供多元化的MEMS产品,如果把每一个类别的MEMS产品比作一块砖的话,ST的这堵墙是垒得最高的。这样,客户就可以从ST获取有他所需要的全部产品,同时ST还可以为客户提供完整的软硬件方案。”

图1  ST的6轴MEMS传感器出货量累计达到5.5亿片

谈到MEMS的黄金十年,ST的六轴模块就是最好的例子。六轴模块是ST的拳头产品,这颗产品在手机中是目前应用最多的传感器产品。过去一年多,包括第一代和第二代产品在内的市场出货量合计超过5.5亿片。吴卫东表示,以手机防抖为例,有物理防抖和光学防抖两种,但只有使用光学防抖传感器才能达到好的效果。华为发布的几款手机都集成了类似的功能。现在,ST的六轴惯性模块除了在手机、智能眼镜上使用,尚未在市场上大范围普及,但相信这个行业所带来的应用迟早会进入到日常生活。

在MEMS产品上,ST拥有完整的产品线,包括光学防抖陀螺仪、6轴IMU模块、超低功耗加速度计、高精度压力传感器、加速度计+磁强计惯性测量单元,始终在MEMS产品上保持市场领先地位,截至2017年,所占市场份额超过60%。

高精度传感器推动新应用发展,然而高精度的实现是一个巨大挑战
MEMS要想寻求消费电子之外的下一次发展机会,汽车和工业是很好的选择。一是智能化时代的到了,汽车中使用的传感器数量将大幅增加。现在一台中高档车中使用的传感器数量,有些已经超过200甚至300个,其中就包括MEMS传感器。此外,智慧工业的实现也离不开传感器技术的支持。上述两个应用领域对传感器的要求相比消费市场,在性能和精度上有很大不同。

自动驾驶对传感器的性能要求很高,目前客户要求传感器的精度需在20厘米以内。吴卫东说:“要想提高MEMS 的精度说起来既容易也不容易,如果不考虑功耗,精度可以做到非常高。因为功耗的提升,计算能力和推动力都可以做得更大。目前的挑战是,在工业应用中,对功耗是必须考虑的重要因素。比如在一台机器上放置一个检测单元,这个单元有可能使用几年或更长的时间,这就需要传感器既要有很好的精度,同时功耗不能增加。”

提高MEMS精度需要同时改善设计和制造工艺,其中,设计制程约占20%,另有80%则是通过测试和校准实现。对同样一颗MEMS传感器,如果测试和校准做得更精细的话,它的精度可以从5%提升到1%甚至更低。然而,制造设备、测试设备投入较大,目前只有一定规模的公司才会投资去支撑这样的生产,并且需要在性能和成本上找到最佳结合点。据吴卫东介绍,经过多年的发展,ST在测试和校正的核心算法或流程方面已经有很大的积累。

 

图2 改进制程和测试及校准技术能有效提高MEMS的精度,但成本会有明显增加

智能驾驶需要大量MEMS传感器,在安全和非安全性应用上ST已经就绪
设计汽车需要的产品是一个漫长的过程,期间要通过严格的产品认证流程。吴卫东表示,针对汽车安全气囊,ST已经推出相应MEMS产品,目前正在与国内公司合作进行产品开发。
在车载麦克风上,ST也有悠久的历史。在消费市场之外,ST的技术可以支撑中高端产品,其理念是,在波载点和信道都达到世界一流的水平。根据IHS 2017年上半年的市场报告,现在,ST已是第一大汽车非安全性应用的MEMS厂商。

微镜属于消费类应用,包括投影和3D扫描,在投影上ST主要与MicroVision合作,甚至在两三年前,英特尔的RealSense采用的也是ST的技术。现在,ST将微镜技术进一步延展到汽车电子应用上。

主动安全和自动驾驶对MEMS的要求更高。针对ADAS系统,ST提供了完整的MEMS解决方案。包括雷达,已有合作伙伴在借助ST的致动器技术进行产品开发。


图3  ST能为ADAS提供完整的传感器解决方案

智慧工业是MEMS传感器的另一个发展机会,ST的RF技术将起关键作用
从工业应用角度看,它的要求很高,不仅需要很好的性能特性还要求超低功耗。因此,MEMS若要在工业市场获得应用,就要解决距离和功耗这样两个难题。射频(RF)技术可以解决长距离的需求,比如用Sub-1GHz或短距离低功耗蓝牙(BLE)技术做连接。而ST拥有的是Sigfox+BLE双射频解决方案。这也是为什么ST对物联网和智慧工业市场非常有信心的重要原因。现在,ST可以提供整套解决方案,与合作伙伴联手把所有的传感器连接在一起,将感知的数据高效、有质量地传到后台。这种一步到位的解决方案,目前市场上也只有为数不多的半导体企业可以做到。

吴卫东提出,汽车和工业应用相比消费类差别很大,为了迎接MEMS下一次发展机会的到来,ST对自己的市场策略也做了相应调整。他们向市场承诺,提供的产品生命周期至少保证十年;在产品开发过程中,产品采用的都是工业级的制程和材料,比如使用陶瓷封装。

0k