意法半导体：MEMS传感器让工业产品更加智能

作者:王颖  来源:中国电子商情

发布时间:2018-10-09

传感器作为与外界环境交互的重要手段和感知信息的主要来源，已成为决定未来信息技术产业发展的核心与基础之一。MEMS传感器更是因其体积小、功耗低、可靠性高、灵敏度高、易于集成，更灵活高效等优点，正在逐渐取代传统机械传感器，成为核心关键技术，在消费电子产品、汽车、工业、甚至航空航天、机械、化工及医药等各领域得到广泛应用。

“几年前，智能手机走进千家万户，MEMS传感器在智能手机中得到了广泛应用，迎来了第一个发展的黄金阶段。” 意法半导体MEMS 传感器产品部消费类 MEMS 事业部总监Simone Ferri表示，“我们认为，云时代、IoT时代、自动化时代，尤其是工业4.0将带来下一波MEMS浪潮。我们就是想要抓住这波新的机会，让工业产品更加智能。”

意法半导体MEMS 传感器产品部消费类 MEMS 事业部总监Simone Ferri

目前，意法半导体（ST）的MEMS传感器已经发展了20年，累计历史出货达到140亿片。从最早的液体MEMS推进器，到消费级的加速度陀螺仪在手机上广泛应用，到加速度和陀螺仪二合一的惯性模块、磁力计、压力传感器、麦克风，到汽车用的压力制动器，再到工业用气体与挥发性有机物检测仪器等。Simone Ferri介绍：“从消费到汽车到现在的工业， 经过市场检验的制造技术、大规模生产制造、丰富的集成经验使得ST的MEMS扎实走过20年。我们不仅给客户提供单芯片的解决方案，我们还给很多合作伙伴提供完整的集成解决方案。”

不同的市场对传感器有不同的要求。例如消费类市场的客户主要强调功耗、准确度以及成本。汽车类更看重可靠性，以确保驾驶的安全性，其次是更长的使用寿命和准确度，比如需要精准定位的导航系统。而在工业领域，客户强调的第一位是更长的使用寿命，其次是可靠度和准确度。

传感器的设计主要是三个方面，一是MEMS微机电的设计，另外是ASIC数据电路的设计，最后是芯片的封装Package。ST针对不同的市场和应用，量身打造不同的传感器。比如消费类，ST针对低功耗的需求，在ASIC里面设计了超低功耗前端的放大器，并采用尖端设计缩小转换器面积，同时提高性能。在汽车中，因为安全性的要求，ST加大芯片面积，提供振动稳健型和低漂移性能，提高驾驶的可靠性，陶瓷封装更使得芯片不易损坏。在工业类MEMS中，ST增加了针对工业市场特有的设计，除了采用定制化机械设计外，还在ASIC中加入了针对工业领域常用的通信协议，加上陶瓷封装，保证了使用寿命和高可靠度。

谈到ST的MEMS在工业市场的应用，Simone Ferri 定义为“从头到尾为工业市场提供服务”  。ST的MEMS在工业市场从产品的制造、运输、安装以及运营中，都能提供全套传感器以控制相关设备。例如，在工业设备的运输过程中，传感器可以用来检测撞击、振动、温度、湿度等等。在安装过程中，有些机器设备需要确保水平安装或以一定的角度去安装、使用环境是否符合工业设备的安装要求，这些都可以通过传感器去检测。在机器设备最后的使用过程中，传感器同样可以去检测设备的使用状态以及使用寿命等等。运动传感器可以监测机器的抖动，倾斜的角度和撞击的程度等；环境传感器可以监测使用环境中气压和温湿度的变化，通过这些参数系统地了解这台工业设备的工作状态，促成现场校正功能。

Simone Ferri指出：“基于ST在消费领域以及汽车领域有许多成功的经验，让我们可以把先进的技术带到新的领域就是工业4.0领域。工业市场主要有对于精度、功耗、可靠度这三个指标的要求，虽然不同的工业设备对这三个指标有不同的要求，但ST能够基于这三个指标在各个器件上做到很好的平衡，这也是得益于我们之前在消费领域和汽车领域的成功经验。我们可以把消费电子领域足够多的低功耗设计和汽车电子领域的高精度的设计带到工业领域。这是ST的MEMS的优势。”

能够提供多重传感器，是ST推动自动化时代新一波MEMS产品的关键所在。不同于其他厂商，ST具有业内几乎最广泛的MEMS传感器布局，能够把不同类别的传感器延伸到工业应用里面，满足各种应用需要的规格。同时，ST所有工业级的传感器都向客户保证不低于十年供货周期，这保证了工业设备中广泛使用的各种高性能元器件的持续供应，同时也帮助设备厂商解决了在售产品生命周期长这一难题，为处于有挑战性的工业环境条件下的产品延长了使用寿命。

意法半导体10年供货保证工业级传感器IIS2MDC磁强计和ISM303DAC 电子罗盘

在工业领域，ST拥有更多的新产品计划。在运动传感器方面，有超低功耗、低噪声的高精度6轴惯导ISM330DHC，有高精度的倾角计IIS2ICLH，还有低功耗的加速度计IIS2DLPC以及高性能、高可靠性的振动计IIS3DWB。在环境传感器方面，硅麦克风IMP34DT05会用来检测超声波的频段，即使在超过两万赫兹的频段，也可以呈现比较好的频响特性。高精度、放灰尘的气压计IPS22HHC适用于 IoT 节点的低功耗特性。气压计IPS33HHWC则凭借防水等级10atm 和气压冲击后快速恢复，被应用于苛刻环境的测算。低功耗的温湿度计和准确独立的温度计也在ST的规划中。

Simone Ferri表示：“在工业4.0时代，ST是全新商业模式的关键促成者，是提供多种产品和解决方案的半导体供应商。ST除了有丰富多种多样的传感器以外，还有MCU作为主控，以及作为数据连接关键器件的连接器件。微控制器加上传感器，再加上连接器件，就形成了一个微小的子系统，把相应的半导体器件提供给做MEMS模块或者MEMS产品的提供商，他们会把我们芯片做成传感器节点放在工业4.0网络各个节点处。系统集成商采集这些节点的数据，收集到云端，在服务器端做大数据分析，最后应用到和消费电子完全不同的终端市场，比如说机器人、汽车以及能源、农业，等市场。”