隨著我國(guó)汽車電子、新型數(shù)字消費(fèi)電子和醫(yī)療電子等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)MEMS傳感器的各種新需求和基于該技術(shù)的創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，為此專業(yè)科技市場(chǎng)分析機(jī)構(gòu)北京華興萬(wàn)邦管理咨詢有限公司走訪了總部位于歐洲芬蘭的老牌微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器制造商VTI科技(VTI Technologies)。該公司高管告訴分析師：隨著各種新的應(yīng)用不斷出現(xiàn)，以及MEMS器件廠商的技術(shù)創(chuàng)新，MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)一輪新的機(jī)會(huì)。
VTI科技是一家在MEMS傳感器領(lǐng)域內(nèi)擁有成熟的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)制造經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)，在赫爾辛基近郊的總部擁有一座帶有2840平米潔凈室的晶圓處理及封裝工廠。各種新應(yīng)用以及相關(guān)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)是該公司目前關(guān)注的重點(diǎn)，同時(shí)高度重視中國(guó)等新興市場(chǎng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，其亞洲總部設(shè)在中國(guó)北京。
VTI科技位于芬蘭赫爾辛基的總部大樓和MEMS傳感器工廠
作為一家擁有20多年MEMS行業(yè)經(jīng)驗(yàn)、年出貨量達(dá)3000多萬(wàn)個(gè)傳感器的全球最大的獨(dú)立MEMS廠商之一，VTI科技的核心產(chǎn)品是三維微機(jī)電系統(tǒng)傳感器(3D MEMS)。該傳感器由帶有金屬電容板的底座、帶有運(yùn)動(dòng)感應(yīng)結(jié)構(gòu)的中間層和頂蓋三個(gè)不同的硅層用玻璃粘合在一起組成，每層都有金屬薄膜形成電極而成為電容式傳感器。
VTI的3D MEMS傳感器可以在三個(gè)正交的方向上檢測(cè)到加速度，而由此封裝完成的小型化傳感器可以方便地進(jìn)行貼裝和安裝。同時(shí)VTI的專有技術(shù)確保了傳感器的精確性、小型化、低功耗和穩(wěn)定可靠。運(yùn)用這種傳感器，VTI生產(chǎn)出了加速度計(jì)、傾角儀、陀螺儀和壓力傳感器等系列產(chǎn)品。
從VTI的3D MEMS傳感器的技術(shù)應(yīng)用方向來(lái)看，加速度計(jì)主要應(yīng)用在需要靈敏檢測(cè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)高安全性和控制的汽車及工業(yè)應(yīng)用；傾角儀則廣泛應(yīng)用于需要精確測(cè)量運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景，如運(yùn)動(dòng)的機(jī)械、車輛、飛機(jī)、建筑設(shè)備和掌上系統(tǒng)等；陀螺儀則可以單獨(dú)或者與加速度計(jì)共同使用，廣泛應(yīng)用于從消費(fèi)電子到專用設(shè)備的各種市場(chǎng)；壓力元件則用于醫(yī)療設(shè)備等應(yīng)用之中。
“作為一家MEMS傳感器先鋒廠商，VTI的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、醫(yī)療設(shè)備、汽車電子和其他各種應(yīng)用之中，提升了應(yīng)用產(chǎn)品的安全性、功能性和和效率。”VTI科技總裁兼首席執(zhí)行官M(fèi)arkku Hirvonen對(duì)華興萬(wàn)邦分析師說(shuō)。“在2010年，我們每一項(xiàng)業(yè)務(wù)都實(shí)現(xiàn)了快速的恢復(fù)，來(lái)自汽車行業(yè)的需求尤為強(qiáng)勁。這表明MEMS傳感器正在進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。”
VTI科技總裁兼首席執(zhí)行官M(fèi)arkku Hirvonen
多樣化應(yīng)用帶動(dòng)MEMS市場(chǎng)發(fā)展
MEMS器件最早的批量實(shí)際應(yīng)用源于汽車電子產(chǎn)業(yè)，但隨著近年來(lái)消費(fèi)電子領(lǐng)域的創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，消費(fèi)電子已經(jīng)成為MEMS最大的應(yīng)用市場(chǎng)，市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)了15億美元，并以每年近20%的速度增長(zhǎng)。
作為MEMS傳感器的第二波應(yīng)用高潮，MEMS傳感器在消費(fèi)電子中的應(yīng)用包括運(yùn)動(dòng)/墜落檢測(cè)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)補(bǔ)償、游戲/人機(jī)界面、電源管理、GPS增強(qiáng)/盲區(qū)消除、速度/距離計(jì)數(shù)、其他體育和保健應(yīng)用等等。其中陀螺儀是增長(zhǎng)最快的部分，已經(jīng)成為加速度計(jì)后的第二大應(yīng)用產(chǎn)品。
VTI在消費(fèi)電子領(lǐng)域有著完善的MEMS解決方案，其相關(guān)產(chǎn)品包括應(yīng)用于便攜電子產(chǎn)品的加速度計(jì)和陀螺儀，以及正在開(kāi)發(fā)的MEMS振蕩器等。該公司的產(chǎn)品以小尺寸、低功耗和高精度為開(kāi)發(fā)重點(diǎn)，近期推出了基于其3D MEMS傳感器的3軸陀螺儀CMR3000。
“便攜消費(fèi)電子市場(chǎng)是VTI高度重視的一個(gè)應(yīng)用市場(chǎng)，我們?cè)谌蚴袌?chǎng)上積極響應(yīng)需求開(kāi)發(fā)各種新的產(chǎn)品，如具有絕佳溫度穩(wěn)定性的、業(yè)界體積最小和功耗最低的CMR3000用戶界面陀螺儀，以及即將推出的基于其3D MEMS和芯片技術(shù)的SiMEMS時(shí)鐘產(chǎn)生振蕩器。”VTI消費(fèi)電子業(yè)務(wù)副總裁Sten Stockmann說(shuō)。
VTI消費(fèi)電子業(yè)務(wù)副總裁Sten Stockmann
醫(yī)療保健被稱為MEMS的第三波應(yīng)用，同時(shí)也被MEMS行業(yè)稱為高價(jià)值市場(chǎng)。隨著人口老齡化和醫(yī)療保健費(fèi)用的提升，各種遠(yuǎn)距離監(jiān)護(hù)和高精度治療設(shè)備將越來(lái)越多地被引入。VTI是醫(yī)療保健MEMS技術(shù)的領(lǐng)先供應(yīng)商，每分鐘全球就有一臺(tái)帶有VTI傳感器的起搏器安裝在患者的體內(nèi)；該公司期望與更多的系統(tǒng)廠家合作采用其MEMS傳感器研發(fā)出多樣化的醫(yī)療保健設(shè)備。
技術(shù)進(jìn)步推高市場(chǎng)對(duì)MEMS傳感器的需求
技術(shù)進(jìn)步也是MEMS行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要推動(dòng)力，特別是MEMS與數(shù)字芯片在同一封裝內(nèi)的片上集成，給MEMS市場(chǎng)振興帶來(lái)了巨大的支持。在2007年推出了MEMS搭載芯片技術(shù)(Chip-on-MEMS，CoM)后，VTI也獲得了巨大的發(fā)展，各種新的應(yīng)用解決方案脫穎而出。
不久前，該公司推出并在近期量產(chǎn)的CMR3000 3軸陀螺儀就是這種MEMS片上系統(tǒng)，不僅其芯片級(jí)的封裝使其體積僅為3.1x4.2x0.8 mm3，而且提供了SPI或者I2C數(shù)字輸出，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了僅為5mA的業(yè)界最低功耗，而測(cè)量精度高達(dá)+/- 2000 dps。該器件專為游戲機(jī)、遙控器等人機(jī)界面和手機(jī)等優(yōu)化，目前已有客戶將該器件與8051結(jié)合設(shè)計(jì)出高精度投影光標(biāo)遙控器。
VTI的CMR3000 3軸陀螺儀實(shí)現(xiàn)了數(shù)字輸出、高精度、小體積和低功耗
用于時(shí)鐘發(fā)生的MEMS振蕩器也是當(dāng)前MEMS應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)，隨著便攜電子設(shè)備對(duì)時(shí)鐘發(fā)生解決方案在體積和精度上的要求越來(lái)越高，采用MEMS來(lái)替代石英晶體振蕩器的呼聲也越來(lái)越大。市場(chǎng)調(diào)研公司Yole的分析表明：MEMS振蕩器的全球市場(chǎng)將從2009年的8百萬(wàn)美元快速增長(zhǎng)到2015年的6.45億美元。
VTI在近期也宣布了進(jìn)入MEMS振蕩器市場(chǎng)，該公司采用逆向思維設(shè)計(jì)出了芯片搭載MEMS的結(jié)構(gòu)(MEMS-on-Chip，MoC)和芯片級(jí)的封裝，實(shí)現(xiàn)了小型化、高精度的時(shí)鐘解決方案。其技術(shù)訣竅是用數(shù)字電路來(lái)補(bǔ)償穩(wěn)定變化，以保證振蕩器產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定在目標(biāo)頻率上。VTI的時(shí)鐘產(chǎn)品將于近期推出，采用8英寸晶圓生產(chǎn)從而使該器件的成本大為降低。
VTI在近期將投產(chǎn)的MEMS振蕩器采用芯片搭載MEMS的結(jié)構(gòu)(MoC)和芯片級(jí)的封裝
ESP(ESC)將再次推動(dòng)MEMS傳感器在汽車電子中的應(yīng)用
MEMS在汽車電子中的應(yīng)用極為廣泛，其應(yīng)用方向和市場(chǎng)需求包括車輛的防抱死系統(tǒng)(ABS)、電子車身穩(wěn)定程序(ESP)、電控懸掛(ECS)、電動(dòng)手剎(EPB)、斜坡起動(dòng)輔助(HAS)、胎壓監(jiān)控(EPMS)、引擎防抖、車輛傾角計(jì)量和車內(nèi)心跳檢測(cè)等等。其中電子車身穩(wěn)定程序ESP是許多MEMS廠商高度關(guān)注的新應(yīng)用，由于其主動(dòng)防滑功能要求更多的傳感器和先進(jìn)的處理系統(tǒng)，因此將使汽車電子這一MEMS傳統(tǒng)應(yīng)用市場(chǎng)再放光芒。
ESP的全稱是Electronic Stability Program，它是當(dāng)前汽車防滑的最先進(jìn)手段。ESP包含ABS及ASR，是這兩種系統(tǒng)功能上的延伸，它能夠探測(cè)和分析車況并糾正駕駛的錯(cuò)誤。ESP對(duì)過(guò)度轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向特別敏感，例如汽車在路滑時(shí)左拐過(guò)度轉(zhuǎn)向（轉(zhuǎn)彎太急）時(shí)會(huì)產(chǎn)生向右側(cè)甩尾，傳感器感覺(jué)到滑動(dòng)就會(huì)迅速制動(dòng)右前輪使其恢復(fù)附著力，產(chǎn)生一種相反的轉(zhuǎn)矩而使汽車保持在原來(lái)的車道上。
從電子系統(tǒng)來(lái)看，ESP由控制單元及轉(zhuǎn)向傳感器（監(jiān)測(cè)方向盤(pán)的轉(zhuǎn)向角度）、車輪傳感器（監(jiān)測(cè)各個(gè)車輪的速度轉(zhuǎn)動(dòng)）、側(cè)滑傳感器（監(jiān)測(cè)車體繞垂直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)）、橫向加速度傳感器（監(jiān)測(cè)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的離心力）等組成。控制單元通過(guò)這些傳感器的信號(hào)對(duì)車輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，進(jìn)而發(fā)出控制指令。
作為一種帶有主動(dòng)安全措施的全新道路安全技術(shù)，全球許多國(guó)家和地區(qū)開(kāi)始立法強(qiáng)制安裝帶有ESP的電子車身穩(wěn)定系統(tǒng)(ESC)，其中美國(guó)和加拿大將從今年9月起要求所有新生產(chǎn)的輕型車輛安裝ESC，歐盟和澳大利亞則要求從今年11月起所有的新型號(hào)需安裝ESC，韓國(guó)和日本則分別要求從明年1月和10月起所有新型號(hào)需帶有ESC。
“從全球立法的速度來(lái)分析，到2015年全球生產(chǎn)的輕型車輛一半以上將帶有ESC；與此同時(shí)電子裝備集成和傳感器融合將進(jìn)一步拉低ESC系統(tǒng)的成本，在今后3年內(nèi)基于硅的陀螺儀將成為主動(dòng)或被動(dòng)安全系統(tǒng)的主流技術(shù)。”VTI交通業(yè)務(wù)副總裁Hannu Laatikainen說(shuō)。“包括中國(guó)在內(nèi)的‘金磚四國(guó)’擁有全球發(fā)展最快的汽車產(chǎn)業(yè)，我們希望與他們的汽車電子廠家合作共同推進(jìn)汽車安全技術(shù)。”
小結(jié)：MEMS傳感器應(yīng)用挑戰(zhàn)想象力
從飛機(jī)、大型設(shè)備、汽車到各種便攜設(shè)備及人體內(nèi)的心臟起搏器，MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器充滿了應(yīng)用機(jī)會(huì)，而MEMS傳感器與數(shù)字芯片的集成也再次帶動(dòng)了市場(chǎng)的發(fā)展。由于運(yùn)動(dòng)無(wú)處不在，通過(guò)采用MEMS傳感器而帶來(lái)的系統(tǒng)創(chuàng)新也層出不窮，可以為市場(chǎng)帶來(lái)全新的功能和用戶體驗(yàn)。這已經(jīng)被任天堂Wii等產(chǎn)品的成功得以證實(shí)，新的MEMS傳感器將考驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的想象力。