多传感器集成是趋势 MEMS制造工艺是挑战

多传感器集成化在现阶段对于MEMS制造工艺依然是不小的挑战。近年来以陀螺仪、加速度计、压力传感器为代表的MEMS器件得到了快速发展，随着生活应用的不断丰富与提高，也需要更多的传感感测功能，多集成度的MEMS器件逐渐受到青睐，众多厂商推出六轴/九轴/十轴的MEMS器件。究竟在未来多集成度MEMS器件和单纯MEMS器件哪个会是主流呢?

MCU+Sensor组合VS单纯MEMS传感器模块

智能手机与平板是驱动今年增长的关键力量，这些产品中很多已经具有3轴加速计、3轴陀螺仪、麦克风、立体声波滤波器等标准MEMS器件。至于MCU+Sensor组合和单纯的MEMS传感器模块今后哪种会成为主流?ST大中华区暨南亚区微电机系统及传感器高级市场部经理吴卫东在采访中曾评价称，尽管ST已经推出能够检测9个自由度并内置32位处理器的INEMO-M1智能多传感器模块，技术上不存在任何问题。但对此话题不可一概而论，ST将奉行两者并行的策略。

 

“首先，只有真正商用化的量产方案才有实际意义。”吴卫东说，“更重要的是，不同应用市场对MCU的需求不同，在为客户开发带来便利性的同时有可能是以牺牲灵活性为代价的，所以集成并非绝对的好，需要针对应用具体分析;其次，消费类市场对成本极为敏感，模块化方案的性价比是否就一定优于单个器件，也需要仔细斟酌。”

尽管业界不断热炒9轴、12轴MEMS传感器概念，但仍有部分人士认为今后一两年内，市场上的主流方案仍会以3+3的6轴方案为主。目前看到的市场趋势确实以9轴方案为主，包括以加速度、陀螺仪、地磁计为代表的运动传感器，和以湿度、温度、压力为代表的环境检测传感器。2013年，加速度计市场仍将保持提升态势，陀螺仪附带率将由2012年的10%升至30%，地磁计附带率将上升至70%;环境传感器方面，湿度传感器将首次入住手机参考设计中。

吴卫东特别提到了MEMS领域最成功的产品之一：MEMS麦克风。据IHS iSuppli的MEMS市场简报，风头强劲的苹果iPhone把MEMS麦克风市场推到了新的高度，帮助其出货量在短短三年内就剧增了将近四倍。2012年MEMS麦克风出货量估计达到20.6亿个，是2009年出货量4.329亿的4.8倍。

这点并不难理解。因为每部智能手机可能只需要一个加速计、罗盘和陀螺仪，但通常会需要两个或更多的MEMS麦克风以获得额外好处，比如加强支持噪声抑制以及视频的高清录音。另一方面，不同于加速计，MEMS麦克风价格一直保持坚挺，据称这主要是因为苹果等公司不是只看重价格。例如，为了获得高性能MEMS麦克风，苹果支付的价格是竞争对手的三到四倍，从而帮助稳定了整体MEMS麦克风的价格。

吴卫东称，ST的MEMS麦克风已经有几千万颗的市场销售量。除了采用新的堆叠和封装方式外，他们还使用了音频主动降噪技术STANCO，能够保证产品顶部端口和底部端口的SNR无差异，并且把AOP从120dbs提高到140dbs，从而具有更宽的音域。

此外，下一代手机和平板电脑，以及可变形超级本等所拥有的手势识别、触摸、室内导航等功能，也正推动着MEMS传感器的大发展。例如，目前在笔记本电脑中的运动传感器只有加速度计一种，用于防止笔记本电脑跌落时SSD硬盘受损。而随着可变形超级本的出现，陀螺仪和地磁感应器也将被引入其中，用于实现室内导航与增强实现功能。

除了消费和手机应用，很多技术和商业专家也认为无线传感器网络、打印机、投影机、复印机、汽车和其他高附加价值的工业、医疗、有线通讯、航天、国防等，将是MEMS传感器的下一次商业机会。例如，ST已经开发出的可以安装在一次性敷贴内的微型胰岛素注射泵和5节点无线压力传感器网络组成的胎压监测系统;或是能够24小时检测和观察眼压变化的智能隐形眼镜，用以帮助专家提前发现并进行青光眼的治疗。

如何获得成功?

要想在消费电子市场取得成功，厂商就必须通过规模经济取胜，并且能够提供广泛的解决方案。ST称，他们是市场上唯一能够为客户的应用设计提供传感器整体解决方案的厂商，产品包括加速度计、陀螺仪、罗盘、压力传感器、麦克风、接近检测传感器、触控传感器等。 而竞争对手专注较小的产品组合，当他们进行集成功能时，需要完全依赖外部厂商为其提供其它的传感器。目前，ST MEMS传感器的产能已达400万颗/天，且是世界上第一家制造基于8英寸晶圆工艺MEMS器件制造商。

不过，多传感器集成化在现阶段对于MEMS制造工艺依然是不小的挑战。这是因为集成模块的制作工艺更难，生产良率也会显著下降，只有充分掌握其中每一门技术，才能保证器件的性能稳定性。ST目前已经能够将硅通孔技术(TSV)应用于大批量MEMS生产中，这对在智能传感器和多轴惯性模块中实现高性能3D芯片集成来说，是具有里程碑性质的事件。