意法半导体的MEMS计划:再战汽车和工业市场

发布时间:2017年10月26日 16:10    作者:eechina
关键词: MEMS , 意法半导体
世事无常。种瓜得豆、无心插柳的事情真的会发生。意法半导体(STMicroelectronics,简称ST)的微机电系统(MEMS)业务发展就演绎了这样真实的故事。

ST大中华和南亚地区模拟和MEMS产品部市场总监吴卫东先生介绍说,早期的MEMS技术属于高精尖技术,应用目标是工业、汽车以及国防领域,例如打印机喷墨头、汽车气囊加速度计和MEMS麦克风等。MEMS器件被我们所熟知是由于它在消费类电子中的广泛应用。先是任天堂游戏机,然后是智能手机、智能手环等移动设备,算起来其兴起时间也不过10年左右。

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图1:MEMS应用始于工业和汽车,繁荣于真人真钱棋盘游戏

MEMS器件在消费类电子应用的极大成功为ST带来了丰厚的收益。如今ST拥有齐全的MEMS产品线,包括陀螺仪、加速度计、压力传感器、磁力计以及多功能模块等。ST的MEMS产品被全球主要的消费类电子制造商采用,例如华为的旗舰机型中就包含了ST的内置OIS光学防抖传感器的6 轴惯性测量单元。据称,ST的MEMS产品在2017年的市场份额高达60%至65%。

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图2:ST用于消费类电子的MEMS产品种类齐全

吴卫东先生介绍说,ST的消费类MEMS产品出货量基数已经非常大,增长速度逐渐放缓。现在,ST开始寻找新的增长点。这个新的增长点就是MEMS产品的历史起点:工业和汽车应用。

与消费类市场不同的是,工业和汽车应用要求更加严苛,器件必须符合更严格的行业标准。简单地说,就是对器件的精度提出了更高的要求。以MEMS传感器为例,传感器的精度包含噪声、稳定性和误差几个方面,提高精度需要更先进的制程和更精密的测试及校准工作。如下图所示,传感器的测试和校准对于精度提高非常重要;工业级和战略级传感器需要更长的测试和校准时间,而这意味着成本的增加。

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图3:工业级传感器需要更长的测试和校准时间

MEMS汽车应用

MEMS器件在汽车上应用由来已久。汽车应用包括非安全应用和安全应用。非安全应用主要集中在导航系统,在这一领域ST占据了大约60%的市场份额。ST的惯性导航系统包括三轴加速度计和三轴陀螺仪,可以实现在GPS信号缺失下精确的航位推算。非安全汽车应用还包括车载设备MEMS麦克风,它用于免提电话、紧急呼叫和噪声抑制等方面。

汽车安全应用包括气囊、主动安全系统和自动驾驶系统。最新的MEMS汽车安全应用案例是激光雷达(LIDAR)。激光雷达的核心是MEMS微镜。MEMS微镜不同于MEMS传感器,它属于MEMS致动器的一种。在MEMS致动器领域,ST与其他专业厂商结成了伙伴关系,其中包括用于相机对焦的压电致动器厂商poLight、超声波测距传感器厂商Chirp、MEMS扬声器厂商USOUND以及微镜投影厂商MicroVision。其中,MicroVision公司和ST合作推广激光束扫描(LBS)技术,应用场景包括激光雷达,以及微型投影仪、VR、AR和HUD等市场。

智慧工业应用

工业领域包括无数的细分市场,各种应用千差万别,对器件的要求颇高,用量却不大。但因为这些市场利润率较高,所以很多半导体厂商也非常重视这些市场。

吴卫东先生介绍了MEMS器件在工业领域的一些应用案例,这里简单描述其中的两个:一个是地震监测仪,另一个是设备检测和预知维护系统。

下图这个电容反馈式地震计中采用了ST的高精度加速度传感器LIS344ALHTR(10000g),它具有超低功耗的特点。该地震计常年深埋在低下,无需任何操作,但一直保持通信连接,随时传递地质数据。

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图4:电容式反馈式地震计

相比之下,工业设备监测和预知维护的需求量更大,几乎所有的机电设备都可以通过配置这样装置来降低财产损失。一般来说,设备出现故障之前都会发出一些征兆,例如冒烟、发热、发出噪声、功率下降等等,但一个关键的参数是振动的异常。工况监测方法是在旋转设备上安装运动传感器,定期接收传感器数据,并将实测数据与基准数据比较,查看机器运行状态不良趋势,实现预知性维护。监测异常振动正式MEMS传感器的用武之地。

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图5:设备监测和预知维护

总结

如果说意法半导体的MEMS业务在消费类电子领域的爆发式增长属于种瓜得豆的话,那么如今该公司回头再攻汽车和工业市场则可谓不忘初心了。经过这些年的技术积累和工艺完善,MEMS器件已经更精确、更节能、更小巧、更多才多艺了,应该可以在更多的应用场合显露身手了。

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