汽車慣性傳感器開發(fā)商用低g加速計(jì)的設(shè)計(jì)方案

 為縮短面向商業(yè)應(yīng)用的MEMS慣性傳感器的開發(fā)周期，我們可以復(fù)用為同類汽車產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)。這種方法提供的附加優(yōu)勢是可以讓商業(yè)產(chǎn)品保持與汽車產(chǎn)品同樣高的質(zhì)量水平。因此，商用低g加速計(jì)已經(jīng)從汽車領(lǐng)域派生出來，其好處是獲得更短的設(shè)計(jì)周期和更高的產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更低的成本。

    特別地，采用雙芯片(傳感器和信號調(diào)節(jié)芯片)方法開發(fā)的慣性傳感器使人們很容易復(fù)用現(xiàn)有技術(shù)。例如，為模擬器件或微控制器等其他產(chǎn)品開發(fā)的IC技術(shù)可以復(fù)用到信號調(diào)節(jié)IC上。雙芯片方法的另一優(yōu)勢是能獲得更短的產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，因?yàn)閭鞲衅髋cIC設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行，從而縮短晶圓加工時(shí)間。

    汽車與商用慣性傳感器市場在某個(gè)加速度感應(yīng)范圍內(nèi)是重疊的，通常是低于8個(gè)g的低g領(lǐng)域，不過汽車加速計(jì)要求從1個(gè)g(用于傾斜等場合)直至250個(gè)g或更高(用于碰撞檢測等)的感應(yīng)范圍。簡而言之，商業(yè)應(yīng)用涉及人體通常經(jīng)歷的更為溫和的加速環(huán)境，而不是由金屬碰撞所導(dǎo)致的沖擊波。

    此外，商用OEM市場比專業(yè)的汽車市場更多樣化且更分散。最近，越來越多的消費(fèi)類產(chǎn)品，包括手機(jī)、便攜式硬盤驅(qū)動器、視頻游戲機(jī)、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)及數(shù)碼相機(jī)等，已經(jīng)開始使用慣性傳感器來檢測傾斜、運(yùn)動、沖擊、振動及放置等情況。隨著目前許多手機(jī)裝配依賴慣性傳感器的游戲、照相機(jī)、GPS、計(jì)步器及防竊等功能，消費(fèi)類應(yīng)用正成為慣性傳感器的一個(gè)巨大市場。

    在商用市場，低價(jià)格是客戶選擇供應(yīng)商的首要考慮因素，而且有時(shí)他們會盡力砍價(jià)直至達(dá)到其目標(biāo)價(jià)格為止。所以，降低消費(fèi)類傳感器產(chǎn)品的成本對于產(chǎn)品進(jìn)入市場是非常關(guān)鍵的。削減成本的傳統(tǒng)方法是減少裸片尺寸與測試時(shí)間，提高良品率，采用低成本封裝，進(jìn)行大批量生產(chǎn)以及減少開發(fā)時(shí)間與成本等。

    汽車與商用傳感器市場的區(qū)別還體現(xiàn)在它們?nèi)绾卧u價(jià)低g應(yīng)用中性能、可靠性與成本的相對重要性。對安全至關(guān)重要的汽車應(yīng)用要求最高水平的質(zhì)量和可靠性。對商用市場最重要的因素則是成本、上市時(shí)間和低功耗。

    為證明可接受的質(zhì)量與可靠性水平，汽車慣性傳感器最少必須通過由汽車工程協(xié)會所規(guī)定的資格認(rèn)證。此外，這些部件常常需要經(jīng)過額外及更嚴(yán)格的客戶鑒定測試。

    通過分析客戶對各個(gè)故障部件的報(bào)告能進(jìn)一步加強(qiáng)質(zhì)量與可靠性流程。汽車市場要求詳細(xì)檢查所有的故障，包括進(jìn)行徹底的故障分析及定期監(jiān)視客戶故障率等，這可以為零缺陷計(jì)劃提供現(xiàn)實(shí)的保證。百萬分之一的故障率仍是考慮的關(guān)鍵。

    這整套質(zhì)量與可靠性保證體系代價(jià)不菲。在某些方面，車用級加速計(jì)與軍用B類產(chǎn)品相當(dāng)。但不像軍用市場，汽車用戶仍要求低價(jià)格及快速交貨時(shí)間，并將這些項(xiàng)目列為其要求的一部分，盡管它們的優(yōu)先級較低。

    由于消費(fèi)類慣性傳感器產(chǎn)品不要求具有與車用傳感器一樣高的性能，故其電路可以簡化，這有助于減少裸片尺寸和測試時(shí)間并提高良品率。封裝不僅要求成本低(例如采用塑料封裝)，而且還必須小而薄，以便用于手持式設(shè)備。此外，大批量生產(chǎn)有助于降低產(chǎn)品的單位成本。

    商業(yè)市場對低成本及短產(chǎn)品周期具有無止境的追求，這可通過以下幾種方法來滿足。從汽車平臺派生出來的商用器件擁有與原有產(chǎn)品一樣的最高質(zhì)量及可靠性。而原有產(chǎn)品已經(jīng)攤銷了其沉積成本(亦即以前發(fā)生的投資及支出成本)。此外，通過復(fù)用或削減汽車平臺元件、構(gòu)建模塊及封裝等，我們還可以縮短商用產(chǎn)品的上市時(shí)間，并降低其功耗。

    在開發(fā)及生產(chǎn)慣性傳感器時(shí)影響成本的三個(gè)最大因素分別為：鑒定、測試及老化(burn-in)。按照商業(yè)市場的慣例，老化可從生產(chǎn)流程中去掉。通過明智選擇在某些階段的測試參數(shù)可以進(jìn)一步降低成本。其他階段的參數(shù)可以由設(shè)計(jì)來保證。