陀螺儀手機大爆發(fā)
據(jù)法國市場調(diào)研機構(gòu)Yole Development,得益于汽車銷售的強勁反彈與消費便攜設備市場的持續(xù)需求擴大, 2010年全球MEMS產(chǎn)業(yè)同比增長25%,總銷售額高達86億美元。
繼2009年的蕭條表現(xiàn)之后,汽車MEMS市場在2010年出現(xiàn)強勁反彈,主要的推動力來自中國等新興地區(qū)的強勁銷售——盡管這些地區(qū)汽車的電子化程度較低,以及美國、日本和歐洲等發(fā)達地區(qū)的旺盛需求,尤其是在安規(guī)的影響下。不過,由于市場旺銷主要緣于制造商補充庫存的需要,這一波上升勢頭極可能在今年下半年出現(xiàn)二度下滑。
因此,消費電子和手機市場仍將是2011年MEMS產(chǎn)業(yè)的主要增長動力。IHS iSuppli公司預計,在消費電子和手機市場,2011年MEMS營業(yè)收入將從2010年的16億美元增長到21億美元,同比增長25%。到2014年消費電子和手機應用領域的MEMS營業(yè)收入將達到37億美元。
2010年全球MEMS銷售額排名Top 30
資料來源: Yole Developpment,2011年4月
作為全球最大的消費電子和手機MEMS傳感器供應商,意法半導體(ST)迄今為止已經(jīng)推出了30款陀螺儀,包括多軸感應、30dps到6000dps量程的各種產(chǎn)品。2010年意法半導體MEMS傳感器銷售額(不包括面向噴墨打印機的代工業(yè)務)超過3.5億美元,同比大增60%, 主要的成長動力就是MEMS陀螺儀在便攜設備(特別是手機)中的應用。
該公司中國區(qū)技術(shù)市場經(jīng)理吳衛(wèi)東表示:“近幾年MEMS傳感器在手機中的使用比率越來越高,但是市場遠未飽和。以陀螺儀為例,盡管它一直是業(yè)界熱議的話題,但在手機中的實際使用率不足10%,因此市場潛力容量非常大,也是我們未來最為看好的領域。此外,地磁儀、壓力傳感器也是繼加速度計之后在手機中逐漸廣泛應用的器件?!?br>
MEMS掘金平板電腦市場
除了手機,平板電腦也將在未來的MEMS與傳感器市場中扮演非常重要的角色。實際上,在今年的消費電子展(CES)上,摩托羅拉、宏基和其它廠商展示的平板電腦都配備了MEMS加速計、陀螺儀、BAW濾波器甚至壓力傳感器。IHS iSuppli公司預測稱, 到2014年平板電腦將成為消費與移動領域中的第二大MEMS應用市場。
SiTime公司CEO Piyush Sevalia
SiTime公司CEO Piyush Sevalia則非常看好MEMS時鐘在平板電腦以及電子書市場的發(fā)展?jié)摿?,他說:“平板電腦以及電子書是目前業(yè)界成長最快速的產(chǎn)品之一,預估到2014年之前,全球?qū)⑦_2億臺的出貨量。SiTime的SiT8003可編程低功耗MEMS振蕩器系列可滿足平板電腦及電子書設計中不同功能電路區(qū)塊的所有頻率需求,已成為眾多此類產(chǎn)品的優(yōu)異的參考時鐘源?!备鶕?jù)市場調(diào)研機構(gòu)Yole Development的報告,SiTime公司目前占據(jù)了全硅MEMS時鐘市場的絕對領導地位,并擁有85%的市場占有率。
SiT8003在包括功耗、尺寸、效能等各個方面為平板電腦以及電子書設計者提供了更好的選擇。在功耗方面,該系列產(chǎn)品在工作時僅3.5毫安 (3.5mA),而在待機時僅5微安 (5 uA);并提供全溫 (-20℃~+70℃)工作環(huán)境達±25PPM的精準度。與傳統(tǒng)石英振蕩器相比,SiT8003系列產(chǎn)品在厚度上減少了30%,頻率穩(wěn)定性更好,并在防振抗震性有10倍的提高,在可靠性上也有20倍提高。
并且,由于采用了全硅CMOS工藝,SiT8003可實時編程快速實現(xiàn)許多客制化的功能。譬如,SiT8003上升下降時間可根據(jù)客戶設計需要做實時調(diào)整,在無須修改PCB的情況下直接消除EMI等設計問題,以此幫助客戶以最低成本,最快速度推出新產(chǎn)品。
多軸傳感器開辟嶄新應用
多軸集成化一直是MEMS產(chǎn)業(yè)的熱議話題,ST近日推出了一款能夠檢測五個自由度的多傳感器模塊LSM320DL,該新產(chǎn)品在一個器件內(nèi)整合一個三軸數(shù)字加速度計和一個雙軸數(shù)字陀螺儀,能夠檢測最高16g的加速度和最大2000dps的俯仰軸和偏航軸的角速率。
吳衛(wèi)東表示:“ 多傳感器集成化為高精度運動檢測在手機、導航系統(tǒng)、游戲機及眾多的便攜電子設備內(nèi)的應用創(chuàng)造更多的新機會,如空中鼠標、智能遙控器、基于位置的服務等,都是未來十分看好的應用?!?br>
ADI最近也新增了兩款高集成MEMS多軸傳感器,分別是角速率陀螺儀ADIS16135和六自由度慣性測量單元(IMU) ADIS16385。 這是ADI第四代MEMS陀螺儀器件,采用先進的差分四傳感器設計,可在強烈沖擊和振動狀態(tài)下精確地工作, 與市場上的其它高性能MEMS陀螺儀相比,新款陀螺儀功耗僅為競爭性器件的十分之一,而且可以提供更高的穩(wěn)定性和抗振性能。
該公司微機電事業(yè)部市場經(jīng)理Stephen Wu還指出,若要更出色地服務有著廣泛客戶群的中國市場,則需要更為技術(shù)更為全面的陀螺儀——除了提供高品質(zhì)技術(shù)策略,還幫助降低成本并提高績效和市場收益——為此ADI新推出了高性價比的ADXRS652 偏航角速度陀螺儀來滿足這一市場需求。
ADXRS652不僅采用了表面微加工工藝,內(nèi)置低成本、功能完整的角速率傳感器,還集成了所有必要的信號調(diào)理電子器件以產(chǎn)生與Z軸的角速率成比例的穩(wěn)定輸出電壓。通過外部電容建立0.01 Hz至2500 Hz的帶寬,并利用溫度輸出對傳感器執(zhí)行溫度校準。這款器件的自測輸入還能提供機電激勵,測試傳感器和信號調(diào)理電路是否正常工作。ADXRS652抗沖擊能力達到2000 g,專門針對工業(yè)應用、慣性測量單元和平臺穩(wěn)定性而設計。
不過, 多傳感器集成化在現(xiàn)階段對于MEMS制造工藝依然是不小的挑戰(zhàn)?!斑@是因為集成模塊的制作工藝更難,生產(chǎn)良率也會顯著下降,只有充分掌握其中每一門技術(shù),才能保證器件的性能穩(wěn)定性。”吳衛(wèi)東表示,“作為市場的先行者,意法已經(jīng)掌握了MEMS制造技術(shù)優(yōu)勢,因此才能成功推出兩款集成模塊(陀螺儀+地磁儀、陀螺儀+加速度計),但是,MEMS與其他非MEMS技術(shù)傳感器的集成依然很困難?!盵!--empirenews.page--]
發(fā)展遭遇系統(tǒng)級設計挑戰(zhàn)
盡管如此,MEMS傳感器設計集成化的腳步已經(jīng)不可阻擋。Stephen Wu指出,企業(yè)只有做新才能獲取更多的利潤,MEMS芯片與IC芯片整合、封裝在一起是集成電路技術(shù)發(fā)展的新趨勢,也是傳統(tǒng)IC廠商的新機遇?!拔覀冋J為,也許在未來的10年中,MEMS傳感器設計需要被供應商須進一步優(yōu)化,從而能夠使其提供更加強大的功能,并為使用者降低整體成本做出貢獻。而這對于MEMS的運動檢測的發(fā)展和前進步伐也起著至關重要的作用?!彼f。
談到傳感器和IC芯片的進一步集成趨勢,吳衛(wèi)東則認為不能一概而論,要針對具體應用具體分析:首先,傳感器和MCU集成在技術(shù)上完全可以實現(xiàn),意法結(jié)合MCU的MEMS模塊已近在研發(fā)當中。但是不同的應用市場對MCU的需求不同,在為客戶開發(fā)帶來便利,可能欠缺了靈活性,所以集成并非絕對的好,關鍵還是看市場需求。例如手持設備處理器已經(jīng)足夠強大,就不需要額外的MCU?!彼f。
第二,在一個模塊集成多個傳感器,可以方便用戶使用,但是需要考慮的是,模塊方案的性價比未必優(yōu)于使用單個器件的方案。 并且,盡管很多供應商都宣布已經(jīng)實現(xiàn)了模塊集成,但很多只停留在實驗室階段,只有真正商用化的量產(chǎn)方案才有實際意義。
最后,在選擇多傳感器組合方案時,還有一個不容忽視的因素是,除了提供硬件本身,軟件也是很重要的價值體現(xiàn)。ST的iNEMO評估板可以提供十個自由度(加速度、陀螺儀、地磁儀、氣壓計)利用傳感器實現(xiàn)對物體空中姿態(tài)的識別。基于該平臺可以做很多二次開發(fā)的設計。
Stephen Wu對此表示認同,他說:“目前,MEMS器件發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)主要來自系統(tǒng)級設計、測試、分析、嵌入式軟件的開發(fā)、以及電源管理技術(shù)。我們認為,要獲得MEMS市場的成功,供應商不僅應該關注基本運動檢測或增加新功能,必須能夠應對更多需求和挑戰(zhàn),新型MEMS傳感器設計必須在所有條件下,包括在各種振動和溫度差異,巨大幅度的沖擊的環(huán)境下,保持足夠的靈敏度、噪聲等關鍵特性。此外,設計人員必須提供有價值的系統(tǒng)性能改進,從而實現(xiàn)過程的自動化、并減少系統(tǒng)停機時間,從而降低成本?!?br>
晶圓代工潛力巨大
市場需求的不斷擴大,也帶動了MEMS晶圓代工市場的興起,全球最大的幾家半導體代工廠如臺積電、聯(lián)電都已開始介入MEMS產(chǎn)業(yè),部分領先MEMS制造商如ST、TI等也都提供代工服務。據(jù)Yole Development統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,意法半導體是目前全球最大的MEMS代工廠,2010年相關營收大約是2.04億美元。
IMT(Innovative Micro Technology) 成立于2000年,是一家純MEMS代工廠,在加州圣巴巴拉(Santa Barbara)擁有占地13萬平方尺的廠房, 該公司業(yè)務發(fā)展副總裁Craig T. Trautman表示:“目前我們有近八成的客戶是Fabless設計公司,盡管目前MEMS市場多半仍由IDM所主導,但代工市場增長潛力巨大?!?br>
Piyush Sevalia也坦言,作為一家Fabless設計公司,SiTime公司的優(yōu)勢之一就是可以將其生產(chǎn)全部外包給世界第一流的IC代工廠和封裝測試代工廠,以保持最低成本?!斑@使我們可以利用半導體巨大并現(xiàn)有的基礎設施以最短的供貨期來滿足我們客戶不斷變化的需求。同時,外包生產(chǎn)使我們在亞洲不同的地區(qū)同時設置封裝測試生產(chǎn)伙伴,在自然災害或其他意外情況下可更有效的保持貨源的持續(xù)性?!彼f。
2010年全球MEMS代工業(yè)務營收排名Top 20
資料來源: Yole Developpment,2011年4月
除此之外, 中國大陸的一些半導體代工大廠也已開始進入MEMS代工領域,如中芯國際、上海先進半導體等,這為本地MEMS芯片制造提供了很好的生產(chǎn)平臺。上海先進半導體(ASMC)是中國大陸地區(qū)唯一一家專注于模擬器件代工的企業(yè),,專注于雙極型混合信號IC制造,年產(chǎn)能大約為80萬片。該公司從2009年起開始投入MEMS器件的代工服務,目前的產(chǎn)能是3000片/月,生產(chǎn)良率達到了80%。
上海先進總裁謝志峰博士
該公司總裁謝志峰博士表示:“過去MEMS制造有很多技術(shù)問題沒有解決,但是現(xiàn)在,MEMS供應商已經(jīng)成功沖破了可靠性、成本和大規(guī)模生產(chǎn)的障礙,使用者對MEMS的需求推動了該領域的快速進步和發(fā)展。我們目前和中國科學院微系統(tǒng)研究室緊密合作,加大對研發(fā)和設備的投入,未來將重點投入汽車、消費電子和醫(yī)療電子領域的MEMS產(chǎn)品開發(fā)?!?br>
為滿足不同客戶的需求, 除可提供從產(chǎn)品概念到量產(chǎn)的全套MEMS代工服務外,上海先進還可以提供定制化代工服務,同客戶一起完成原型設計、制造工藝開發(fā)等流程,謝志峰博士表示:“目前國內(nèi)有很多Fabless MEMS傳感器供應商苦于沒有地方生產(chǎn),上海先進的使命就是要為本土廠商提供MEMS的設計服務幫助?!?br>
來自臺灣的Asia Pacific Microsystem(APM)同樣看到了中國公司的需求, 目前正在積極與中國大陸MEMS設計公司接觸。該公司技術(shù)市場項目經(jīng)理陳志學表示:“我們從07年開始涉足MEMS代工,目前是全球第四大的MEMS代工廠,可以生產(chǎn)6寸晶圓,采用10道光照,月產(chǎn)能達到12,000片,擁有具備硅通孔(TSV) 和3D封裝技術(shù),預計到2014年還將掌握 thin wafer(超薄晶圓)技術(shù)。相信憑借成熟的生產(chǎn)工藝與豐富的制造經(jīng)驗,加上地緣優(yōu)勢,可以為中國大陸的設計公司提供理想的代工服務?!?br>