MEMS傳感器集成度提高消費(fèi)電子成最大應(yīng)用
ST的專利還包括在MEMS傳感器小型化道路中起到關(guān)鍵作用的單硅片制造技術(shù)?!皹?biāo)準(zhǔn)技術(shù)利用在玻璃底板或者硅晶圓上邦定(Bonding)硅薄膜形成空氣腔(Air cavity),這一程序阻礙了傳感器體積的進(jìn)一步縮小?!盫igna指出,“無需邦定,ST的全硅(Full-silicon)技術(shù)能夠在單硅片上實(shí)現(xiàn)更小的空氣腔。這使得腔體寬度能夠從100微米迅速縮小到1微米左右,而表面薄膜也從50微米降到了10微米?!惫杵瑑?nèi)腔的瘦身為外圍尺寸的降低帶來可能。據(jù)悉,在標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)下,傳感器尺寸為2mm×1mm,采用全硅技術(shù)后,可以縮小到1mm×300μm。
借助上述工藝,ST已經(jīng)將其MEMS傳感器產(chǎn)品成功推進(jìn)到第四代產(chǎn)品,隨著集成度的不斷提高,芯片尺寸也以超過摩爾定律的速度迅速縮小。以三軸運(yùn)動(dòng)傳感器(Motion Sensor)為例,芯片面積從最初的14mm2縮小到如今的4mm2。
由于目前仍然沒有解決利用COMS工藝來實(shí)現(xiàn)MEMS器件的標(biāo)準(zhǔn)化制造,為了將MEMS傳感器與模擬或數(shù)字電路集成在一起,SiP成為必由之路。2005年,ST率先首次推出了采用小型化的LGA封裝的MEMS傳感器,進(jìn)一步降低了該器件的普及成本。此外,據(jù)Vigna介紹,目前位于意大利和法國(guó)的兩家代工廠分別負(fù)責(zé)MEMS器件的機(jī)械和電子部分制造。而隨著產(chǎn)量的增長(zhǎng),該公司明年可能會(huì)將LGA的MEMS傳感器轉(zhuǎn)移到深圳工廠進(jìn)行封裝。
汽車是MEMS傳感器比較成熟的應(yīng)用領(lǐng)域:低重力加速度傳感器可用于電子停車制動(dòng)(EPB)、安全帶預(yù)緊器(Pre-tensioner)、防側(cè)翻、汽車動(dòng)態(tài)控制(VDC);中/高重力加速度傳感器可用于懸吊系統(tǒng)、氣囊;MEMS陀螺儀則可用于慣性導(dǎo)航以及防側(cè)翻和VDC。另外,MEMS壓力傳感器還可以用在進(jìn)氣歧管(Manifold)絕對(duì)壓力、氣壓計(jì)、氣囊、動(dòng)態(tài)懸吊系統(tǒng)等場(chǎng)合。
但是,僅有來自汽車應(yīng)用的支持是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。眾多業(yè)界人士一致認(rèn)為,MEMS傳感器的輝煌未來是同以時(shí)尚和迅速更新?lián)Q代而著稱的消費(fèi)電子聯(lián)系在一起的。市場(chǎng)調(diào)研公司In-Stat/MDR報(bào)告指出,當(dāng)MEMS開始全面進(jìn)入消費(fèi)電子產(chǎn)品時(shí),市場(chǎng)將快速成長(zhǎng)。該公司預(yù)測(cè),2003~2008年消費(fèi)電子市場(chǎng)中MEMS銷售額的復(fù)合年增率將達(dá)到13.2%?!?010年,消費(fèi)電子市場(chǎng)對(duì)于這種器件的需求將達(dá)到15億件。”Vigna預(yù)計(jì),“屆時(shí),將會(huì)有大約14-15億美元的市場(chǎng)容量?!?
正是基于這一點(diǎn),ST開發(fā)出了Thelma和VenSen標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)工藝平臺(tái)?!跋M(fèi)類者需要便宜、可靠、性能正好(Just-enough)、久經(jīng)考驗(yàn)以及易于擴(kuò)大產(chǎn)量的MEMS傳感器?!盫igna指出。毫無疑問,這種標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)工藝將改善規(guī)模經(jīng)濟(jì)。受到鼓舞,TSMC也號(hào)稱將在今年推出自己的生產(chǎn)工藝平臺(tái)。不過由于產(chǎn)量有限,TSMC的MEMS代工計(jì)劃受到包括ST在內(nèi)的多家MEMS器件供應(yīng)商的質(zhì)疑。
其他公司也在為實(shí)現(xiàn)MEMS的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)工藝而努力。Akustica公司最近推出了全球首款基于MEMS技術(shù)的單芯片數(shù)字揚(yáng)聲器,采用的CMOS-MEMS技術(shù)正是利用了CMOS標(biāo)準(zhǔn)制造工藝來實(shí)現(xiàn)MEMS結(jié)構(gòu)。而Dalas半導(dǎo)體也在積極開發(fā)針對(duì)不同MEMS器件的模塊化CMOS工藝。
“四個(gè)主要領(lǐng)域正在推動(dòng)MEMS傳感器在消費(fèi)電子中的應(yīng)用?!盫igna介紹,“它們是:手機(jī)、筆記本、數(shù)碼相機(jī)等便攜設(shè)備中的硬盤保護(hù);利用傾斜度的變化在新出現(xiàn)的復(fù)雜手持設(shè)備中實(shí)現(xiàn)多種功能界面(游戲和瀏覽網(wǎng)頁);為實(shí)現(xiàn)精確導(dǎo)航而使用的導(dǎo)航推算系統(tǒng);比壓電解決方案更經(jīng)濟(jì)省電的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)成像設(shè)備中的防抖動(dòng)功能。”
任天堂公司已經(jīng)將ST的三軸加速度傳感器用在了新型家庭游戲控制臺(tái)Wii中。除此外,廣為所知的還有基于Z軸加速度計(jì)的步程計(jì),而耐克公司更是推陳出新,將這種步程計(jì)功能與軟件結(jié)合后,推出了一款具有熱量計(jì)算功能的跑鞋。此外,針對(duì)手機(jī)中小規(guī)模使用,ST還創(chuàng)新性地推出了將存儲(chǔ)器、控制器和MEMS傳感器集成在一起的MMC卡,幫助手機(jī)廠商加快產(chǎn)品的上市時(shí)間。
許多公司都看到了MEMS傳感器在消費(fèi)電子市場(chǎng)的潛力并開始加大攻勢(shì)。擁有超過25年MEMS傳感器開發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的飛思卡爾公司也不例外。該公司不久前推出了三款高靈敏度值可選(通過引腳選擇)的Low-g傳感器,設(shè)計(jì)人員能夠在1.5到10g的加速度范圍之內(nèi)任意選擇X、Y和Z軸感測(cè)的組合。據(jù)稱,這三款器件瞄準(zhǔn)的便是那些需要檢測(cè)由于墜落、傾斜、移動(dòng)、定位、撞擊或振動(dòng)產(chǎn)生微小變化的低成本消費(fèi)電子產(chǎn)品。
但是據(jù)Vigna稱,ST擁有其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手無可比擬的供應(yīng)鏈優(yōu)勢(shì)。“從前端到后端,ST在傳感器、電子以及封裝、測(cè)試等各個(gè)環(huán)節(jié)都有所建樹?!彼暦Q,“ST的MEMS傳感器擁有最大的感應(yīng)度,制造工藝的成熟度也最高。此外,我們擁有8英寸晶圓量產(chǎn)MEMS傳感器的能力,這是目前所能達(dá)到的最大工藝?!?