隨著我國汽車電子、新型數(shù)字消費(fèi)電子和醫(yī)療電子等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對MEMS傳感器的各種新需求和基于該技術(shù)的創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，為此專業(yè)科技市場分析機(jī)構(gòu)北京華興萬邦管理咨詢有限公司走訪了總部位于歐洲芬蘭的老牌微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器制造商VTI科技(VTI Technologies)。該公司高管告訴分析師：隨著各種新的應(yīng)用不斷出現(xiàn)，以及MEMS器件廠商的技術(shù)創(chuàng)新，MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)將迎來一輪新的機(jī)會。
VTI科技是一家在MEMS傳感器領(lǐng)域內(nèi)擁有成熟的產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)制造經(jīng)驗的企業(yè)，在赫爾辛基近郊的總部擁有一座帶有2840平米潔凈室的晶圓處理及封裝工廠。各種新應(yīng)用以及相關(guān)新產(chǎn)品的開發(fā)是該公司目前關(guān)注的重點，同時高度重視中國等新興市場的應(yīng)用開發(fā)，其亞洲總部設(shè)在中國北京。
VTI科技位于芬蘭赫爾辛基的總部大樓和MEMS傳感器工廠
作為一家擁有20多年MEMS行業(yè)經(jīng)驗、年出貨量達(dá)3000多萬個傳感器的全球最大的獨立MEMS廠商之一，VTI科技的核心產(chǎn)品是三維微機(jī)電系統(tǒng)傳感器(3D MEMS)。該傳感器由帶有金屬電容板的底座、帶有運(yùn)動感應(yīng)結(jié)構(gòu)的中間層和頂蓋三個不同的硅層用玻璃粘合在一起組成，每層都有金屬薄膜形成電極而成為電容式傳感器。
VTI的3D MEMS傳感器可以在三個正交的方向上檢測到加速度，而由此封裝完成的小型化傳感器可以方便地進(jìn)行貼裝和安裝。同時VTI的專有技術(shù)確保了傳感器的精確性、小型化、低功耗和穩(wěn)定可靠。運(yùn)用這種傳感器，VTI生產(chǎn)出了加速度計、傾角儀、陀螺儀和壓力傳感器等系列產(chǎn)品。
從VTI的3D MEMS傳感器的技術(shù)應(yīng)用方向來看，加速度計主要應(yīng)用在需要靈敏檢測運(yùn)動狀態(tài)，從而實現(xiàn)高安全性和控制的汽車及工業(yè)應(yīng)用；傾角儀則廣泛應(yīng)用于需要精確測量運(yùn)動場景，如運(yùn)動的機(jī)械、車輛、飛機(jī)、建筑設(shè)備和掌上系統(tǒng)等；陀螺儀則可以單獨或者與加速度計共同使用，廣泛應(yīng)用于從消費(fèi)電子到專用設(shè)備的各種市場；壓力元件則用于醫(yī)療設(shè)備等應(yīng)用之中。
“作為一家MEMS傳感器先鋒廠商，VTI的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、醫(yī)療設(shè)備、汽車電子和其他各種應(yīng)用之中，提升了應(yīng)用產(chǎn)品的安全性、功能性和和效率。”VTI科技總裁兼首席執(zhí)行官M(fèi)arkku Hirvonen對華興萬邦分析師說。“在2010年，我們每一項業(yè)務(wù)都實現(xiàn)了快速的恢復(fù)，來自汽車行業(yè)的需求尤為強(qiáng)勁。這表明MEMS傳感器正在進(jìn)入一個新的發(fā)展階段。”
VTI科技總裁兼首席執(zhí)行官M(fèi)arkku Hirvonen
多樣化應(yīng)用帶動MEMS市場發(fā)展
MEMS器件最早的批量實際應(yīng)用源于汽車電子產(chǎn)業(yè)，但隨著近年來消費(fèi)電子領(lǐng)域的創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，消費(fèi)電子已經(jīng)成為MEMS最大的應(yīng)用市場，市場規(guī)模超過了15億美元，并以每年近20%的速度增長。
作為MEMS傳感器的第二波應(yīng)用高潮，MEMS傳感器在消費(fèi)電子中的應(yīng)用包括運(yùn)動/墜落檢測、導(dǎo)航數(shù)據(jù)補(bǔ)償、游戲/人機(jī)界面、電源管理、GPS增強(qiáng)/盲區(qū)消除、速度/距離計數(shù)、其他體育和保健應(yīng)用等等。其中陀螺儀是增長最快的部分，已經(jīng)成為加速度計后的第二大應(yīng)用產(chǎn)品。
VTI在消費(fèi)電子領(lǐng)域有著完善的MEMS解決方案，其相關(guān)產(chǎn)品包括應(yīng)用于便攜電子產(chǎn)品的加速度計和陀螺儀，以及正在開發(fā)的MEMS振蕩器等。該公司的產(chǎn)品以小尺寸、低功耗和高精度為開發(fā)重點，近期推出了基于其3D MEMS傳感器的3軸陀螺儀CMR3000。
“便攜消費(fèi)電子市場是VTI高度重視的一個應(yīng)用市場，我們在全球市場上積極響應(yīng)需求開發(fā)各種新的產(chǎn)品，如具有絕佳溫度穩(wěn)定性的、業(yè)界體積最小和功耗最低的CMR3000用戶界面陀螺儀，以及即將推出的基于其3D MEMS和芯片技術(shù)的SiMEMS時鐘產(chǎn)生振蕩器。”VTI消費(fèi)電子業(yè)務(wù)副總裁Sten Stockmann說。
VTI消費(fèi)電子業(yè)務(wù)副總裁Sten Stockmann
醫(yī)療保健被稱為MEMS的第三波應(yīng)用，同時也被MEMS行業(yè)稱為高價值市場。隨著人口老齡化和醫(yī)療保健費(fèi)用的提升，各種遠(yuǎn)距離監(jiān)護(hù)和高精度治療設(shè)備將越來越多地被引入。VTI是醫(yī)療保健MEMS技術(shù)的領(lǐng)先供應(yīng)商，每分鐘全球就有一臺帶有VTI傳感器的起搏器安裝在患者的體內(nèi)；該公司期望與更多的系統(tǒng)廠家合作采用其MEMS傳感器研發(fā)出多樣化的醫(yī)療保健設(shè)備。
技術(shù)進(jìn)步推高市場對MEMS傳感器的需求
技術(shù)進(jìn)步也是MEMS行業(yè)發(fā)展的一個重要推動力，特別是MEMS與數(shù)字芯片在同一封裝內(nèi)的片上集成，給MEMS市場振興帶來了巨大的支持。在2007年推出了MEMS搭載芯片技術(shù)(Chip-on-MEMS，CoM)后，VTI也獲得了巨大的發(fā)展，各種新的應(yīng)用解決方案脫穎而出。
不久前，該公司推出并在近期量產(chǎn)的CMR3000 3軸陀螺儀就是這種MEMS片上系統(tǒng)，不僅其芯片級的封裝使其體積僅為3.1x4.2x0.8 mm3，而且提供了SPI或者I2C數(shù)字輸出，同時實現(xiàn)了僅為5mA的業(yè)界最低功耗，而測量精度高達(dá)+/- 2000 dps。該器件專為游戲機(jī)、遙控器等人機(jī)界面和手機(jī)等優(yōu)化，目前已有客戶將該器件與8051結(jié)合設(shè)計出高精度投影光標(biāo)遙控器。
VTI的CMR3000 3軸陀螺儀實現(xiàn)了數(shù)字輸出、高精度、小體積和低功耗
用于時鐘發(fā)生的MEMS振蕩器也是當(dāng)前MEMS應(yīng)用的一個熱點，隨著便攜電子設(shè)備對時鐘發(fā)生解決方案在體積和精度上的要求越來越高，采用MEMS來替代石英晶體振蕩器的呼聲也越來越大。市場調(diào)研公司Yole的分析表明：MEMS振蕩器的全球市場將從2009年的8百萬美元快速增長到2015年的6.45億美元。
VTI在近期也宣布了進(jìn)入MEMS振蕩器市場，該公司采用逆向思維設(shè)計出了芯片搭載MEMS的結(jié)構(gòu)(MEMS-on-Chip，MoC)和芯片級的封裝，實現(xiàn)了小型化、高精度的時鐘解決方案。其技術(shù)訣竅是用數(shù)字電路來補(bǔ)償穩(wěn)定變化，以保證振蕩器產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定在目標(biāo)頻率上。VTI的時鐘產(chǎn)品將于近期推出，采用8英寸晶圓生產(chǎn)從而使該器件的成本大為降低。
VTI在近期將投產(chǎn)的MEMS振蕩器采用芯片搭載MEMS的結(jié)構(gòu)(MoC)和芯片級的封裝
ESP(ESC)將再次推動MEMS傳感器在汽車電子中的應(yīng)用
MEMS在汽車電子中的應(yīng)用極為廣泛，其應(yīng)用方向和市場需求包括車輛的防抱死系統(tǒng)(ABS)、電子車身穩(wěn)定程序(ESP)、電控懸掛(ECS)、電動手剎(EPB)、斜坡起動輔助(HAS)、胎壓監(jiān)控(EPMS)、引擎防抖、車輛傾角計量和車內(nèi)心跳檢測等等。其中電子車身穩(wěn)定程序ESP是許多MEMS廠商高度關(guān)注的新應(yīng)用，由于其主動防滑功能要求更多的傳感器和先進(jìn)的處理系統(tǒng)，因此將使汽車電子這一MEMS傳統(tǒng)應(yīng)用市場再放光芒。
ESP的全稱是Electronic Stability Program，它是當(dāng)前汽車防滑的最先進(jìn)手段。ESP包含ABS及ASR，是這兩種系統(tǒng)功能上的延伸，它能夠探測和分析車況并糾正駕駛的錯誤。ESP對過度轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向特別敏感，例如汽車在路滑時左拐過度轉(zhuǎn)向（轉(zhuǎn)彎太急）時會產(chǎn)生向右側(cè)甩尾，傳感器感覺到滑動就會迅速制動右前輪使其恢復(fù)附著力，產(chǎn)生一種相反的轉(zhuǎn)矩而使汽車保持在原來的車道上。
從電子系統(tǒng)來看，ESP由控制單元及轉(zhuǎn)向傳感器（監(jiān)測方向盤的轉(zhuǎn)向角度）、車輪傳感器（監(jiān)測各個車輪的速度轉(zhuǎn)動）、側(cè)滑傳感器（監(jiān)測車體繞垂直軸線轉(zhuǎn)動的狀態(tài)）、橫向加速度傳感器（監(jiān)測汽車轉(zhuǎn)彎時的離心力）等組成。控制單元通過這些傳感器的信號對車輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，進(jìn)而發(fā)出控制指令。
作為一種帶有主動安全措施的全新道路安全技術(shù)，全球許多國家和地區(qū)開始立法強(qiáng)制安裝帶有ESP的電子車身穩(wěn)定系統(tǒng)(ESC)，其中美國和加拿大將從今年9月起要求所有新生產(chǎn)的輕型車輛安裝ESC，歐盟和澳大利亞則要求從今年11月起所有的新型號需安裝ESC，韓國和日本則分別要求從明年1月和10月起所有新型號需帶有ESC。
“從全球立法的速度來分析，到2015年全球生產(chǎn)的輕型車輛一半以上將帶有ESC；與此同時電子裝備集成和傳感器融合將進(jìn)一步拉低ESC系統(tǒng)的成本，在今后3年內(nèi)基于硅的陀螺儀將成為主動或被動安全系統(tǒng)的主流技術(shù)。”VTI交通業(yè)務(wù)副總裁Hannu Laatikainen說。“包括中國在內(nèi)的‘金磚四國’擁有全球發(fā)展最快的汽車產(chǎn)業(yè)，我們希望與他們的汽車電子廠家合作共同推進(jìn)汽車安全技術(shù)。”
小結(jié)：MEMS傳感器應(yīng)用挑戰(zhàn)想象力
從飛機(jī)、大型設(shè)備、汽車到各種便攜設(shè)備及人體內(nèi)的心臟起搏器，MEMS運(yùn)動傳感器充滿了應(yīng)用機(jī)會，而MEMS傳感器與數(shù)字芯片的集成也再次帶動了市場的發(fā)展。由于運(yùn)動無處不在，通過采用MEMS傳感器而帶來的系統(tǒng)創(chuàng)新也層出不窮，可以為市場帶來全新的功能和用戶體驗。這已經(jīng)被任天堂Wii等產(chǎn)品的成功得以證實，新的MEMS傳感器將考驗系統(tǒng)設(shè)計師的想象力。