6月10日，在南京舉辦的世界半導(dǎo)體大會(huì)《汽車半導(dǎo)體創(chuàng)新協(xié)作論壇》上，華東光電集成器件研究所副所長(zhǎng)展明浩帶來(lái)主題為《MEMS傳感器發(fā)展現(xiàn)狀及在自動(dòng)駕駛汽車中的應(yīng)用》的報(bào)道。
華東光電集成器件研究所副所長(zhǎng)展明浩
我的介紹分為四個(gè)方面：傳感器簡(jiǎn)介；MEMS傳感器發(fā)展以及現(xiàn)狀；MEMS傳感器在自動(dòng)駕駛汽車中的應(yīng)用；本單位MEMS傳感器的產(chǎn)業(yè)情況。
一、傳感器簡(jiǎn)介：分為傳感器概念、傳感器發(fā)展歷程和MEMS傳感器概念。
傳感器概念。通俗講就是檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，包括轉(zhuǎn)換元件、條理電路、敏感元件。
從17世紀(jì)發(fā)展溫度計(jì)開(kāi)始發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：結(jié)構(gòu)型傳感器、固體型傳感器、MEMS傳感器，它是兼容的MEMS技術(shù)。隨著集成電路工藝的不斷完善，傳感器工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)微型化和集成化、智能化。
MEMS傳感器：采用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)制造出來(lái)的新型傳感器。特點(diǎn)是體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化，易于集成和實(shí)現(xiàn)智能化的特點(diǎn)。IC和MEMS結(jié)合新型的傳感器。右圖可以看到以前的傳感器是機(jī)械加工的方法，現(xiàn)在用集成電路技術(shù)，光刻、刻蝕等技術(shù)發(fā)展MEMS傳感器。
二、MEMS傳感器發(fā)展歷程及現(xiàn)狀
發(fā)展里程碑。第一個(gè)是MEMS壓力傳感器誕生—體硅各向異性化學(xué)腐蝕工藝。1970年Waggener提出電化學(xué)自停止腐蝕技術(shù)，獲得精確控制KOH腐蝕體硅的工藝，所以體硅工藝在這一年誕生了。IBM實(shí)驗(yàn)室的Kurt Peterson利用電化學(xué)自停止腐蝕技術(shù)制作了硅基壓力傳感器，1974年，壓力傳感器最早成功的MEMS商業(yè)化產(chǎn)品。
第二個(gè)是MEMS慣性傳感器誕生—平面犧牲層工藝。1988年Berkley利用犧牲層工藝制作了首個(gè)靜電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)；1989年制作了平面橫向靜電驅(qū)動(dòng)器；1992年Draper實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了首款微機(jī)陀螺；1993年ADI加速度計(jì)量產(chǎn)CMOS-MEMS工藝。
第三個(gè)是光MEMS器件—平面犧牲層工藝。1987年德州儀器發(fā)布DLP芯片問(wèn)世；1997年實(shí)現(xiàn)民用化。
第四個(gè)是深硅刻蝕工藝—1994年。德國(guó)BOSCH公司發(fā)明DRIE技術(shù)，便于形成高深寬比、高垂直度結(jié)構(gòu)，顛覆未來(lái)MEMS工藝技術(shù)的發(fā)展方向。
進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)MEMS技術(shù)以超高速創(chuàng)新發(fā)展誕生了很多新型傳感器。這是慣性、光MEMS、生物治療MEMS、射頻MEMS等等。
三、MEMS五傳感器在自動(dòng)駕駛汽車中的應(yīng)用
國(guó)家發(fā)展改革委、中央網(wǎng)信辦等11部委聯(lián)合印發(fā)的智能汽車行業(yè)發(fā)展頂層設(shè)計(jì)和國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略。
MEMS傳感器在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域中的應(yīng)用—這是中國(guó)智能車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)路線圖，從L1級(jí)到L4級(jí)，L5級(jí)，到2025年實(shí)現(xiàn)L4，L5級(jí)的無(wú)人駕駛。
無(wú)人駕駛發(fā)展路線。未來(lái)的自動(dòng)駕駛聯(lián)合自主化和網(wǎng)聯(lián)化形式，兩種技術(shù)互為補(bǔ)充形成自動(dòng)駕駛的能力。這是無(wú)人駕駛交叉多技術(shù)、產(chǎn)業(yè)融合技術(shù)。
感知是智能駕駛的前提。外界環(huán)境的高靈敏度感知技術(shù)是汽車自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)之一，它是通過(guò)安裝在智能網(wǎng)聯(lián)汽車和周邊的傳感器及網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)識(shí)別。所以自動(dòng)駕駛汽車都布滿了傳感器。
IMU在無(wú)人駕駛中扮演重要角色。
慣性測(cè)量單元。是所有定位系統(tǒng)中最關(guān)鍵的傳感器之一，測(cè)量運(yùn)動(dòng)、加速度和旋轉(zhuǎn)速度的基本物理量，而且不受天氣和其他環(huán)境的影響，不受任何干擾。IMU和相關(guān)數(shù)據(jù)融合也是自動(dòng)駕駛很關(guān)鍵的部分。
四、本單位MEMS傳感器的產(chǎn)業(yè)情況
華東光電集成器件研究所是中國(guó)高端芯片聯(lián)盟成員單位，是中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長(zhǎng)單位，是國(guó)家集成電路封測(cè)產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟成員單位，也是國(guó)家發(fā)改委批復(fù)的微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。
我們具有一條6英寸MEMS體谷SOI工藝平臺(tái)，包含硅硅鍵合、高深寬筆SOI結(jié)構(gòu)刻蝕釋放、高深寬比TSV刻蝕與填充，也列了一些產(chǎn)品。
平臺(tái)情況。我們有完整的設(shè)計(jì)平臺(tái)，里面有系統(tǒng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、ASIC設(shè)計(jì)和版圖設(shè)計(jì)。
MEMS制造平臺(tái)：有SOI體硅工藝體系、TSV工藝體系、壓軸體硅工藝體系。一站式給用戶提供定制服務(wù)。
這里是我們單位傳感器實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的情況，一是MEMS氣體傳感器用在家用呼吸機(jī)、慣性傳感器用在康復(fù)醫(yī)療，同時(shí)也用在自動(dòng)駕駛汽車上，還有MEMS紅外傳感器用在額溫槍，壓力傳感器、超聲換能器、實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的光微鏡是用在激光雷達(dá)上的。
總結(jié)
微機(jī)電系統(tǒng)涉及物理、半導(dǎo)體、化學(xué)、電子工程、化學(xué)、材料工程、機(jī)械工程、醫(yī)學(xué)、信息工程及生物工程等多學(xué)科；
隨著新技術(shù)、新工藝的出現(xiàn)，以MEMS技術(shù)為代表的半導(dǎo)體行業(yè)，將加速進(jìn)入發(fā)展的快車道；
MEMS技術(shù)將使傳感器應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)生顛覆性變化和更多場(chǎng)景的應(yīng)用；
MEMS技術(shù)在自動(dòng)駕駛等未來(lái)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，促進(jìn)自動(dòng)駕駛早日走向我們的生活；
5G、自動(dòng)駕駛、新型智慧城市等國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略促進(jìn)下，將進(jìn)一步促進(jìn)MEMS產(chǎn)業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈繁榮與發(fā)展；
國(guó)內(nèi)MEMS廠家正逐步走向世界舞臺(tái)，在性能、市場(chǎng)空間等方面優(yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯。
