意法半导体的MEMS计划：再战汽车和工业市场
发布时间：2017-10-26 16:41
发布者：eechina
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世事无常。种瓜得豆、无心插柳的事情真的会发生。意法半导体（STMicroelectronics，简称ST）的微机电系统（MEMS）业务发展就演绎了这样真实的故事。 ST大中华和南亚地区模拟和MEMS产品部市场总监吴卫东先生介绍说，早期的MEMS技术属于高精尖技术，应用目标是工业、汽车以及国防领域，例如打印机喷墨头、汽车气囊加速度计和MEMS麦克风等。MEMS器件被我们所熟知是由于它在消费类电子中的广泛应用。先是任天堂游戏机，然后是智能手机、智能手环等移动设备，算起来其兴起时间也不过10年左右。 
图1：MEMS应用始于工业和汽车，繁荣于消费电子 MEMS器件在消费类电子应用的极大成功为ST带来了丰厚的收益。如今ST拥有齐全的MEMS产品线，包括陀螺仪、加速度计、压力传感器、磁力计以及多功能模块等。ST的MEMS产品被全球主要的消费类电子制造商采用，例如华为的旗舰机型中就包含了ST的内置OIS光学防抖传感器的6 轴惯性测量单元。据称，ST的MEMS产品在2017年的市场份额高达60%至65%。 
图2：ST用于消费类电子的MEMS产品种类齐全 吴卫东先生介绍说，ST的消费类MEMS产品出货量基数已经非常大，增长速度逐渐放缓。现在，ST开始寻找新的增长点。这个新的增长点就是MEMS产品的历史起点：工业和汽车应用。 与消费类市场不同的是，工业和汽车应用要求更加严苛，器件必须符合更严格的行业标准。简单地说，就是对器件的精度提出了更高的要求。以MEMS传感器为例，传感器的精度包含噪声、稳定性和误差几个方面，提高精度需要更先进的制程和更精密的测试及校准工作。如下图所示，传感器的测试和校准对于精度提高非常重要；工业级和战略级传感器需要更长的测试和校准时间，而这意味着成本的增加。 
图3：工业级传感器需要更长的测试和校准时间 MEMS汽车应用 MEMS器件在汽车上应用由来已久。汽车应用包括非安全应用和安全应用。非安全应用主要集中在导航系统，在这一领域ST占据了大约60%的市场份额。ST的惯性导航系统包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，可以实现在GPS信号缺失下精确的航位推算。非安全汽车应用还包括车载设备MEMS麦克风，它用于免提电话、紧急呼叫和噪声抑制等方面。 汽车安全应用包括气囊、主动安全系统和自动驾驶系统。最新的MEMS汽车安全应用案例是激光雷达（LIDAR）。激光雷达的核心是MEMS微镜。MEMS微镜不同于MEMS传感器，它属于MEMS致动器的一种。在MEMS致动器领域，ST与其他专业厂商结成了伙伴关系，其中包括用于相机对焦的压电致动器厂商poLight、超声波测距传感器厂商Chirp、MEMS扬声器厂商USOUND以及微镜投影厂商MicroVision。其中，MicroVision公司和ST合作推广激光束扫描（LBS）技术，应用场景包括激光雷达，以及微型投影仪、VR、AR和HUD等市场。 智慧工业应用 工业领域包括无数的细分市场，各种应用千差万别，对器件的要求颇高，用量却不大。但因为这些市场利润率较高，所以很多半导体厂商也非常重视这些市场。 吴卫东先生介绍了MEMS器件在工业领域的一些应用案例，这里简单描述其中的两个：一个是地震监测仪，另一个是设备检测和预知维护系统。 下图这个电容反馈式地震计中采用了ST的高精度加速度传感器LIS344ALHTR（10000g），它具有超低功耗的特点。该地震计常年深埋在低下，无需任何操作，但一直保持通信连接，随时传递地质数据。 
图4：电容式反馈式地震计 相比之下，工业设备监测和预知维护的需求量更大，几乎所有的机电设备都可以通过配置这样装置来降低财产损失。一般来说，设备出现故障之前都会发出一些征兆，例如冒烟、发热、发出噪声、功率下降等等，但一个关键的参数是振动的异常。工况监测方法是在旋转设备上安装运动传感器，定期接收传感器数据，并将实测数据与基准数据比较，查看机器运行状态不良趋势，实现预知性维护。监测异常振动正式MEMS传感器的用武之地。 
图5：设备监测和预知维护 总结 如果说意法半导体的MEMS业务在消费类电子领域的爆发式增长属于种瓜得豆的话，那么如今该公司回头再攻汽车和工业市场则可谓不忘初心了。经过这些年的技术积累和工艺完善，MEMS器件已经更精确、更节能、更小巧、更多才多艺了，应该可以在更多的应用场合显露身手了。 |
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