MEMS传感器市场面临空前机遇

2011-03-07 17:53:59来源: EEWORLD

    随着我国汽车电子、新型数字消费电子和医疗电子等产业的快速发展,对MEMS传感器的各种新需求和基于该技术的创新不断涌现,为此专业科技市场分析机构北京华兴万邦管理咨询有限公司走访了总部位于欧洲芬兰的老牌微机电系统(MEMS)传感器制造商VTI科技(VTI Technologies)。该公司高管告诉分析师:随着各种新的应用不断出现,以及MEMS器件厂商的技术创新,MEMS传感器产业将迎来一轮新的机会。

    VTI科技是一家在MEMS传感器领域内拥有成熟的产品开发和生产制造经验的企业,在赫尔辛基近郊的总部拥有一座带有2840平米洁净室的晶圆处理及封装工厂。各种新应用以及相关新产品的开发是该公司目前关注的重点,同时高度重视中国等新兴市场的应用开发,其亚洲总部设在中国北京。

    作为一家拥有20多年MEMS行业经验、年出货量达3000多万个传感器的全球最大的独立MEMS厂商之一,VTI科技的核心产品是三维微机电系统传感器(3D MEMS)。该传感器由带有金属电容板的底座、带有运动感应结构的中间层和顶盖三个不同的硅层用玻璃粘合在一起组成,每层都有金属薄膜形成电极而成为电容式传感器。

    VTI的3D MEMS传感器可以在三个正交的方向上检测到加速度,而由此封装完成的小型化传感器可以方便地进行贴装和安装。同时VTI的专有技术确保了传感器的精确性、小型化、低功耗和稳定可靠。运用这种传感器,VTI生产出了加速度计、倾角仪、陀螺仪和压力传感器等系列产品。

    从VTI的3D MEMS传感器的技术应用方向来看,加速度计主要应用在需要灵敏检测运动状态,从而实现高安全性和控制的汽车及工业应用;倾角仪则广泛应用于需要精确测量运动场景,如运动的机械、车辆、飞机、建筑设备和掌上系统等;陀螺仪则可以单独或者与加速度计共同使用,广泛应用于从消费电子到专用设备的各种市场;压力元件则用于医疗设备等应用之中。

    “作为一家MEMS传感器先锋厂商,VTI的产品广泛应用于消费电子、医疗设备、汽车电子和其他各种应用之中,提升了应用产品的安全性、功能性和和效率。”VTI科技总裁兼首席执行官Markku Hirvonen对华兴万邦分析师说。“在2010年,我们每一项业务都实现了快速的恢复,来自汽车行业的需求尤为强劲。这表明MEMS传感器正在进入一个新的发展阶段。”

    多样化应用带动MEMS市场发展

    MEMS器件最早的批量实际应用源于汽车电子产业,但随着近年来消费电子领域的创新不断涌现,消费电子已经成为MEMS最大的应用市场,市场规模超过了15亿美元,并以每年近20%的速度增长。
作为MEMS传感器的第二波应用高潮,MEMS传感器在消费电子中的应用包括运动/坠落检测、导航数据补偿、游戏/人机界面、电源管理、GPS增强/盲区消除、速度/距离计数、其他体育和保健应用等等。其中陀螺仪是增长最快的部分,已经成为加速度计后的第二大应用产品。

    VTI在消费电子领域有着完善的MEMS解决方案,其相关产品包括应用于便携电子产品的加速度计和陀螺仪,以及正在开发的MEMS振荡器等。该公司的产品以小尺寸、低功耗和高精度为开发重点,近期推出了基于其3D MEMS传感器的3轴陀螺仪CMR3000

    “便携消费电子市场是VTI高度重视的一个应用市场,我们在全球市场上积极响应需求开发各种新的产品,如具有绝佳温度稳定性的、业界体积最小和功耗最低的CMR3000用户界面陀螺仪,以及即将推出的基于其3D MEMS和芯片技术的SiMEMS时钟产生振荡器。”VTI消费电子业务副总裁Sten Stockmann说。

    医疗保健被称为MEMS的第三波应用,同时也被MEMS行业称为高价值市场。随着人口老龄化和医疗保健费用的提升,各种远距离监护和高精度治疗设备将越来越多地被引入。VTI是医疗保健MEMS技术的领先供应商,每分钟全球就有一台带有VTI传感器的起搏器安装在患者的体内;该公司期望与更多的系统厂家合作采用其MEMS传感器研发出多样化的医疗保健设备。

    技术进步推高市场对MEMS传感器的需求

    技术进步也是MEMS行业发展的一个重要推动力,特别是MEMS与数字芯片在同一封装内的片上集成,给MEMS市场振兴带来了巨大的支持。在2007年推出了MEMS搭载芯片技术(Chip-on-MEMS,CoM)后,VTI也获得了巨大的发展,各种新的应用解决方案脱颖而出。

    不久前,该公司推出并在近期量产的CMR3000 3轴陀螺仪就是这种MEMS片上系统,不仅其芯片级的封装使其体积仅为3.1x4.2x0.8 mm3,而且提供了SPI或者I2C数字输出,同时实现了仅为5mA的业界最低功耗,而测量精度高达+/- 2000 dps。该器件专为游戏机、遥控器等人机界面和手机等优化,目前已有客户将该器件与8051结合设计出高精度投影光标遥控器。

     
    VTI的CMR3000 3轴陀螺仪实现了数字输出、高精度、小体积和低功耗

    用于时钟发生的MEMS振荡器也是当前MEMS应用的一个热点,随着便携电子设备对时钟发生解决方案在体积和精度上的要求越来越高,采用MEMS来替代石英晶体振荡器的呼声也越来越大。市场调研公司Yole的分析表明:MEMS振荡器的全球市场将从2009年的8百万美元快速增长到2015年的6.45亿美元。

    VTI在近期也宣布了进入MEMS振荡器市场,该公司采用逆向思维设计出了芯片搭载MEMS的结构(MEMS-on-Chip,MoC)和芯片级的封装,实现了小型化、高精度的时钟解决方案。其技术诀窍是用数字电路来补偿稳定变化,以保证振荡器产生的频率稳定在目标频率上。VTI的时钟产品将于近期推出,采用8英寸晶圆生产从而使该器件的成本大为降低。

   

    VTI在近期将投产的MEMS振荡器采用芯片搭载MEMS的结构(MoC)和芯片级的封装

    ESP(ESC)将再次推动MEMS传感器在汽车电子中的应用

    MEMS在汽车电子中的应用极为广泛,其应用方向和市场需求包括车辆的防抱死系统(ABS)、电子车身稳定程序(ESP)、电控悬挂(ECS)、电动手刹(EPB)、斜坡起动辅助(HAS)、胎压监控(EPMS)、引擎防抖、车辆倾角计量和车内心跳检测等等。其中电子车身稳定程序ESP是许多MEMS厂商高度关注的新应用,由于其主动防滑功能要求更多的传感器和先进的处理系统,因此将使汽车电子这一MEMS传统应用市场再放光芒。

    ESP的全称是Electronic Stability Program,它是当前汽车防滑的最先进手段。ESP包含ABS及ASR,是这两种系统功能上的延伸,它能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误。ESP对过度转向或不足转向特别敏感,例如汽车在路滑时左拐过度转向(转弯太急)时会产生向右侧甩尾,传感器感觉到滑动就会迅速制动右前轮使其恢复附着力,产生一种相反的转矩而使汽车保持在原来的车道上。

    从电子系统来看,ESP由控制单元及转向传感器(监测方向盘的转向角度)、车轮传感器(监测各个车轮的速度转动)、侧滑传感器(监测车体绕垂直轴线转动的状态)、横向加速度传感器(监测汽车转弯时的离心力)等组成。控制单元通过这些传感器的信号对车辆的运行状态进行判断,进而发出控制指令。

    作为一种带有主动安全措施的全新道路安全技术,全球许多国家和地区开始立法强制安装带有ESP的电子车身稳定系统(ESC),其中美国和加拿大将从今年9月起要求所有新生产的轻型车辆安装ESC,欧盟和澳大利亚则要求从今年11月起所有的新型号需安装ESC,韩国和日本则分别要求从明年1月和10月起所有新型号需带有ESC。

    “从全球立法的速度来分析,到2015年全球生产的轻型车辆一半以上将带有ESC;与此同时电子装备集成和传感器融合将进一步拉低ESC系统的成本,在今后3年内基于硅的陀螺仪将成为主动或被动安全系统的主流技术。”VTI交通业务副总裁Hannu Laatikainen说。“包括中国在内的‘金砖四国’拥有全球发展最快的汽车产业,我们希望与他们的汽车电子厂家合作共同推进汽车安全技术。”

    小结:MEMS传感器应用挑战想象力

    从飞机、大型设备、汽车到各种便携设备及人体内的心脏起搏器,MEMS运动传感器充满了应用机会,而MEMS传感器与数字芯片的集成也再次带动了市场的发展。由于运动无处不在,通过采用MEMS传感器而带来的系统创新也层出不穷,可以为市场带来全新的功能和用户体验。这已经被任天堂Wii等产品的成功得以证实,新的MEMS传感器将考验系统设计师的想象力。

关键字:VTI科技  CMR3000  ESP  ESC

编辑:赵思潇 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/MEMS/2011/0307/article_721.html
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