意法半導體掀起MEMS消費電子化新浪潮

　　2009年溫家寶總理在視察中科院無錫微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心時提出“感知中國，大力建設物聯(lián)網(wǎng)”的號召，將傳感器技術(shù)首次推上了舉國關(guān)注的焦點位置。傳感器，作為傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)感知層面的關(guān)鍵電子器件，是建設所有智能網(wǎng)絡的第一關(guān)。推動傳感器技術(shù)的創(chuàng)新和應用，其重要意義絕不亞于目前大熱的云計算和物聯(lián)網(wǎng)。

　　事實上，很多具有領先意識的半導體廠商很早就認識到傳感器技術(shù)發(fā)展和應用的重要前景，并投入大量資源致力于新技術(shù)的開發(fā)和創(chuàng)新設計?，F(xiàn)在的傳感器技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個新的階段。集成化、智能化、平臺化的發(fā)展理念令傳感器脫離了過去的陳舊印象，傳感器成為系統(tǒng)中蘊藏大智慧的關(guān)鍵器件。而傳感器的應用創(chuàng)新則更加引人注目。許多時尚潮流的熱門應用，如智能手機觸摸屏體驗，便攜式遠程醫(yī)療設備，汽車安全智能系統(tǒng)，游戲娛樂產(chǎn)品等，這些至酷至美，實用貼心的生活體驗，都離不開傳感器的貢獻。

　　意法半導體(ST)公司是MEMS傳感器技術(shù)和應用創(chuàng)新的先行者。據(jù)IHS iSuppi公司2011年的統(tǒng)計報告顯示，ST是全球第一大消費電子和便攜設備芯片供應商，MEMS傳感器出貨量已突破20億大關(guān)。

　　MEMS消費電子化浪潮

　　原本在工業(yè)應用廣泛的MEMS傳感器技術(shù)，經(jīng)過傳感器技術(shù)專家的創(chuàng)新，現(xiàn)在可以用來實現(xiàn)很多新鮮有趣又實用、符合未來發(fā)展需求的嶄新應用，掀起了MEMS消費電子應用的新浪潮。

　　便攜設備中的數(shù)據(jù)保護是MEMS傳感器的一種應用。當出現(xiàn)自由墜落或者其它異常運動時，MEMS加速計將立即通知系統(tǒng)終止全部的硬盤驅(qū)動器(HDD)讀寫操作，并將磁頭固定到安全位置。意法半導體的加速計還經(jīng)常集成在洗衣機或烘干機等家電設備中，充當振動檢測器，用于穩(wěn)定失衡的負荷，防止機器出現(xiàn)過量的磨損而發(fā)生故障。

　　MEMS陀螺儀，也稱角運動傳感器，可以輔助加速計，使游戲機和遙控器的人機界面變得更加炫酷。這些陀螺儀還能消除晃動對數(shù)字攝像機或數(shù)碼相機畫質(zhì)的影響，提高圖像或相片的清晰度，并可使汽車導航增加航位推算和地圖匹配功能。由于GPS衛(wèi)星信號無法覆蓋每一個角落，例如，在建筑物內(nèi)或高樓林立的城區(qū)通常沒有衛(wèi)星信號，在這種情況下，航位推算系統(tǒng)通過監(jiān)測運動、行程和海拔，修正數(shù)字羅盤讀數(shù)，繼續(xù)為用戶提供準確的導航信息。

　　MEMS磁傳感器測量地球磁場的強度和/或方向，因而能夠確定以北極為參考軸的前進方向，增強便攜消費電子產(chǎn)品的電子羅盤功能，包括方位定向、地圖/顯示屏定向、定位關(guān)聯(lián)服務和航位推測。在一個9自由度(DoF) 多傳感器模塊內(nèi)，磁傳感器可補充加速度計和陀螺儀的功能。

　　壓力傳感器可滿足應用對全量程和高分辨率的要求：應用實例包括手持設備的氣壓計功能和硬盤驅(qū)動器的“飛行高度”控制功能。隨著硬盤驅(qū)動器小型化趨勢和存儲容量不斷提高，磁頭與盤面之間的距離極易受到氣壓變化的負面影響。

　　微加工聲學器件，也稱MEMS麥克風，可提高現(xiàn)有的和新興應用設備的音質(zhì)、可靠性和成本效益，目標應用包括手機、筆記本電腦、錄像機、數(shù)碼相機以及助聽器或電子聽診器。將多個MEMS麥克風組合成陣列可實現(xiàn)更多功能，如噪聲抑制和方向拾音。這在噪聲很大和無法控制的環(huán)境內(nèi)，對于提高聲音清晰度很有幫助，可以有效提高移動會話和會議的音質(zhì)。

　　MEMS技術(shù)發(fā)展方向

　　在一個封裝內(nèi)整合多個傳感器：加速計、陀螺儀、地磁計、壓力傳感器，這個多路傳感器一體化解決方案可大幅提升各種應用設備的功能性和性能。意法半導體公司最具代表性的INEMO傳感器解決方案平臺，將9個自由度傳感器和32位MCU整合在一起，同時還配備多個通信接口，靈活和高性能的配置令其可為許多新興應用提供出色的解決方案。集成傳感器可實現(xiàn)自主和自動系統(tǒng)，監(jiān)測特定的條件，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果執(zhí)行相應的操作，用戶無需干預或只需稍加介入。此外，“智能傳感器”整合MEMS器件和處理功能，無需主處理器介入，獨立運行傳感器算法，從而能夠降低系統(tǒng)級功耗，這對耗電量極大的手持設備非常重要。

　　iNEMO模塊沿用先進的濾波和預測軟件iNEMO Engine。該軟件利用精密算法整合所有傳感器的輸出數(shù)據(jù)，能夠在精度、分辨率、穩(wěn)定性和響應時間等方面提高系統(tǒng)整體性能，大幅改進用戶的使用體驗。

　　硅微加工技術(shù)還被用于開發(fā)各種熱射流MEMS器件。意法半導體還為主要的噴墨打印機制造商提供噴頭芯片。打印頭芯片內(nèi)含有數(shù)百個微型通道，這些墨水通道與相應的裝滿墨水的微型墨盒相連。同一芯片上的加熱元件與控制電路將墨水蒸發(fā)，把微小墨水氣泡噴射到打印紙上。

　　ST的Lab-on-Chip芯片同樣也利用了硅的電氣特性和熱特性，這個解決方案用成本低廉的一次性便攜工具取代了成本昂貴、耗時的固定地點實驗室分析過程。意法半導體的In-Check™產(chǎn)品平臺是業(yè)內(nèi)首款通過精確控制熱量來擴增DNA并進行微矩陣檢測的基因芯片。因為硅的熱特性非常出色，準許在同一芯片上實現(xiàn)電子溫度控制，所以Lab-on-Chip芯片能夠?qū)NA樣本進行精確的加熱和冷卻處理，其精確度可與價值數(shù)萬美元的實驗室媲美。與傳統(tǒng)的診斷系統(tǒng)相比，MEMS因為外形小，耗電量少，只需很少的試劑，所以更能節(jié)省成本。

　　在醫(yī)療保健領域也可以應用微射流MEMS技術(shù)，例如，可以安裝在一次性敷貼內(nèi)的微型胰島素注射泵。意法半導體與Debiotech公司合作開發(fā)的胰島素注射泵能夠精確模擬胰腺分泌過程，向人體持續(xù)輸注胰島素，同時還能檢測注射泵可能存在的故障，為病患提供深一層的保護?；贛EMS的Jewel Pump采用大規(guī)模半導體制造技術(shù)，成本比現(xiàn)有的解決方案更容易讓病患接受，同時，其可靠性和精確度也很出色。

　　意法半導體的MEMS壓力傳感器還是另一項創(chuàng)新應用的核心技術(shù)：能夠24小時檢測和觀察眼壓變化的智能隱形眼鏡。作為意法半導體與Sensimed的合作開發(fā)成果，這個創(chuàng)新的輔助診斷工具有助于專家提前發(fā)現(xiàn)青光眼，通過同步治療方法與病患的內(nèi)部生物鐘能夠使治療效果最大化。

　　MEMS制造技術(shù)

　　2006年，意法半導體在意大利Agrate地區(qū)建立了一條MEMS器件專用200mm (8英寸)晶圓生產(chǎn)線，成為世界首個擁有MEMS專用生產(chǎn)線的大型半導體公司。這一舉動大幅降低了產(chǎn)品的單位成本，并加快了現(xiàn)有應用領域擴大和新市場開發(fā)。

　　意法半導體在其位于馬爾他Kirkop的最先進的后工序制造廠進行MEMS器件的封裝測試，該工廠日產(chǎn)能超過100萬顆MEMS芯片。整合一個微加工傳感器和一個邏輯裸片的復雜器件需要嚴格且復雜的封裝解決方案，以降低MEMS芯片受機械振動和環(huán)境因素的影響。

　　在前工序制造技術(shù)和工藝方面，意法半導體發(fā)現(xiàn)并解決了在各種應用領域大規(guī)模推廣高效益的MEMS器件的關(guān)鍵問題。為了加快產(chǎn)品上市時間，實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟效益，核心技術(shù)的標準化是極其重要的。意法半導體開發(fā)出了微致動器和加速計芯片厚外延層(ThELMA)工藝，這個0.8微米表面微加工技術(shù)可整合薄厚不一的多晶硅層，用于實現(xiàn)MEMS器件的結(jié)構(gòu)和互連線。

　　意法半導體的VENSENS工藝(VENice process for SENSors)結(jié)合 ThELMA工藝，可以在一個單晶硅芯片內(nèi)整合一個空腔，制造一個尺寸和性能優(yōu)異的壓力傳感器，使芯片變得更薄、更小，熱穩(wěn)定性和可靠性更高。