ST傳感器總經(jīng)理談MEMS經(jīng)驗(yàn)及新產(chǎn)品動(dòng)向

隨著新技術(shù)、新產(chǎn)品和5G的到來，MEMS的應(yīng)用一直在延伸。下一代MEMS傳感器的特點(diǎn)是什么？在“2019慕尼黑上海電子展”期間，意法半導(dǎo)體（ST）模擬、MEMS及傳感器事業(yè)部副總裁，MEMS傳感器產(chǎn)品部總經(jīng)理Andrea ONETTI先生專程來到上海，接受了電子產(chǎn)品世界等媒體的采訪。

1  如何做好MEMS傳感器？

已有20年MEMS經(jīng)驗(yàn)的ST公司認(rèn)為主要有四點(diǎn)。

首先有自有工藝和充足的產(chǎn)能。例如，ST是擁有很大的自有產(chǎn)能的半導(dǎo)體公司，很大一部分MEMS傳感器的產(chǎn)能是自給的。這里有兩點(diǎn)非常關(guān)鍵：一是機(jī)械部分，ST完全擁有自己的產(chǎn)能；二是因?yàn)镸EMS和傳感器不僅要提供感應(yīng)功能，同時(shí)非常重要的一點(diǎn)是精度。要達(dá)到高精度，不僅靠封裝，還需要有校正工具，不同的校正技術(shù)可以直接體現(xiàn)出傳感器的精度和傳感器的優(yōu)良特性。因此在校正方面，ST也是完全有自己的校正技術(shù)。

其次是重視研發(fā)。ST 在MEMS方面的投入非常大，2018年約有145項(xiàng)專利。實(shí)際上，ST每年都有不同的新專利產(chǎn)生，涵蓋設(shè)計(jì)、應(yīng)用和生產(chǎn)等方面。

再有，重視軟件投入。要把傳感器用好、體現(xiàn)出其性能，需要把軟件作為一種產(chǎn)品來進(jìn)行開發(fā)。ST的產(chǎn)品和軟件庫有150種以上。

最后，重視線上推廣。ST的客戶目前已達(dá)3萬，數(shù)量巨大。為了使產(chǎn)品零距離地觸及到客戶，現(xiàn)在ST網(wǎng)站上有很多產(chǎn)品 和設(shè)計(jì)資源，以方便研發(fā)工程師索取。

基于以上措施，ST每天的產(chǎn)能可達(dá)600萬片傳感器。在現(xiàn)實(shí)世界中，已經(jīng)累計(jì)出貨超過150億片的產(chǎn)品。在應(yīng)用上，每2臺(tái)手機(jī)里就有1個(gè)ST的傳感器在里面；在汽車產(chǎn)品中，每3個(gè)車載導(dǎo)航儀中就有1個(gè)裝有ST的傳感器；通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及外設(shè)里，每2個(gè)DRAM中就有一顆ST的溫度傳感器。

2  傳感器的特點(diǎn)和發(fā)展走勢

從ST的角度看，工業(yè)和汽車是潛力很大的應(yīng)用。ST已推出了相關(guān)產(chǎn)品，例如在工業(yè)類應(yīng)用中已推出了帶防水性能的壓力傳感器。

其次，消費(fèi)類電子、工業(yè)類、汽車類的相互之間的融合會(huì)越來越強(qiáng)。其實(shí)消費(fèi)類電子中，有很多新技術(shù)會(huì)首先被采用和專門開發(fā)出來。隨著融合的發(fā)展，消費(fèi)類世界里的傳感器會(huì)越來越多拓展到工業(yè)類和汽車類的應(yīng)用。例如，ST的壓力防水傳感器就是從消費(fèi)類開始，現(xiàn)在達(dá)到了更高規(guī)格，可以滿足工業(yè)類規(guī)格的需求。

再有，多種傳感器融合，且智能化提升，拓寬了更多需求和更大價(jià)值。

最后，從始至終的高精度。這不僅意味著在用的時(shí)候是高精度，而且在整個(gè)產(chǎn)品生命周期里也維持高精度的性能。因?yàn)閭鞲衅鲿?huì)隨著時(shí)間和溫度有一定的漂移，但ST等傳感器廠商希望傳感器可以真正達(dá)到從始至終的高性能保證。

3  在個(gè)人電子市場找到產(chǎn)品差異化

個(gè)人電子市場是MEMS的熱點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，每家MEMS廠商都會(huì)根據(jù)自身特點(diǎn)找優(yōu)勢。例如ST有三方面優(yōu)勢：人工智能，振動(dòng)與聲音融合，震動(dòng)感應(yīng)。

3.1  人工智能

傳感器最初是感知數(shù)據(jù)，發(fā)展到現(xiàn)在，傳感器已經(jīng)可以預(yù)知下一步，或者把數(shù)據(jù)采集回來后，上報(bào)的數(shù)據(jù)越來越精確。在結(jié)構(gòu)上，基本傳感器的功能大家都是有的，即：通過數(shù)字處理進(jìn)行濾波、溫度補(bǔ)償達(dá)到更好的數(shù)據(jù)。再下一步，可以看到機(jī)器學(xué)習(xí)的功能加入，可以把原本需要在處理器里做的一些任務(wù)，在傳感器本體上就可以去實(shí)現(xiàn)，甚至其他傳感器也可以接入到這個(gè)傳感器里做一些融合功能。

例如，現(xiàn)在我們跑步或者做其他運(yùn)動(dòng)，需要在智能手表上啟動(dòng)相應(yīng)的模式，選出是跑步、競走或是游泳。而把AI功能做進(jìn)去以后就不用選擇運(yùn)動(dòng)模式了，因?yàn)橥ㄟ^人工智能（AI）、機(jī)器學(xué)習(xí)模式的算法，會(huì)知道你今天在什么狀態(tài)，例如會(huì)知道你的手表、手機(jī)是放在桌子上還是在口袋里，甚至是放在上衣的左邊還是右邊。這是因?yàn)橛泻芏鄶?shù)據(jù)模型，這些數(shù)據(jù)模型經(jīng)過處理后，就可以判斷出你是在什么樣的姿態(tài)。這一切智能的實(shí)現(xiàn)，前提要保證數(shù)據(jù)質(zhì)量高、聽得清晰、功耗足夠低、尺寸足夠小，這樣終端產(chǎn)品才可能承受得了。所以，未來的智能化傳感器將有一定的數(shù)據(jù)處理功能、一定的判斷功能，從而可以把在處理器里做的100%的工作降為20%~30%的工作量。

具體場景如上圖，未來的傳感器可以判斷你在什么樣的模式，是走路還是騎車？你做運(yùn)動(dòng)時(shí)，它就知道你進(jìn)入了哪個(gè)環(huán)節(jié)，不需要人為觸發(fā)。有時(shí)候你會(huì)不小心碰到，比如誤觸發(fā)等，傳感器可以根據(jù)實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測，自動(dòng)規(guī)避掉錯(cuò)誤發(fā)生。甚至現(xiàn)在有客戶在做這樣的功能：當(dāng)你坐飛機(jī)時(shí)，會(huì)提醒你處在飛行模式，因此它已經(jīng)知道你起飛了，會(huì)直接切換到飛行模式，不需要人為再做任何操作。這是一個(gè)非常簡單的功能，但需要傳感器具備智能的能力。

3.2  振動(dòng)和聲音的算法融合

2019年無線耳機(jī)市場很火爆，相信2019年的增長勢頭會(huì)更強(qiáng)勁。通常無線耳機(jī)里會(huì)有一個(gè)加速度傳感器，因?yàn)槟阌檬智盟?，就可以做一些功能控制。更進(jìn)一步，通過麥克風(fēng)和加速度傳感器的融合，可以使耳機(jī)分辨你的聲音，濾去周邊的雜音。

ST已開發(fā)出這種加速度傳感器（如下圖），可以檢測骨振動(dòng)，由此可以知道你在說話，和麥克風(fēng)融合，即把這兩個(gè)傳感器的信號(hào)融合在一起，這樣即使你在嘈雜環(huán)境下說話，這個(gè)產(chǎn)品只會(huì)把你說話的聲音采集下來，會(huì)把后臺(tái)背景噪音通過算法過濾掉，不管你在地鐵里還是大街上，還是房間里，對(duì)方聽到的都是很清楚的聲音。

這種融合創(chuàng)新帶動(dòng)了加速度傳感器的應(yīng)用市場。因?yàn)榧铀俣葌鞲衅髟谶^去幾年已經(jīng)達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的市場需求的狀態(tài)，一年全球需求量是15億顆，但2018年因?yàn)橛辛诉@樣的產(chǎn)品，增加了三四億顆的需求量。

實(shí)際上，這只是消費(fèi)電子中一個(gè)融合的案例，還可以找到更多不同傳感器間配合應(yīng)用的案例。在工業(yè)類、汽車電子類中，不同的傳感器把聲學(xué)、光學(xué)、運(yùn)動(dòng)等融合在一起，也可以達(dá)到創(chuàng)新型的開發(fā)。

3.3  撞擊檢測

在整個(gè)運(yùn)輸、使用中加入檢測功能，可以防止一些潛在危險(xiǎn)發(fā)生。

那么，為什么撞擊檢測是未來的一個(gè)趨勢和潛在市場？鋰電池是顯而易見的應(yīng)用，因?yàn)殇囯姵卦诙啻巫矒魻顟B(tài)下會(huì)發(fā)生極端情形（如下圖），特別是當(dāng)它撞擊時(shí)還在進(jìn)行大電流充電時(shí)。新型傳感器可以檢測物體的撞擊，這種撞擊不但是事件本身，甚至隨著傳感器可以給到的信息更具體、更準(zhǔn)確，可以演算出撞擊的能力和撞擊時(shí)的狀態(tài)，這些都可以給整個(gè)系統(tǒng)后臺(tái)電池的安全性或者其他的一些信息。

此外，還可用于貴重物品運(yùn)輸時(shí)的狀態(tài)監(jiān)測。

4   ST其他亮點(diǎn)產(chǎn)品

ST有豐富的MEMS產(chǎn)品（如下圖）。每類圖標(biāo)所示的產(chǎn)品所需求的工藝和校正能力都不同。ST起家與消費(fèi)電子，擅長大規(guī)模制造，現(xiàn)在正在把這種經(jīng)驗(yàn)移植到富有潛力的汽車和工業(yè)市場。

圖 ST MEMS的近二十年發(fā)展歷程

    亮點(diǎn)產(chǎn)品有防水型氣壓計(jì)（如下圖）。最近幾年防水類產(chǎn)品，諸如手表、手機(jī)中有一些型號(hào)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用。2017年ST和一家做電子煙的美國客戶合作，把電子煙技術(shù)提升，配合壓力傳感器應(yīng)用，可以讓電子煙的特性完全具備傳統(tǒng)煙草的特性，最主要的功能是尼古丁的提取量。從專業(yè)人士分析來講，讓吸煙者真正有吸煙的感受。在這種環(huán)境下，相對(duì)傳統(tǒng)電子產(chǎn)品來講是不同的，它有煙、有潮濕、有顆粒的問題。ST防水氣壓計(jì)的出現(xiàn)，就可以在這種電子煙產(chǎn)品中滿足各方面規(guī)格的需求。

    傳感器在工業(yè)類應(yīng)用中，可以看到越來越多的需求是在建筑物檢測。去年意大利發(fā)生了一起橋梁倒塌，原因是混凝土建筑或房屋建筑隨著時(shí)間推移，幾十年后會(huì)有自然損耗，會(huì)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。所以，工業(yè)類傳感器，像高精度傾斜器，可以幫助計(jì)量房屋老化程度，是否存在安全隱患。這使得橋梁檢測等，特別是隨著連接技術(shù)更加成熟，可以帶給社會(huì)整體安全一個(gè)很好的體現(xiàn)。

    在智能駕駛方面，MEMS傳感器可以做的是慣性導(dǎo)航精度和準(zhǔn)度，而且只有慣性導(dǎo)航可以來實(shí)現(xiàn)。從客觀的情形要考慮到，隧道里什么信號(hào)都沒有，智能通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)車輛達(dá)到實(shí)時(shí)檢測和安全實(shí)現(xiàn)。簡單來看，在30秒中要達(dá)到20厘米精度停車或者制動(dòng)的精準(zhǔn)度，一是要有很高精度的傳感器，二是在車規(guī)方面要達(dá)到精度和制造能量。Andrea ONETTI先生透露，2019年ST在國內(nèi)的一家合作伙伴，已達(dá)到了L3等級(jí)的產(chǎn)品有上百萬的出貨。

5  結(jié)論

      ST有近二十年的MEMS傳感器經(jīng)驗(yàn)。在消費(fèi)類傳感器市場增長趨緩的情況下，用多種傳感器融合的方法來拓寬傳感器的應(yīng)用；同時(shí)利用在消費(fèi)類傳感器方面的成功經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行改良優(yōu)化和提高校正精度，向汽車和工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)軍。ST的原生優(yōu)勢是批量制造能力，有自己的工廠和完整的校正工藝，及雙產(chǎn)能保證。