MEMS傳感器的市場(chǎng)機遇和挑戰:
- MEMS運動(dòng)傳感器實(shí)現人機即時(shí)互動(dòng)
- MEMS傳感器實(shí)現資料保護
- 壓力傳感器滿(mǎn)足全量程和高分辨率
- 意法半導體欲制造超小型壓力傳感器
MEMS傳感器的市場(chǎng)數據:
- 意法半導體晶圓生產(chǎn)線(xiàn)月產(chǎn)能10,000片
- 意法半導體MEMS芯片日產(chǎn)能超過(guò)100萬(wàn)
MEMS運動(dòng)傳感器為手機、MP3/MP4播放器、PDA或游戲機帶來(lái)更直觀(guān)的人機界面,把用戶(hù)手腕、手臂和手的動(dòng)作與應用程式、頁(yè)面內部及頁(yè)面之間的瀏覽、游戲機中的人物動(dòng)作等功能連接起來(lái),實(shí)現真正的人機即時(shí)互動(dòng)。
資料保護是MEMS傳感器在便攜設備中的另一種應用。當出現自由落體或者其它異常動(dòng)作時(shí),MEMS加速度計可即刻停止系統上全部硬盤(pán)驅動(dòng)器(HDD)的讀寫(xiě)操作,并且將硬盤(pán)驅動(dòng)器上的讀寫(xiě)頭固定到安全位置。此外,MEMS加速度計也廣泛用于整合洗衣機或干衣機等家電中,可作為振動(dòng)檢測器,用于穩定失衡的負荷,以防止機器產(chǎn)生過(guò)多不必要的磨損故障。
MEMS陀螺儀、角運動(dòng)傳感器、用于人機界面的輔助加速度傳感器,為游戲機和遙控器帶來(lái)更生動(dòng)的用戶(hù)體驗。陀螺儀可以提高數字攝像機和數碼相機的影像與照片清晰度,提升汽車(chē)導航系統的航位推算和/或地圖匹配性能。由于在建筑物內或高樓林立的市區,通常沒(méi)有GPS信號,航位推算系統可通過(guò)監測動(dòng)作、行駛距離和緯度,修正數字羅盤(pán)的讀數,為用戶(hù)不間斷地提供準確的導航資訊。
壓力傳感器可滿(mǎn)足應用對全量程和高分辨率的要求:應用實(shí)例包括手持設備的氣壓計功能和硬盤(pán)驅動(dòng)器的“飛行高度”控制功能。隨著(zhù)硬盤(pán)驅動(dòng)器小型化的趨勢和容量不斷地提升,讀寫(xiě)頭與硬盤(pán)表面之間的距離容易因為氣壓變化而受到影響。
微機電聲學(xué)器件、或MEMS麥克風(fēng)可提高現有和新興應用的音質(zhì)、可靠性以及成本效益,包括手機、筆記本電腦、攝像機、數碼相機以及助聽(tīng)器或電子聽(tīng)診器。將多個(gè)MEMS麥克風(fēng)組合成一個(gè)陣列可實(shí)現更多的功能,例如噪音抑制和方向拾音等。隨著(zhù)人們在噪音很大和無(wú)法控制的環(huán)境內使用手機的頻率日漸增加,這個(gè)功能對于提高聲音清晰度有很大的幫助,同時(shí)可提高手機通話(huà)與會(huì )議的音質(zhì)。
根據美國市調機構iSuppli調查,意法半導體是全球最大的消費電子和手機MEMS供應商,年收入超過(guò)2億美元。意法半導體擁有業(yè)界領(lǐng)先的8英寸晶圓生產(chǎn)線(xiàn),以極高的加工精密度和大規模制造能力為特色,所制造的零組件公差極小,制造成本更具有相當的市場(chǎng)競爭力。
身為MEMS技術(shù)發(fā)展的領(lǐng)航者,意法半導體開(kāi)始在單一封裝內整合多個(gè)傳感器,包括加速度計、陀螺儀、地磁計以及壓力傳感器,一體化解決方案可大幅提升各種應用的功能和性能。iNEMO就是這種發(fā)展趨勢的實(shí)際案例。在這些多傳感器產(chǎn)品內,集成傳感器可實(shí)現自主和自動(dòng)系統,監測特定的條件,并根據監測結果執行相對應的操作,使用者不需要或只需稍微的介入即可。此外,‘智能傳感器’結合MEMS器件與整合處理性能,能獨立運作主要處理器之外的傳感器相關(guān)算法,有助于降低整體的系統功耗,對電池消耗極快的手持設備尤其重要。
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硅微加工技術(shù)還被用于開(kāi)發(fā)各種的熱流微機電系統器件。意法半導體是熱噴墨打印機噴頭市場(chǎng)的長(cháng)期供應商,為主要的噴墨打印機制造商提供噴頭芯片。噴墨頭芯片內含有數百個(gè)微型通道,這些墨水通道與相對應的微型墨盒相連接。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。
對意法半導體具有重要突破意義的實(shí)驗室芯片(Lab-on-Chip),同樣也利用硅的電氣特性和熱特性,這個(gè)解決方案運用低成本的一次性便攜式工具取代成本昂貴、耗時(shí)的固定實(shí)驗室分析過(guò)程。意法半導體的In-Check產(chǎn)品平臺是業(yè)界第一個(gè)通過(guò)精確地控制熱量來(lái)強化DNA特性,以進(jìn)行微矩陣檢測的生物芯片(biochip)。由于硅擁有相當好的熱特性并能夠在同一芯片上進(jìn)行電子溫度控制,實(shí)驗室芯片(Lab-on-Chip)能夠對DNA芯片樣品進(jìn)行精確的加熱及冷卻處理,而DNA分析結果的精確度可與價(jià)值數百萬(wàn)美元的實(shí)驗室媲美。與傳統的診斷系統相比,由于體積迷你的MEMS耗電量少,只需要少量的試劑,因此更能節省成本。
意法半導體也成功地將微射流MEMS技術(shù)應用在醫療保健領(lǐng)域,例如可以安裝在一次性敷貼內的微型胰島素注射泵。意法半導體與Debiotech公司合作開(kāi)發(fā)的胰島素注射泵能夠精確的模擬胰島腺分泌過(guò)程,向人體持續輸入胰島素,同時(shí)還能檢測注射泵可能發(fā)生的故障,為病患提供更深一層的保護?;贛EMS的Jewel注射泵采用大規模的半導體制造技術(shù),相比于現有的解決方案,成本讓病患更能接受,而可靠性和精確度更是其它方案無(wú)法比擬的。
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(shí)檢測和觀(guān)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(kāi)發(fā)成果,這個(gè)獨一無(wú)二的輔助診斷工具有助于專(zhuān)家提早發(fā)現青光眼,更能通過(guò)同步治療的方法來(lái)配合病患的內部生理時(shí)鐘,來(lái)最佳化治療效果。
半導體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)具有數十年完善的芯片制造制程技術(shù),而MEMS技術(shù)讓類(lèi)似傳感器和致動(dòng)器等裝置運用半導體技術(shù)生產(chǎn),以取得更高的可靠性和降低更多的成本。
2006年,意法半導體在意大利Agrate建立了一條MEMS器件專(zhuān)用200mm(8英寸)晶圓生產(chǎn)線(xiàn),成為全球首家擁有MEMS專(zhuān)用生產(chǎn)線(xiàn)的大型半導體公司。目前,這條生產(chǎn)線(xiàn)的月產(chǎn)能為10,000片晶圓。意法半導體的積極策略大幅降低產(chǎn)品的單位成本,也加快現有的MEMS應用和新MEMS市場(chǎng)的發(fā)展。
意法半導體在位于馬爾他Kirkop的先進(jìn)后端廠(chǎng)進(jìn)行MEMS器件的封裝和測試,日產(chǎn)能超過(guò)100萬(wàn)顆MEMS芯片。整合一個(gè)微加工傳感器和一個(gè)邏輯裸片的復雜器件,需要嚴格且復雜的封裝解決方案,才能降低MEMS芯片在制程中受到機械振動(dòng)和環(huán)境因素的影響。
在前端制造技術(shù)和制程方面,意法半導體發(fā)現并解決了在各種應用領(lǐng)域大規模推廣高成本效益的MEMS器件的關(guān)鍵問(wèn)題。為了加快產(chǎn)品上市時(shí)間,實(shí)現規模經(jīng)濟效益,核心技術(shù)的標準化是非常重要的。作為MEMS技術(shù)標準化工作的市場(chǎng)領(lǐng)導者,意法半導體開(kāi)發(fā)出了ThELMA(微陀螺儀和加速計芯片厚外延層)特殊微加工制程,這個(gè)0.8μm表面微加工制程可整合薄厚不一的多晶硅層,用于實(shí)現MEMS器件的結構和互相連接性。意法半導體采用同樣的微加工技術(shù)來(lái)制造加速度計和陀螺儀,能在一顆芯片內整合線(xiàn)性機械單元和角加速度機械單元,為客戶(hù)帶來(lái)極高的成本效益和更小的產(chǎn)品尺寸。
結合ThELMA制程,意法半導體的VENSENS制程(VENiceprocessforSENSors),可以通過(guò)在單晶硅內整合空腔,制造具有優(yōu)異尺寸和性能表現的的超小型壓力傳感器,在更薄、更小的芯片上實(shí)現更高的設計穩健度、熱穩定性以及可靠性。