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- MEMS傳感器價(jià)格一路下滑，體積和功耗為采購(gòu)關(guān)鍵
- 來源：國(guó)際電子商情 發(fā)表于 2010/6/29
MEMS傳感器的種類繁多，包括單軸、雙軸和振動(dòng)傳感器等High-g(重力加速度)加速計(jì)，以及單軸、雙軸和三軸的low-g加速計(jì)，另外有角速度陀螺儀和多重傳感器方案等，目前投入的主要業(yè)者包括國(guó)際廠商ST、ADI、Freescale、Bosch(已并購(gòu)Akustica)、Knowles、 Invensense、VTI等，中國(guó)方面則有已于納斯達(dá)克上市的美新半導(dǎo)體、北京瑜眾達(dá)、北京鑫諾金、上海深迪半導(dǎo)體等，至于臺(tái)灣則有原相、旺玖、鑫創(chuàng)等。不過，就產(chǎn)業(yè)生態(tài)來看，目前MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)仍以國(guó)際IDM廠為主要?jiǎng)萘�。其中尤以ADI、ST及 Freescale占據(jù)重要地位。
整體而言，由于MEMS慣性傳感器具有加速、振動(dòng)、撞擊、傾斜與旋轉(zhuǎn)等五種動(dòng)作感測(cè)特性，因此在可攜式領(lǐng)域的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，包括遙控器、PDN、MP3播放器、數(shù)字相機(jī)、游戲機(jī)控制器、筆記本電腦、手機(jī)及電子書閱讀器等。尤其是手機(jī)內(nèi)建加速計(jì)與陀螺儀，甚至磁力計(jì)，使其具有計(jì)步、智能屏幕、3D定位、智能響鈴、Air Mouse(空中操作鼠標(biāo))、無(wú)線遙控、游戲、相機(jī)光學(xué)防手震及室內(nèi)定位服務(wù)等功能，將成為主流趨勢(shì)之一。
另外，在游戲方面，Wii游戲機(jī)帶動(dòng)的‘體感’潮流，更讓MEMS傳感器在消費(fèi)性層面的應(yīng)用大受矚目。而提供任天堂Wii游戲 機(jī)體感玩法的重要組件就是ADI和ST的 MEMS動(dòng)作傳感器，這兩家業(yè)者也拜Wii游戲機(jī)的熱銷在消費(fèi)性電子MEMS傳感器領(lǐng)域中取得重要地位。
價(jià)格一路下滑
在采購(gòu)MEMS傳感器，尤其是應(yīng)用于消費(fèi)性電子產(chǎn)品中時(shí)，MEMS傳感器的價(jià)格、體積和功耗可說是最重要的三個(gè)關(guān)鍵。在價(jià)格方面，過去MEMS傳感器多用于汽車領(lǐng)域，然而近幾年，由于技術(shù)的進(jìn)步，MEMS使用于消費(fèi)性電子產(chǎn)品已越來越常見，且由于消費(fèi)性電子產(chǎn)品，例如手機(jī)的價(jià)格敏感度極高，因此MEMS組件的價(jià)格呈現(xiàn)快速下降趨勢(shì)。以MEMS傳感器的主要種類——加速度傳感器而言，其價(jià)格已由去年的1.5到2美元一路下降至現(xiàn)今的不到1美元，降幅可見一斑。
業(yè)者指出，以現(xiàn)今的價(jià)格來看，MEMS傳感器將加速應(yīng)用于消費(fèi)性電子產(chǎn)品中，且應(yīng)用的廣度也將進(jìn)一步擴(kuò)增。另外，值得注意的是，目前手機(jī)產(chǎn)品的利潤(rùn)率仍在逐漸降低中，影響所及，MEMS傳感器組件勢(shì)必仍持續(xù)面臨降價(jià)壓力。
體積和功耗為采購(gòu)關(guān)鍵
另在功耗和體積方面，意法半導(dǎo)體新近推出的MEME傳感器便在這兩方面有所突破。意法半導(dǎo)體指出，該公司新近推出的3軸加速計(jì)LIS3DH，其功耗比市場(chǎng)現(xiàn)有的解決方案減少90%以上，工作電流消耗最低為2μA，且封裝體積縮小至3x3x1 mm，適合空間和功耗均受限的應(yīng)用設(shè)計(jì)，如手機(jī)、遙控器以及游戲機(jī)等。意法半導(dǎo)體MEMS傳感器至今的累積出貨量已達(dá)7億顆，MEMS傳感器主要于該公司專有8吋晶圓廠中生產(chǎn)制造。
此外，意法半導(dǎo)體日前推出針對(duì)消費(fèi)性電子市場(chǎng)需求的 L3G4200DH陀螺儀，亦是強(qiáng)調(diào)以更有效率的電源管理降低整體功耗。根據(jù)意法半導(dǎo)體指出，此內(nèi)嵌先進(jìn)電源管理功能的三軸陀螺儀，最大特色便是整合 FIFO (First In First Out)內(nèi)存模塊，其最多可儲(chǔ)存96個(gè)量值，可分成32個(gè)x-、y-和 z-軸數(shù)據(jù)組合。這項(xiàng)功能可使主處理器不必連續(xù)讀取傳感器的角速率數(shù)據(jù)，因此能延長(zhǎng)處理器在睡眠模式的時(shí)間，進(jìn)而大幅降低系統(tǒng)總體功耗。
針對(duì)MEMS傳感器的功耗，意法半導(dǎo)體部門副總裁暨M(jìn)EMS、傳感器和高性能模擬產(chǎn)品事業(yè)部總經(jīng)理Benedetto Vigna表示：“作為消費(fèi)性電子市場(chǎng)最大的MEMS傳感器供貨商，我們持續(xù)為開發(fā)符合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品而努力。由于消費(fèi)性電子市場(chǎng)對(duì)于功耗的要求相當(dāng)高，意法半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)人員都在產(chǎn)品開發(fā)上融入功耗意識(shí)的設(shè)計(jì)概念，以進(jìn)一步提高芯片和系統(tǒng)的效率。也是這一原因，我們?cè)谧钚乱淮募铀俣扔?jì)和陀螺儀內(nèi)嵌了應(yīng)用層和FIFO內(nèi)存模塊�！�
另外，在體積的議題上，此產(chǎn)品架構(gòu)是將傳感器與ASIC接口整合在一個(gè)4x4x1mm的超小型封裝內(nèi)，可解決現(xiàn)在和未來的消費(fèi)性電子應(yīng)用的空間限制問題。上述意法半導(dǎo)體產(chǎn)品都將于今年第三季量產(chǎn)。
再者，一如Appareo Systems嵌入式系統(tǒng)總監(jiān)Robert Weinmann所言，我們之所以選擇ADI公司的iMEMS陀螺儀，正是因?yàn)樗耆衔覀兛蛻舻男枨螅撼叽缧 ⒅亓枯p且具有高性價(jià)比。由此言可知，體積為首要關(guān)鍵。Appareo System是一家專業(yè)開發(fā)輕型飛行數(shù)據(jù)記錄儀和3D飛行分析軟件的公司，ADI公司則是針對(duì)Appareo Systems開發(fā)的一種新型航空器飛行安全與訓(xùn)練工具，提供一種高性能iMEMS陀螺儀技術(shù)。
對(duì)此，ADI公司MEMS和傳感器技術(shù)部門副總裁Mark Martin表示：“ALERTS Vision 1000系統(tǒng)最初將部署在直升機(jī)中，用以采集和分析大量飛行數(shù)據(jù)，包括慣性和位置信息，如位置和俯仰/滾動(dòng)姿態(tài)等，并且提供聲學(xué)數(shù)據(jù)和駕駛艙影像，如儀表板和飛行控制裝置等。ALERTS Vision 1000的成本與其他飛行數(shù)據(jù)記錄儀相比極低，重量不足300克，只需28 VDC(直流電壓)電源和接地，可輕松安裝在駕駛艙中。”
另外，InvenSense推出的ITG-3200三軸MEMS陀螺儀，則是在單一硅芯片上嵌入三軸旋轉(zhuǎn)傳感器(X軸：pitch、Y軸：roll、Z軸：yaw)的整合性陀螺儀，可作為游戲與3D遙控應(yīng)用的運(yùn)動(dòng)處理技術(shù)解決方案。InvenSense表示，藉由創(chuàng)新的系統(tǒng)性整合與數(shù)字輸出設(shè)計(jì)，ITG-3200能夠滿足市場(chǎng)對(duì)于成本的需求；同時(shí)，與其他多芯片組的競(jìng)爭(zhēng)廠商相較，ITG-3200的耗電量不僅降低了50%以上，封裝尺寸(4x4x0.9mm QFN)也縮小了67%左右。ITG-3200目前已開始試樣，據(jù)InvenSense表示，該產(chǎn)品大量訂購(gòu)的單價(jià)將低于3美元。藉由 InvenSense專利的Nasiri-Fabrication制程平臺(tái)，該公司目前已產(chǎn)出約1億個(gè)陀螺儀軸產(chǎn)品。
強(qiáng)調(diào)整合功能
應(yīng)用于空間受限及強(qiáng)調(diào)成本的的可攜式電子產(chǎn)品中，組件的整合度亦是采購(gòu)時(shí)必需注意事項(xiàng)之一。例如意法半導(dǎo)體的LIS3DH加速計(jì)芯片除內(nèi)建一個(gè)溫度傳感器和三路模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器外，還可整合陀螺儀等輔助芯片。
再者，MEMS傳感器和微控制器的整合亦是一大產(chǎn)品方向，將多重加速計(jì)、陀螺儀乃至壓力傳感器與微處理器(8位/32位)都整合成單一封裝一直都是業(yè)界致力的方向。意法半導(dǎo)體新推出的iNEMO多傳感器慣性測(cè)量單元(Inertial Measurement Unit，IMU)系列的首款組件STEVAL-MKI062V1，便是透過將各種動(dòng)作、磁性、壓力和溫度傳感器與32位控制器整合在單一封裝內(nèi)，配合專用軟件，大幅提升游戲機(jī)、人機(jī)接口、機(jī)器人、可攜式導(dǎo)航設(shè)備以及病患監(jiān)控設(shè)備的功能和性能。 意法半導(dǎo)體表示，iNEMO是以MEMS組件為基礎(chǔ)，整合3軸線性、角速度和磁性動(dòng)作傳感器以及溫度、氣壓/高度讀取功能，是ST首批10°自由度的 IMU產(chǎn)品，此產(chǎn)品于于2010年第二季開始量產(chǎn)。
飛思卡爾G-Sensor
再以飛思卡爾的G-Sensor為例， 該公司在G-Sensor中加入1顆MCU芯片，由于其仍是藉由SiP封裝成G-Sensor，這樣做法對(duì)于Freescale制造成本并不會(huì)增加太多，加上Freescale原先在MCU制造便已駕輕就熟，因此要在G-Sensor產(chǎn)品中加入MCU芯片難度并不高，但對(duì)于客戶端而言，加入MCU芯片卻可讓G-Sensor可應(yīng)用在更多不同領(lǐng)域，競(jìng)爭(zhēng)力將大增。
飛思卡爾投入MEMS傳感器的生產(chǎn)已超過二十五年，除了在車用傳感器方面具有領(lǐng)導(dǎo)地位外，飛思卡爾近年在消費(fèi)性MEMS傳感器也多所著墨。飛思卡爾傳感器產(chǎn)品線包括以MEMS為基礎(chǔ)的加速與壓力傳感器，以及以CMOS為基礎(chǔ)的近接(觸碰)傳感器，至今的累積出貨量已達(dá)10億顆。
飛思卡爾提供的低重力、中重力和高重力三款慣性加速傳感器能滿足各種應(yīng)用的需求，新推出的MMA8450Q三軸加速計(jì)，更是一款高度精確并兼具能源效益的解決方案，可藉由高感測(cè)度的姿態(tài)與方向偵測(cè)能力，準(zhǔn)確捕捉動(dòng)作。此解決方案的應(yīng)用目標(biāo)主要鎖定可攜式消費(fèi)性裝置，如移動(dòng)電話、遙控器、智能型電子書及導(dǎo)航應(yīng)用的防死鎖輔助功能、航向追蹤的位置偵測(cè)功能等。
針對(duì)MEMS組件整合，飛思卡爾消費(fèi)性電子與工業(yè)傳感器營(yíng)運(yùn)經(jīng)理Wayne Chavez表示，要將原先即極微小的MEMS傳感器再進(jìn)一步整合，必須仰賴更先進(jìn)的技術(shù)才能達(dá)成。Chavez分析，整合式微機(jī)電系統(tǒng)可細(xì)分為兩種，分別是單體整合(Monolithic Integration)與系統(tǒng)級(jí)封裝(System in Package, SiP)。簡(jiǎn)單來說，單體整合就是把微機(jī)電系統(tǒng)組件和整合線路納入同一片硅芯片中；而SiP則是把微機(jī)電系統(tǒng)組件和整合線路納入同一塊封裝當(dāng)中。 Chavez認(rèn)為，唯有能提供成本效益、低功率、尺寸小、高效能與高整合度的供貨商，才能滿足上述高度整合之需求。
另外，Chavez也強(qiáng)調(diào)，飛思卡爾身為擁有豐富技術(shù)的公司，因此有能力提供系統(tǒng)層級(jí)解決方案所需的一切核心，除了多重傳感器技術(shù)外，包括電源管理、有線與無(wú)線通信技術(shù)、微控制器(MCU)核心運(yùn)算及軟件等皆一應(yīng)俱全，因而可創(chuàng)造出領(lǐng)先市場(chǎng)的產(chǎn)品。
意法半導(dǎo)體功率與模擬組件產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理郁正德則指出，該公司從設(shè)計(jì)、制造、封裝至測(cè)試，采「一條鞭」為客戶完成，客戶既毋須假手他人，亦可維持一定質(zhì)量，故此類服務(wù)模式大受歡迎，且意法半導(dǎo)體同時(shí)兼具其他關(guān)鍵零組件之技術(shù)，可協(xié)助客戶打造MEMS系統(tǒng)以外的周邊組件。
提供更豐富的支持
為爭(zhēng)奪市場(chǎng)，各家MEMS傳感器業(yè)者無(wú)不努力提供更多的特性和支持，例如飛思卡爾的MEMS傳感器便結(jié)合了豐富的整合性、嵌入式軟件、以及智能型通訊的數(shù)字接口功能，讓研發(fā)人員制作出與眾不同的產(chǎn)品。此外，為了讓傳感器應(yīng)用設(shè)計(jì)變得更簡(jiǎn)單迅速，飛思卡爾還發(fā)表了傳感器工具箱，這是一套經(jīng)過統(tǒng)合的研發(fā)軟件和硬件(包括可互換的子卡)。
飛思卡爾表示，工具箱中亦附有多種具備USB功能的傳感器評(píng)估套件。每種套件均使用共同的圖形用戶界面(GUI)，因此只需安裝一次軟件，可大幅減少?gòu)?fù)雜度，并透過定期軟件更新改善穩(wěn)定性。
另外，值得采購(gòu)注意的是，提供 MEMS傳感器的業(yè)者在其他相關(guān)組件上是否也具備供應(yīng)能力，也應(yīng)該列為重要考慮之一。例如飛思卡爾多元的產(chǎn)品線，包括微控制器、微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、模擬與功率管理IC、以及ZigBee無(wú)線技術(shù)等，皆能與飛思卡爾傳感器組合搭配，進(jìn)一步提供了完善的系統(tǒng)層級(jí)嵌入式控制解決方案。
再如ADI為Xsens Technologies B.V此家3D運(yùn)動(dòng)追蹤產(chǎn)品供貨商所開發(fā)的解決方案，便是結(jié)合了17個(gè)運(yùn)動(dòng)追蹤器，其中包含80個(gè)以上的高性能ADI iMEMS運(yùn)動(dòng)傳感器和17個(gè)ADI Blackfin DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)。
除了國(guó)際大廠外，中國(guó)業(yè)者的動(dòng)態(tài)亦值得關(guān)注，其中，深迪半導(dǎo)體在去年底發(fā)布了旗下第一款陀螺儀產(chǎn)品SSZ030CG，該公司產(chǎn)品經(jīng)理雷嘯鋒表示：“目前我們的產(chǎn)品采用的是塑料封裝，主要用于消費(fèi)類電子，我們也希望通過前期在消費(fèi)類電子這種需求兩比較大的領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品做一些驗(yàn)證，接著再進(jìn)入汽車領(lǐng)域�！盨SZ030CG目前有兩種封裝，尺寸分別為 5.0×8.0×1.8mm、5.0×5.0mm。深迪半導(dǎo)體的SSZ030CG即將量產(chǎn)，其內(nèi)部集成了MEMS傳感芯片以及信號(hào)處理芯片，用戶可直接得到準(zhǔn)確的Z軸角速度測(cè)量值。
此外，美新半導(dǎo)體則于日前推出全球首個(gè)數(shù)字熱對(duì)流方向定位傳感器 (DTOS)MXC6225XU，這是一款超低成本，兩軸運(yùn)動(dòng)的定位傳感器。主要針對(duì)移動(dòng)電話、玩具、游戲、數(shù)字相機(jī)、平板電視、電器等消費(fèi)類電子產(chǎn)品的低成本應(yīng)用而設(shè)計(jì)。此傳感器基于美新經(jīng)過驗(yàn)證的MEMS熱對(duì)流技術(shù)，該技術(shù)已在美新移動(dòng)電話和消費(fèi)電子產(chǎn)品客戶，以百萬(wàn)計(jì)的產(chǎn)品中使用。針對(duì)此產(chǎn)品，美新營(yíng)銷副總裁Mark Laich表示：“美新的銷售價(jià)格將挑戰(zhàn)低端運(yùn)動(dòng)傳感器，如球型傳感器的市場(chǎng)價(jià)格，但MXC6225XU支持的功能更多，性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于球型傳感器�！�
整體而言，MEMS傳感器朝向更小型、整合度更高及功耗更低的方向發(fā)展已是必然，欲達(dá)到此目標(biāo)，公司資源必需夠龐大，大到足以整合多種傳感器，甚至是控制器和數(shù)字處理器，或是提供充足的軟件資源，如此才能在市場(chǎng)上占有一席之地，由此角度觀察，顯然MEMS傳感器的進(jìn)入門坎為越來越高，因此相關(guān)業(yè)者在采購(gòu) MEMS傳感器時(shí)，除考慮價(jià)格、體積、耗電、準(zhǔn)確度及整合度外，該公司是否具備持續(xù)提供新世代產(chǎn)品的能力，亦必需置于采購(gòu)考慮之中。
