隨著我國汽車電子、新型數(shù)字消費電子和醫(yī)療電子等產業(yè)的快速發(fā)展,，對MEMS傳感器的各種新需求和基于該技術的創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，為此專業(yè)科技市場分析機構北京華興萬邦管理咨詢有限公司走訪了總部位于歐洲芬蘭的老牌微機電系統(tǒng)(MEMS)傳感器制造商VTI科技(VTI Technologies),。該公司高管告訴分析師：隨著各種新的應用不斷出現(xiàn)，以及MEMS器件廠商的技術創(chuàng)新,，MEMS傳感器產業(yè)將迎來一輪新的機會,。
VTI科技是一家在MEMS傳感器領域內擁有成熟的產品開發(fā)和生產制造經驗的企業(yè)，在赫爾辛基近郊的總部擁有一座帶有2840平米潔凈室的晶圓處理及封裝工廠,。各種新應用以及相關新產品的開發(fā)是該公司目前關注的重點,，同時高度重視中國等新興市場的應用開發(fā)，其亞洲總部設在中國北京,。
VTI科技位于芬蘭赫爾辛基的總部大樓和MEMS傳感器工廠
作為一家擁有20多年MEMS行業(yè)經驗,、年出貨量達3000多萬個傳感器的全球最大的獨立MEMS廠商之一，VTI科技的核心產品是三維微機電系統(tǒng)傳感器(3D MEMS),。該傳感器由帶有金屬電容板的底座,、帶有運動感應結構的中間層和頂蓋三個不同的硅層用玻璃粘合在一起組成，每層都有金屬薄膜形成電極而成為電容式傳感器,。
VTI的3D MEMS傳感器可以在三個正交的方向上檢測到加速度,，而由此封裝完成的小型化傳感器可以方便地進行貼裝和安裝。同時VTI的專有技術確保了傳感器的精確性,、小型化,、低功耗和穩(wěn)定可靠。運用這種傳感器,，VTI生產出了加速度計,、傾角儀、陀螺儀和壓力傳感器等系列產品,。
從VTI的3D MEMS傳感器的技術應用方向來看,，加速度計主要應用在需要靈敏檢測運動狀態(tài)，從而實現(xiàn)高安全性和控制的汽車及工業(yè)應用,；傾角儀則廣泛應用于需要精確測量運動場景,，如運動的機械、車輛,、飛機、建筑設備和掌上系統(tǒng)等,；陀螺儀則可以單獨或者與加速度計共同使用,，廣泛應用于從消費電子到專用設備的各種市場；壓力元件則用于醫(yī)療設備等應用之中,。
“作為一家MEMS傳感器先鋒廠商,，VTI的產品廣泛應用于消費電子,、醫(yī)療設備、汽車電子和其他各種應用之中,，提升了應用產品的安全性,、功能性和和效率。”VTI科技總裁兼首席執(zhí)行官Markku Hirvonen對華興萬邦分析師說,。“在2010年,，我們每一項業(yè)務都實現(xiàn)了快速的恢復，來自汽車行業(yè)的需求尤為強勁,。這表明MEMS傳感器正在進入一個新的發(fā)展階段,。”
VTI科技總裁兼首席執(zhí)行官Markku Hirvonen
多樣化應用帶動MEMS市場發(fā)展
MEMS器件最早的批量實際應用源于汽車電子產業(yè)，但隨著近年來消費電子領域的創(chuàng)新不斷涌現(xiàn),，消費電子已經成為MEMS最大的應用市場,，市場規(guī)模超過了15億美元，并以每年近20%的速度增長,。
作為MEMS傳感器的第二波應用高潮,，MEMS傳感器在消費電子中的應用包括運動/墜落檢測、導航數(shù)據(jù)補償,、游戲/人機界面,、電源管理、GPS增強/盲區(qū)消除,、速度/距離計數(shù),、其他體育和保健應用等等。其中陀螺儀是增長最快的部分,，已經成為加速度計后的第二大應用產品,。
VTI在消費電子領域有著完善的MEMS解決方案，其相關產品包括應用于便攜電子產品的加速度計和陀螺儀,，以及正在開發(fā)的MEMS振蕩器等,。該公司的產品以小尺寸、低功耗和高精度為開發(fā)重點,，近期推出了基于其3D MEMS傳感器的3軸陀螺儀CMR3000,。
“便攜消費電子市場是VTI高度重視的一個應用市場，我們在全球市場上積極響應需求開發(fā)各種新的產品,，如具有絕佳溫度穩(wěn)定性的,、業(yè)界體積最小和功耗最低的CMR3000用戶界面陀螺儀，以及即將推出的基于其3D MEMS和芯片技術的SiMEMS時鐘產生振蕩器,。”VTI消費電子業(yè)務副總裁Sten Stockmann說,。
VTI消費電子業(yè)務副總裁Sten Stockmann
醫(yī)療保健被稱為MEMS的第三波應用，同時也被MEMS行業(yè)稱為高價值市場。隨著人口老齡化和醫(yī)療保健費用的提升,，各種遠距離監(jiān)護和高精度治療設備將越來越多地被引入,。VTI是醫(yī)療保健MEMS技術的領先供應商，每分鐘全球就有一臺帶有VTI傳感器的起搏器安裝在患者的體內,；該公司期望與更多的系統(tǒng)廠家合作采用其MEMS傳感器研發(fā)出多樣化的醫(yī)療保健設備,。
技術進步推高市場對MEMS傳感器的需求
技術進步也是MEMS行業(yè)發(fā)展的一個重要推動力，特別是MEMS與數(shù)字芯片在同一封裝內的片上集成,，給MEMS市場振興帶來了巨大的支持,。在2007年推出了MEMS搭載芯片技術(Chip-on-MEMS，CoM)后,，VTI也獲得了巨大的發(fā)展,，各種新的應用解決方案脫穎而出。
不久前,，該公司推出并在近期量產的CMR3000 3軸陀螺儀就是這種MEMS片上系統(tǒng),，不僅其芯片級的封裝使其體積僅為3.1x4.2x0.8 mm3，而且提供了SPI或者I2C數(shù)字輸出,，同時實現(xiàn)了僅為5mA的業(yè)界最低功耗,，而測量精度高達+/- 2000 dps。該器件專為游戲機,、遙控器等人機界面和手機等優(yōu)化,，目前已有客戶將該器件與8051結合設計出高精度投影光標遙控器。
VTI的CMR3000 3軸陀螺儀實現(xiàn)了數(shù)字輸出,、高精度,、小體積和低功耗
用于時鐘發(fā)生的MEMS振蕩器也是當前MEMS應用的一個熱點，隨著便攜電子設備對時鐘發(fā)生解決方案在體積和精度上的要求越來越高,，采用MEMS來替代石英晶體振蕩器的呼聲也越來越大,。市場調研公司Yole的分析表明：MEMS振蕩器的全球市場將從2009年的8百萬美元快速增長到2015年的6.45億美元。
VTI在近期也宣布了進入MEMS振蕩器市場,，該公司采用逆向思維設計出了芯片搭載MEMS的結構(MEMS-on-Chip,，MoC)和芯片級的封裝，實現(xiàn)了小型化,、高精度的時鐘解決方案,。其技術訣竅是用數(shù)字電路來補償穩(wěn)定變化，以保證振蕩器產生的頻率穩(wěn)定在目標頻率上,。VTI的時鐘產品將于近期推出,，采用8英寸晶圓生產從而使該器件的成本大為降低。
VTI在近期將投產的MEMS振蕩器采用芯片搭載MEMS的結構(MoC)和芯片級的封裝
ESP(ESC)將再次推動MEMS傳感器在汽車電子中的應用
MEMS在汽車電子中的應用極為廣泛,，其應用方向和市場需求包括車輛的防抱死系統(tǒng)(ABS),、電子車身穩(wěn)定程序(ESP),、電控懸掛(ECS),、電動手剎(EPB),、斜坡起動輔助(HAS)、胎壓監(jiān)控(EPMS),、引擎防抖,、車輛傾角計量和車內心跳檢測等等。其中電子車身穩(wěn)定程序ESP是許多MEMS廠商高度關注的新應用,，由于其主動防滑功能要求更多的傳感器和先進的處理系統(tǒng),，因此將使汽車電子這一MEMS傳統(tǒng)應用市場再放光芒。
ESP的全稱是Electronic Stability Program,，它是當前汽車防滑的最先進手段,。ESP包含ABS及ASR，是這兩種系統(tǒng)功能上的延伸,，它能夠探測和分析車況并糾正駕駛的錯誤,。ESP對過度轉向或不足轉向特別敏感，例如汽車在路滑時左拐過度轉向（轉彎太急）時會產生向右側甩尾,，傳感器感覺到滑動就會迅速制動右前輪使其恢復附著力,，產生一種相反的轉矩而使汽車保持在原來的車道上。
從電子系統(tǒng)來看,，ESP由控制單元及轉向傳感器（監(jiān)測方向盤的轉向角度）,、車輪傳感器（監(jiān)測各個車輪的速度轉動）、側滑傳感器（監(jiān)測車體繞垂直軸線轉動的狀態(tài)）,、橫向加速度傳感器（監(jiān)測汽車轉彎時的離心力）等組成,。控制單元通過這些傳感器的信號對車輛的運行狀態(tài)進行判斷,，進而發(fā)出控制指令,。
作為一種帶有主動安全措施的全新道路安全技術，全球許多國家和地區(qū)開始立法強制安裝帶有ESP的電子車身穩(wěn)定系統(tǒng)(ESC),，其中美國和加拿大將從今年9月起要求所有新生產的輕型車輛安裝ESC,，歐盟和澳大利亞則要求從今年11月起所有的新型號需安裝ESC，韓國和日本則分別要求從明年1月和10月起所有新型號需帶有ESC,。
“從全球立法的速度來分析,，到2015年全球生產的輕型車輛一半以上將帶有ESC；與此同時電子裝備集成和傳感器融合將進一步拉低ESC系統(tǒng)的成本,，在今后3年內基于硅的陀螺儀將成為主動或被動安全系統(tǒng)的主流技術,。”VTI交通業(yè)務副總裁Hannu Laatikainen說。“包括中國在內的‘金磚四國’擁有全球發(fā)展最快的汽車產業(yè),，我們希望與他們的汽車電子廠家合作共同推進汽車安全技術,。”
小結：MEMS傳感器應用挑戰(zhàn)想象力
從飛機,、大型設備、汽車到各種便攜設備及人體內的心臟起搏器,，MEMS運動傳感器充滿了應用機會,，而MEMS傳感器與數(shù)字芯片的集成也再次帶動了市場的發(fā)展。由于運動無處不在,，通過采用MEMS傳感器而帶來的系統(tǒng)創(chuàng)新也層出不窮,，可以為市場帶來全新的功能和用戶體驗。這已經被任天堂Wii等產品的成功得以證實,，新的MEMS傳感器將考驗系統(tǒng)設計師的想象力,。