近日国内MEMS产业好事连连

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 最近,国内MEMS产业可谓好事连连:深迪半导体发布国内首款三轴MEMS陀螺仪ST200G;致力于MEMS加速度计、陀螺仪和电子罗盘的新创公司矽睿半导体 (QS Technologies)在上海成立;罕王斥资30亿兴建8英寸MEMS晶圆厂;关于MEMS配套产业园区的建立和政策扶持的新闻也是接二连三。

取得这些阶段性成果,值得恭喜和鼓励,但就国内整体MEMS产业而言,还有很长一段路要走,国内MEMS产业起步相对较晚,从产业分布来看,长三角地区主要以研发为主,应用层面大多分布在珠三角地区,从产品形态来看,MEMS麦克风发展最好,瑞声科技的MEMS麦克风已经打入苹果产品供应链,但其MEMS芯片还是外购于英飞凌。瑞声科技也在进行MEMS芯片的开发,初创公司无锡芯奥微和苏州敏芯也在这一领域有一定的技术积累。

在消费类惯性传感器方面,硅谷海归创立的无锡美芯开发出的三轴磁传感器已量产出货,成功应用于智能手机等便携设备。苏州明皜和上海深迪在今年分别发布了三轴加速度计和三轴陀螺仪,目前还未量产。从深迪半导体网站公布产品规划来看,下一步应该是三轴陀螺仪+三轴加速度计芯片的六轴IMU以及陀螺仪+加速度计+地磁仪的九轴方案。步伐较ST和InvenSense这些国际厂商,稍慢了一些。

此外,据中国微纳技术俱乐部会长王懿先生介绍:“目前MEMS晶振、自动对焦执行器、微扬声器和MEMS操纵杆在国内还处于真空状态;微镜、温湿度传感器、气体传感器、生物芯片和微流控芯片在国内均有产品,但是基本处于起步阶段;另外,红外焦平面阵列芯片主要应用于军事领域,国产化需求强烈,国内公司主要有浙江大立、武汉高德、北京广微积电和上海巨哥,产品主要特点是良率低,单价高。”

从应用市场来看,据Semico Research的调查数据显示,2011年,智能手机中的MEMS产品销售额占20%,2011~2015年,复合年增长率将达38%。智能手机将在2014年取代汽车,成为MEMS的最大应用市场。王懿认为,2012年,更多的MEMS器件将用于消费电子产品中,如压力传感器、自动对焦执行器、微镜和温湿度传感器。智能手机仍将起到火车头的拉动作用;同时,平板电脑将提供新的增长机会。

随着iPhone引爆了MEMS传感器市场,将其带入消费电子,现在MEMS加速度计和陀螺仪已基本成为高端手机的标配。而且因智能手机和平板电脑的热卖,越来越多的厂商切入陀螺仪市场,除了传统厂商ST,InvenSense等,罗姆旗下加速度计供应商Kionix已进入陀螺仪市场,松下最近也推出三轴陀螺仪。一些大厂也通过收购进入这一市场:Maxim收购SensorDynamics、Murata收购VTI,可以预见的是,不久的陀螺仪市场将是一片红海。而有些厂商则选择避开这一波消费电子的应用浪潮,直接切入被认为是下一个热门应用领域的医疗电子,如索尼收购Micronics。

如何让自己的陀螺仪产品在市场上更有竞争性,如何与手机中现有传感器合作,拓展更多新应用,这就是目前很多厂商都在研发的组合传感器。现阶段在智能手机中,MEMS加速度计用于做横竖屏切换、平衡球等简单应用中,陀螺仪用于拍摄全景照或某些简单游戏中。意法半导体(ST)技术营销经理闫子波先生表示:“如果把加速度传感器、陀螺仪和地磁传感器的数据融合在一起,经过算法处理,能够输出四元数和旋转矢量,这两者的输出可以扩展出很多的应用,比如,扩展现实、位置信息服务、室内导航等,这些新的应用会驱动越来越多的手机和平板需求多种传感器。另外一点,手机中光学防抖也对陀螺仪提出很高的要求,需要陀螺仪配合摄像头模组形成一个反馈闭环,具有高相应速度和低噪声的特点,这也是可以看作陀螺仪和CMOS sensor的一个融合应用。”

据闫子波介绍ST已经有多种组合产品:“比如:LSM330D就是加速度+陀螺仪,封装只有3x5.5mm,下一代产品只有3x3.5mm. LSM303D是ST新推出3x3mm的加速度和地磁传感器组合产品,大大简化电子指南针的设计。ST也有9轴芯片(加速度+陀螺仪+地磁),而对于10轴组合产品, 现在已经有SIP。设计出组合传感器不是问题,而最重要的是能否契合市场的需求,并且每种传感器有其特性,比如压力传感器需要其上部开孔,现阶段超薄手机更关注传感器的高度,而不是面积等等,这些都会给组合产品设计带来一些挑战。”

而在年初推出全球首款9轴组合传感器的InvenSense,其多款产品已被三星和HTC等多家手机厂商使用。InvenSense公司业务开发副总裁JosephJiang接受本刊采访时表示:“InvenSense的9轴组合传感器MPU-9150采用4x4x0.9mm尺寸封装,与6轴 MPU-6050 和3轴 MPU-3050产品可实现pin-to-pin兼容,使得客户可以方便地迁移到我们的新一代产品中。同时,很多手机和平板大厂也采用了我们的方案,如三星 Galaxy Nexus 以及 HTC One”

另外,他透露,最近InvenSense发布了一个穿戴式传感器开发工具包,并收到客户面积极的反馈。他也期待最新的9轴组合传感器产品能快速被应用在体育/健身和健康监测市场。

像ST和InvenSense的单芯片集成组合传感器产品在国内暂处于真空状态,虽然很多公司已在这方面进行开发。王懿认为主要有以下几个方面的原因:首先,国内公司对单个传感器的研发还不成熟,3轴加速度计和3轴陀螺仪均无量产经验。其次,国内大部分MEMS初创公司没有实力自己研发ASIC芯片,需要与IC设计公司配合。据他了解,无锡美新、上海深迪有自己的ASIC团队,并正在研发多轴整合的ASIC芯片。再次,有些MEMS芯片与ASIC工艺不兼容,只能采用多芯片、系统级封装形式。最后,从市场应用角度看,集成并非绝对的好,需要针对应用具体分析,消费类市场对成本极为敏感,组合传感器的性价比不一定优于单个传感器。因此,对于现阶段国内厂商而言,不易切入单芯片组合传感器市场。

对于国内公司来说,就算再难也要进入,市场不能没尝试过就丢掉。ST闫子波认为:对于国内MEMS产业而言,需要的是经验、时间和市场的考验,这个市场是变化很快的,从加速度传感器的价格就可以看出竞争已经多么激烈了。王懿则认为该产业应由政府牵头,通过MEMS行业上、中、下游的合作,开发CMOS MEMS设计、制造、封装及测试平台,加上人力成本优势,才有实力与国外厂商竞争。

但同时也有一些利好消息,中国的MEMS产业链正在不断完善(如苏州和淄博中试平台、无锡晶圆级封装平台),各地政府的优惠政策(如苏州领军人才、无锡530计划、上海千人计划),都促进中国MEMS步入快速发展期。

王懿认为MEMS产业的发展同样也给其他行业带来机遇:

(1)传统的IC代工厂将落后的产线改造为MEMS生产线,以提高利润率;

(2)IC设计公司可为MEMS设计公司“量身定制”ASIC芯片;

(3)IC封测厂也可引入一些设备,如MEMS专用高真空封装炉、转台和磁场发生器,涉足MEMS行业;

(4)系统集成商可研究传感器融合算法,提供多轴运动模块,应用领域有智能遥控器、惯性导航和人体运动监测等。

这些机遇和利好政策对国内MEMS厂商无疑是一味兴奋剂,但本土厂商面临更大的挑战来自于技术,工艺以及配套产业的短缺和不完善,目前摆在本土厂商面前最艰巨的任务就是结合本土优势,稳扎稳打,储备竞争力,厚积薄发,于红海中闯出一条生路。

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