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世事無常。種瓜得豆、無心插柳的事情真的會(huì)發(fā)生。意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics，簡稱ST）的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）業(yè)務(wù)發(fā)展就演繹了這樣真實(shí)的故事。 ST大中華和南亞地區(qū)模擬和MEMS產(chǎn)品部市場總監(jiān)吳衛(wèi)東先生介紹說，早期的MEMS技術(shù)屬于高精尖技術(shù)，應(yīng)用目標(biāo)是工業(yè)、汽車以及國防領(lǐng)域，例如打印機(jī)噴墨頭、汽車氣囊加速度計(jì)和MEMS麥克風(fēng)等。MEMS器件被我們所熟知是由于它在消費(fèi)類電子中的廣泛應(yīng)用。先是任天堂游戲機(jī)，然后是智能手機(jī)、智能手環(huán)等移動(dòng)設(shè)備，算起來其興起時(shí)間也不過10年左右。 
圖1：MEMS應(yīng)用始于工業(yè)和汽車，繁榮于消費(fèi)電子 MEMS器件在消費(fèi)類電子應(yīng)用的極大成功為ST帶來了豐厚的收益。如今ST擁有齊全的MEMS產(chǎn)品線，包括陀螺儀、加速度計(jì)、壓力傳感器、磁力計(jì)以及多功能模塊等。ST的MEMS產(chǎn)品被全球主要的消費(fèi)類電子制造商采用，例如華為的旗艦機(jī)型中就包含了ST的內(nèi)置OIS光學(xué)防抖傳感器的6 軸慣性測量單元。據(jù)稱，ST的MEMS產(chǎn)品在2017年的市場份額高達(dá)60%至65%。
圖2：ST用于消費(fèi)類電子的MEMS產(chǎn)品種類齊全 吳衛(wèi)東先生介紹說，ST的消費(fèi)類MEMS產(chǎn)品出貨量基數(shù)已經(jīng)非常大，增長速度逐漸放緩。現(xiàn)在，ST開始尋找新的增長點(diǎn)。這個(gè)新的增長點(diǎn)就是MEMS產(chǎn)品的歷史起點(diǎn)：工業(yè)和汽車應(yīng)用。 與消費(fèi)類市場不同的是，工業(yè)和汽車應(yīng)用要求更加嚴(yán)苛，器件必須符合更嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。簡單地說，就是對(duì)器件的精度提出了更高的要求。以MEMS傳感器為例，傳感器的精度包含噪聲、穩(wěn)定性和誤差幾個(gè)方面，提高精度需要更先進(jìn)的制程和更精密的測試及校準(zhǔn)工作。如下圖所示，傳感器的測試和校準(zhǔn)對(duì)于精度提高非常重要；工業(yè)級(jí)和戰(zhàn)略級(jí)傳感器需要更長的測試和校準(zhǔn)時(shí)間，而這意味著成本的增加。
圖3：工業(yè)級(jí)傳感器需要更長的測試和校準(zhǔn)時(shí)間 MEMS汽車應(yīng)用 MEMS器件在汽車上應(yīng)用由來已久。汽車應(yīng)用包括非安全應(yīng)用和安全應(yīng)用。非安全應(yīng)用主要集中在導(dǎo)航系統(tǒng)，在這一領(lǐng)域ST占據(jù)了大約60%的市場份額。ST的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)包括三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀，可以實(shí)現(xiàn)在GPS信號(hào)缺失下精確的航位推算。非安全汽車應(yīng)用還包括車載設(shè)備MEMS麥克風(fēng)，它用于免提電話、緊急呼叫和噪聲抑制等方面。 汽車安全應(yīng)用包括氣囊、主動(dòng)安全系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。最新的MEMS汽車安全應(yīng)用案例是激光雷達(dá)（LIDAR）。激光雷達(dá)的核心是MEMS微鏡。MEMS微鏡不同于MEMS傳感器，它屬于MEMS致動(dòng)器的一種。在MEMS致動(dòng)器領(lǐng)域，ST與其他專業(yè)廠商結(jié)成了伙伴關(guān)系，其中包括用于相機(jī)對(duì)焦的壓電致動(dòng)器廠商poLight、超聲波測距傳感器廠商Chirp、MEMS揚(yáng)聲器廠商USOUND以及微鏡投影廠商MicroVision。其中，MicroVision公司和ST合作推廣激光束掃描（LBS）技術(shù)，應(yīng)用場景包括激光雷達(dá)，以及微型投影儀、VR、AR和HUD等市場。 智慧工業(yè)應(yīng)用 工業(yè)領(lǐng)域包括無數(shù)的細(xì)分市場，各種應(yīng)用千差萬別，對(duì)器件的要求頗高，用量卻不大。但因?yàn)檫@些市場利潤率較高，所以很多半導(dǎo)體廠商也非常重視這些市場。 吳衛(wèi)東先生介紹了MEMS器件在工業(yè)領(lǐng)域的一些應(yīng)用案例，這里簡單描述其中的兩個(gè)：一個(gè)是地震監(jiān)測儀，另一個(gè)是設(shè)備檢測和預(yù)知維護(hù)系統(tǒng)。 下圖這個(gè)電容反饋式地震計(jì)中采用了ST的高精度加速度傳感器LIS344ALHTR（10000g），它具有超低功耗的特點(diǎn)。該地震計(jì)常年深埋在低下，無需任何操作，但一直保持通信連接，隨時(shí)傳遞地質(zhì)數(shù)據(jù)。
圖4：電容式反饋式地震計(jì) 相比之下，工業(yè)設(shè)備監(jiān)測和預(yù)知維護(hù)的需求量更大，幾乎所有的機(jī)電設(shè)備都可以通過配置這樣裝置來降低財(cái)產(chǎn)損失。一般來說，設(shè)備出現(xiàn)故障之前都會(huì)發(fā)出一些征兆，例如冒煙、發(fā)熱、發(fā)出噪聲、功率下降等等，但一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)是振動(dòng)的異常。工況監(jiān)測方法是在旋轉(zhuǎn)設(shè)備上安裝運(yùn)動(dòng)傳感器，定期接收傳感器數(shù)據(jù)，并將實(shí)測數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較，查看機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)不良趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)預(yù)知性維護(hù)。監(jiān)測異常振動(dòng)正式MEMS傳感器的用武之地。
圖5：設(shè)備監(jiān)測和預(yù)知維護(hù) 總結(jié) 如果說意法半導(dǎo)體的MEMS業(yè)務(wù)在消費(fèi)類電子領(lǐng)域的爆發(fā)式增長屬于種瓜得豆的話，那么如今該公司回頭再攻汽車和工業(yè)市場則可謂不忘初心了。經(jīng)過這些年的技術(shù)積累和工藝完善，MEMS器件已經(jīng)更精確、更節(jié)能、更小巧、更多才多藝了，應(yīng)該可以在更多的應(yīng)用場合顯露身手了。 |
