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ST传感器总经理谈MEMS经验及新产品动向

作者:王莹时间:2019-04-01来源:收藏

随着新技术、新产品和5G的到来,的应用一直在延伸。下一代的特点是什么?在“2019慕尼黑上海电子展”期间,意法半导体(ST)模拟、事业部副总裁,MEMS产品部总经理Andrea ONETTI先生专程来到上海,接受了电子产品世界等媒体的采访。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201904/399109.htm

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1  如何做好MEMS

已有20年MEMS经验的ST公司认为主要有四点。

首先有自有工艺和充足的产能。例如,ST是拥有很大的自有产能的半导体公司,很大一部分MEMS的产能是自给的。这里有两点非常关键:一是机械部分,ST完全拥有自己的产能;二是因为MEMS和传感器不仅要提供感应功能,同时非常重要的一点是精度。要达到高精度,不仅靠封装,还需要有校正工具,不同的校正技术可以直接体现出传感器的精度和传感器的优良特性。因此在校正方面,ST也是完全有自己的校正技术。

其次是重视研发。ST 在MEMS方面的投入非常大,2018年约有145项专利。实际上,ST每年都有不同的新专利产生,涵盖设计、应用和生产等方面。

再有,重视软件投入。要把传感器用好、体现出其性能,需要把软件作为一种产品来进行开发。ST的产品和软件库有150种以上。

最后,重视线上推广。ST的客户目前已达3万,数量巨大。为了使产品零距离地触及到客户,现在ST网站上有很多产品 和设计资源,以方便研发工程师索取。

基于以上措施,ST每天的产能可达600万片传感器。在现实世界中,已经累计出货超过150亿片的产品。在应用上,每2台手机里就有1个ST的传感器在里面;在汽车产品中,每3个车载导航仪中就有1个装有ST的传感器;通信设备、计算机及外设里,每2个DRAM中就有一颗ST的温度传感器。

2  传感器的特点和发展走势

从ST的角度看,工业和汽车是潜力很大的应用。ST已推出了相关产品,例如在工业类应用中已推出了带防水性能的压力传感器。

其次,消费类电子、工业类、汽车类的相互之间的融合会越来越强。其实消费类电子中,有很多新技术会首先被采用和专门开发出来。随着融合的发展,消费类世界里的传感器会越来越多拓展到工业类和汽车类的应用。例如,ST的压力防水传感器就是从消费类开始,现在达到了更高规格,可以满足工业类规格的需求。

再有,多种传感器融合,且智能化提升,拓宽了更多需求和更大价值。

最后,从始至终的高精度。这不仅意味着在用的时候是高精度,而且在整个产品生命周期里也维持高精度的性能。因为传感器会随着时间和温度有一定的漂移,但ST等传感器厂商希望传感器可以真正达到从始至终的高性能保证。

3  在个人电子市场找到产品差异化

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个人电子市场是MEMS的热点应用领域,每家MEMS厂商都会根据自身特点找优势。例如ST有三方面优势:人工智能,振动与声音融合,震动感应。

3.1  人工智能

传感器最初是感知数据,发展到现在,传感器已经可以预知下一步,或者把数据采集回来后,上报的数据越来越精确。在结构上,基本传感器的功能大家都是有的,即:通过数字处理进行滤波、温度补偿达到更好的数据。再下一步,可以看到机器学习的功能加入,可以把原本需要在处理器里做的一些任务,在传感器本体上就可以去实现,甚至其他传感器也可以接入到这个传感器里做一些融合功能。

例如,现在我们跑步或者做其他运动,需要在智能手表上启动相应的模式,选出是跑步、竞走或是游泳。而把AI功能做进去以后就不用选择运动模式了,因为通过人工智能(AI)、机器学习模式的算法,会知道你今天在什么状态,例如会知道你的手表、手机是放在桌子上还是在口袋里,甚至是放在上衣的左边还是右边。这是因为有很多数据模型,这些数据模型经过处理后,就可以判断出你是在什么样的姿态。这一切智能的实现,前提要保证数据质量高、听得清晰、功耗足够低、尺寸足够小,这样终端产品才可能承受得了。所以,未来的智能化传感器将有一定的数据处理功能、一定的判断功能,从而可以把在处理器里做的100%的工作降为20%~30%的工作量。

2.png具体场景如上图,未来的传感器可以判断你在什么样的模式,是走路还是骑车?你做运动时,它就知道你进入了哪个环节,不需要人为触发。有时候你会不小心碰到,比如误触发等,传感器可以根据实时状态检测,自动规避掉错误发生。甚至现在有客户在做这样的功能:当你坐飞机时,会提醒你处在飞行模式,因此它已经知道你起飞了,会直接切换到飞行模式,不需要人为再做任何操作。这是一个非常简单的功能,但需要传感器具备智能的能力。

3.2  振动和声音的算法融合

2019年无线耳机市场很火爆,相信2019年的增长势头会更强劲。通常无线耳机里会有一个加速度传感器,因为你用手敲它,就可以做一些功能控制。更进一步,通过麦克风和加速度传感器的融合,可以使耳机分辨你的声音,滤去周边的杂音。

ST已开发出这种加速度传感器(如下图),可以检测骨振动,由此可以知道你在说话,和麦克风融合,即把这两个传感器的信号融合在一起,这样即使你在嘈杂环境下说话,这个产品只会把你说话的声音采集下来,会把后台背景噪音通过算法过滤掉,不管你在地铁里还是大街上,还是房间里,对方听到的都是很清楚的声音。

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这种融合创新带动了加速度传感器的应用市场。因为加速度传感器在过去几年已经达到相对稳定的市场需求的状态,一年全球需求量是15亿颗,但2018年因为有了这样的产品,增加了三四亿颗的需求量。

实际上,这只是消费电子中一个融合的案例,还可以找到更多不同传感器间配合应用的案例。在工业类、汽车电子类中,不同的传感器把声学、光学、运动等融合在一起,也可以达到创新型的开发。

3.3  撞击检测

在整个运输、使用中加入检测功能,可以防止一些潜在危险发生。

那么,为什么撞击检测是未来的一个趋势和潜在市场?锂电池是显而易见的应用,因为锂电池在多次撞击状态下会发生极端情形(如下图),特别是当它撞击时还在进行大电流充电时。新型传感器可以检测物体的撞击,这种撞击不但是事件本身,甚至随着传感器可以给到的信息更具体、更准确,可以演算出撞击的能力和撞击时的状态,这些都可以给整个系统后台电池的安全性或者其他的一些信息。

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此外,还可用于贵重物品运输时的状态监测。

4   ST其他亮点产品

ST有丰富的MEMS产品(如下图)。每类图标所示的产品所需求的工艺和校正能力都不同。ST起家与消费电子,擅长大规模制造,现在正在把这种经验移植到富有潜力的汽车和工业市场。

5.png图 ST MEMS的近二十年发展历程

    亮点产品有防水型气压计(如下图)。最近几年防水类产品,诸如手表、手机中有一些型号已经开始广泛应用。2017年ST和一家做电子烟的美国客户合作,把电子烟技术提升,配合压力传感器应用,可以让电子烟的特性完全具备传统烟草的特性,最主要的功能是尼古丁的提取量。从专业人士分析来讲,让吸烟者真正有吸烟的感受。在这种环境下,相对传统电子产品来讲是不同的,它有烟、有潮湿、有颗粒的问题。ST防水气压计的出现,就可以在这种电子烟产品中满足各方面规格的需求。

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    传感器在工业类应用中,可以看到越来越多的需求是在建筑物检测。去年意大利发生了一起桥梁倒塌,原因是混凝土建筑或房屋建筑随着时间推移,几十年后会有自然损耗,会存在一定的风险系数。所以,工业类传感器,像高精度倾斜器,可以帮助计量房屋老化程度,是否存在安全隐患。这使得桥梁检测等,特别是随着连接技术更加成熟,可以带给社会整体安全一个很好的体现。

    在智能驾驶方面,MEMS传感器可以做的是惯性导航精度和准度,而且只有惯性导航可以来实现。从客观的情形要考虑到,隧道里什么信号都没有,智能通过惯性导航系统对车辆达到实时检测和安全实现。简单来看,在30秒中要达到20厘米精度停车或者制动的精准度,一是要有很高精度的传感器,二是在车规方面要达到精度和制造能量。Andrea ONETTI先生透露,2019年ST在国内的一家合作伙伴,已达到了L3等级的产品有上百万的出货。

5  结论

      ST有近二十年的MEMS传感器经验。在消费类传感器市场增长趋缓的情况下,用多种传感器融合的方法来拓宽传感器的应用;同时利用在消费类传感器方面的成功经验,进行改良优化和提高校正精度,向汽车和工业领域进军。ST的原生优势是批量制造能力,有自己的工厂和完整的校正工艺,及双产能保证。



关键词: MEMS 传感器

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