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物联网时代,MEMS传感器发展面临更多挑战

作者:王莹 叶木子时间:2015-10-09来源:电子产品世界收藏
编者按:上海微技术工业研究院(SITRI)协办的第二届MIG亚洲会议上,全球传感器巨头畅谈了未来的MEMS传感器发展战略;会后本刊还采访了其他MEMS厂商,请他们谈了关注的方向。

TI:进军微投与沉浸式投影

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/280682.htm

  最令TI(德州仪器)(数字投影技术)骄傲的当属今天10家数字影院中有8家以上采用了技术。为此,TI还荣获了奥斯卡奖——2015年2月,凭藉发明用于 DLP Cinema 投影机的DMD(数字微镜器件)技术, Larry Hornbeck 博士荣膺2014 年学院奖(奥斯卡奖)的科学技术奖。

  不过,TI DLP不满足已有成就,把目光投向了微投和沉浸式投影。TI DLP Pico产品线业务拓展经理Bill Bommersbach于2015年8月底造访北京,称推出了更小型的显示技术与方案。

  众所周知,对于数字投影来说,亮度、分辨率和效率是DLP主要方向。如今TI DLP(数字投影)投影的像素已从7.5微米降低到5.4微米,为此TI 发明了TRP像素技术,可使微镜密度增加1倍;同时微镜可旋转角度更小,由此光亮可更集中。因此密度可达720p,亮度从50lm 提升到200lm。

  如今,DLP不仅用于影院,在无屏电视显示领域(微投)和可穿戴显示(沉浸式)领域也跃跃欲试。为此,2015年6月,TI向微投影市场推出了DLP Pico 0.47英寸TRP全高清1080p芯片组,适用于微投产品和沉浸式显示应用,特点是尺寸更小。另外,为了让客户不纠结于怎么做,而是如何应用,目前TI已创建了由50家厂商组成的生态圈。

  例如,在无屏电视显示领域,DLP可与互联网设备完美结合。TI DLP中国区业务经理王洋昔展示了中兴通讯(ZTE)推出的便携式设备显示(如图),适合三五人的小型会议投影需要。另由于可以随意摆放角度,还可投射在天花板上,躺着就可以看大片。

  头戴式显示等可穿戴显示是当前的研发热门,也是显示中最复杂的,技术难点包括计算、图像捕捉、电池功耗等。如果单是显示,挑战有头晕、过重、过大等。DLP的优势是由于地低延时,可避免头晕现象;另外DLP的画面清晰,可把两个显示——内部显示与外界显示叠加。

ADI:传感器,左右可穿戴设备的设计走向的中枢

  传感器在可穿戴设备上的应用设计与传统的手机等终端的应用设计有着不同的侧重点。ADI亚太区微机电产品市场和应用经理赵延辉:“与传统的手机市场不同,传感器会在穿戴设备里起到举足轻重的作用。这是因为手机最基本的功能是通话,而穿戴设备最基本的功能是运动传感。且由于穿戴设备一般都是电池供电,还要求产品重量轻、体积小、待机时间长,这就对核心传感器提出了更高精度,更低功耗,更小体积的要求。”

  一些专家认为,传感器的精确度是左右可穿戴设备未来市场发展的一个重要因素,对此赵延辉表示:“穿戴设备的主要目的就是用来监测用户的各种运动或是健康指标,如果用来做这些事情的传感器精度不够,那相应的穿戴设备就失去了意义。一个好的传感器可以正确反应用户的在不同状态下,可能引起的传感器输出变化,而对于干扰信息可以有效滤除,而不是让其混叠到有效信息里。再有就是功耗,对于穿戴式产品来说,由于是7x24小时佩戴,功耗问题是非常重要的。”

  在MEMS传感器未来的应用设计方面,可创新的方向会有许多例如精度,功能等。赵延辉在提及未来创新方向时列举了这样几个点:第一,微型化的同时降低功耗。将会出现微米甚至纳米级别的微型器件,同时降低功耗;第二,微型化的同时提高精度,将MEMS加速度计做到石英加速度计的噪声特性,保证MEMS陀螺仪小体积的同时获得光纤陀螺仪的零偏稳定性,且可提供远优于光纤陀螺仪的抗冲击特性;第三,集成化及智能化趋势,即MEMS与IC的集成制造技术及多参量MEMS传感器的集成制造技术得到发展,以及在集成化基础上使得信号检测具有一定的自动化。

MEMS传感器制造的难点

MEMS制造需要标准吗?

  ST的Benedtto Vigna称,目前几家大公司有各自的生产工艺,没有一个共同的生产工艺标准。飞思卡尔的Ian Chen解释道:白猫黑猫,只要能抓住老鼠就是好猫。因此所谓的制造标准完全没必要的,但某一个部件或者是这个部件的应用是可以有标准的。

  至于测试的方法,也不需要统一的标准。因为测试跟成本是有关系的。MEMS的测试是厂商货品成本中相当重要的一部分,所以每家公司有自己不同的心得,怎样做得最省钱、最好,所以各家的测试并没有一定的标准,但是各家做出来的产品可以互用。

MEMS和CMOS整合趋势

  飞思卡尔Ian Chen称,MIG(传感器协会)正在制定路线图,比如MEMS怎么用到radio(无线电)上面,怎么适应供电的需求等等,但是目前集成电路运用MEMS还处在很初级的阶段。MEMS和CMOS的整合可以应对radio、供电等各个方面挑战的唯一途径。

MEMS封装方式

  各家主要的重点放在效益上,比如TSV(硅通孔)又小又好;但是确实遇到了一些客户,他说就要大一点、便宜一点的就行了。

  目前,WCSP、TSV等是封装的主流,客户会更倾向于哪种?用一句话高度概括地回答:最终客户并不在乎封装在里面的是什么,他们根据规格参数购买部件,无所谓是不是晶圆级芯片尺寸封装(WCSP)还是TSV封装,客户通常不会问这些问题。

本土MEMS制造需建立平台,做出特色

  应用材料公司全球服务产品事业部200毫米半导体及动力辅助设备副总裁原铮博士:中国MEMS制造发展快,例如应用材料公司过去三年在华的业绩迅速。

  本土MEMS传感器企业越来越多。但是世界领军企业还是欧美的那几大厂商,原因一是因为MEMS传感器需要漫长的打基础时间,另外企业需要有远见,并坚持去实现。

  中国MEMS企业自己要创造一个平台,提升技术,而不是搞价格战。同时做满足本土应用的传感器。中国人口众多,市场的多样性、可变性就很多。而且以应用为导向的产品是中国的强项,但是没有一个基本的技术平台就显得水平较低了,如果估值都不准确也不行,像PM2.5感测一样。

  同时必须要要有远见,因为国内有一些政府投资的企业的审批时间较长。例如到底上6英寸还是上8英寸?最好选择8英寸,因为现在人们都考虑12英寸了。

  关于先进工艺和成熟工艺的关系,先进工艺还是会继续往前走,今后三五年没问题。但是随着的发展,人们也会在原有制程基础上开发出不同的应用,但遗留的300毫米和200毫米应用会和现在有很大的区别。就像现在有些设备可能不会有竞争力了,又转到制造功率器件,接着还可以继续转到MEMS制造。

参考文献:

  [1]MEMS传感器传递智能生活新理[J].电子产品世界,2014(1):17

  [2]Jacqueline Leff ,Rick Ercolano .用于实现医疗设备微型化的传感器解决方案[J].电子产品世界,2014(4):23-25

  [3]Majid Dadafshar.速度计和陀螺仪传感器:原理、检测及应用[J].电子产品世界,2014(6):54-57

  [4]王莹.MEMS传感器市场热点[J].电子产品世界,2014(9):9-10

  [5]王莹,孙俊杰,叶雷.传感器市场热点[J].电子产品世界,2014(9):11-13

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