《电子技术应用》

详解意法半导体将如何布局智能工业MEMS市场

2018/9/15 11:33:06

  根据Yole Developpement年初的统计显示,2017年全球MEMS市场总额预计为129亿美元,比2016年的114亿美元增长了13%,尽管增速依然超过了半导体平均增速,但和几年前相比,增速已经放缓。

  什么叫做MEMS?在此先做个小科普:它的全称Micro Electromechanical System,简称微机电系统。它是指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置,其内部结构一般在微米甚至纳米量级,是一个独立的智能系统,主要由传感器、动作器(执行器)和微能源三大部分组成。您可别小瞧了这个比“指甲盖”还要小的薄片装备。各大领域都遍布了它的身影,包括物理学、半导体、光学、电子工程、化学、材料工程、机械工程、医学、信息工程及生物工程等多种学科和工程技术,为智能系统、消费电子、可穿戴设备、智能家居、系统生物技术的合成生物学与微流控技术等领域开拓了广阔的用途。

  提到MEMS就不得不想到意法半导体(以下简称:ST),在探寻MEMS的路上,ST一直在努力,秉承“传感器技术向智能化和独立化发展”的思路,迄今为止ST的出货量已达到140亿片,早已成为MEMS圈子重要玩家之一。这家成立于1988年的公司一直从事数字消费电子、微控制器、汽车产品、智能功率、MEMS和传感器的研发,目前业务区域包括欧洲区(德、意、法)和亚太区(中、日、韩及南亚),ST一直坚持走多元化产品战略,旗下众多的半导体产品以及解决方案已经渗透到制造业的各个领域。如今,面对智能工业的高速发展,ST的微控制器、功率产品、传感器已得到了广泛应用,而其重要的MEMS也计划要在该领域分一杯羹。

  近日,来自ST传感器产品部消费类MEMS事业部总监Simone Ferri介绍了ST的MEMS产品在智能工业领域的战略布局。

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  Ferri介绍了全球半导体的整体的发展趋势,他指出MEMS实现了第一次井喷式发展,最主要的受益者为智能手机领域,由于智能的需求,传感器的应用为手机带来了质的飞跃。那时MEMS的市场发展已进入“黄金时代”,以智能手机为代表的消费电子产品大幅拉升MEMS器件的出货量。然而,智能手机/便携式应用市场已接近饱和,这意味着MEMS市场增速较之前几年已明显放缓。但是,在其他市场里依然蕴藏着丰富的“宝藏”等待着被挖掘,比如工业、医疗和汽车领域还在提供增长和盈利的能力。Ferri认为下一波MEMS浪潮将爆发在云/Iot服务、自动化时代(智能工业、自动驾驶)这两大板块。

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  全新商业模式的关键促成者

  那么,如何应对下一波MEMS浪潮的到来?Ferri为我们讲到,从消费领域到汽车领域到现在的工业领域,每一步ST的MEMS都走得很扎实,除了给客户单芯片的方案以外,ST还会为客户提供完整的解决方案。此外,除了有丰富多种多样的传感器以外,ST还有MCU作为主控,以及作为数据连接关键器件的连接器件,这三者就形成了微小的子系统。

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  Ferri表示,面对工业领域繁杂的生态系统,ST会把包括MEMS在内的一系列关键器件提供给MEMS模块制造商或MEMS产品提供商,通过他们实现基于ST的传感器节点,最终部署到工业4.0网络节点处。之后系统集成商采集这些节点的数据,收集到云端,在服务器端做大数据分析,最终应用到不同的市场中。比如说机器人、汽车以及能源、农业,这些和消费电子领域有着完全不一样的市场。由此看出ST在工业领域的更开放的态度会让他们能获得更多供应商的青睐。

  在传感器设计上,ST一直以来都有着自己的特色。众所周知,传感器的设计分三个方面:一是MEMS微机电的设计,二是ASIC数据电路的设计,最后是芯片的封装。Ferri介绍道:“在这三块,我们会针对不同市场的需求去做不同的设计。比如说对于消费市场,我们针对低功耗的需求,做出了集成超低功耗前端的放大器的ASIC,而针对气压计我们则有一些定制封装,在工业应用中同样如此。”

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  可满足多种需求的安装

  在工业领域有些设备已使用多年,很难去再换一台新设备,只能想办法在先有的设备上进行传感器的安装。这对ST来说都不是难事,对于现有设备可以完美的为其附加传感器,通过无线传输的方式把传感器检测到的数据上传到系统;而在新增设备上ST会有更大的空间去更好地设计传感器。比如选择更容易检测到振动的位置,以及利用工业领域比较流行的IO-Link工业通信协议,这样都可以更好地让传感器数据通过系统总线上传到系统。

  Ferri着重介绍了ST的高精度高灵敏度的倾角计,这颗器件可以广泛地应用在路桥、隧道以及建筑设计中。在隧道里,这个倾角计可以用来监测某个管道的倾斜角度以及可以用来检测某些设备的振动,有助于道路安全以及建筑安全。另外还可用于重型叉车中,倾角计可以用来监测叉车前面叉的角度,如果超过安全范围,会及时给系统报警。

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  目前,MCU在工业领域作为主控的地位越来越重要,传感器作为辅助感知单元跟“大脑”MCU结合得越来越紧密,各种数据都需要传感器去采集,并上传到MCU中。ST的连接、功率器件,可以让工业4.0领域提供完整的方案。而且,基于ST在消费领域以及汽车领域的成功经验,可以把先进的技术“移植”到工业4.0领域中去。并且得益于ST之前在消费领域和汽车领域的成功经验,使得各个器件满足工业市场上对精度、功耗、可靠度的不同指标的要求。在消费电子领域,ST的传感器可以说是大获成功,他们积累了很多专利以及相应的设计,也会把这些成功的专利或者设计用在如工业或者汽车等新领域。Ferri列举了ST从消费类市场延伸到工业市场的应用案例:电子香烟里的ST芯片级防水气压计不仅可应用于消费类的电子香烟,也可以应用到油气管道的气压变化监测。

  新产品应对新需求

  ST不断开发出新产品以应对针对在工业领域里不同变化的需求。比如在运动传感器方面,他们推出了高精度6轴惯导、高精度的倾角计、低功耗的加速度计以及超低功耗和高准确度的振动计。在环境传感器上又推出了硅麦克风IMP34DT05,即使在超过两万赫兹的频率下也可以呈现良好的频响特性。

  EEWorld小结

  ST有着丰富的大量交互的MEMS经验,为其向工业市场延伸打下了扎实的基础。同时,ST的传感器可以针对不同客户,不同市场需求做定制化芯片设计。而且,他们在工业领域将会有一个丰富的产品的计划,加上他们为工业级市场提供十年供货额承诺,能让ST在智能工业领域这条路上走得更远。

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  ST大中华暨南亚地区MEMS&传感器市场部经理 倪明(左)、ST MEMS 传感器产品部消费类事业部总监Simone Ferri(中)、ST大中华暨南亚地区MEMS&传感器市场部经理 徐永刚(右)三人解答记者的提问


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