《電子技術(shù)應(yīng)用》
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詳解意法半導(dǎo)體將如何布局智能工業(yè)MEMS市場

2018-09-15

  根據(jù)Yole Developpement年初的統(tǒng)計顯示,,2017年全球MEMS市場總額預(yù)計為129億美元,,比2016年的114億美元增長了13%,,盡管增速依然超過了半導(dǎo)體平均增速,,但和幾年前相比,增速已經(jīng)放緩。

  什么叫做MEMS?在此先做個小科普:它的全稱Micro Electromechanical System,簡稱微機電系統(tǒng),。它是指尺寸在幾毫米乃至更小的高科技裝置,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級,,是一個獨立的智能系統(tǒng),,主要由傳感器、動作器(執(zhí)行器)和微能源三大部分組成,。您可別小瞧了這個比“指甲蓋”還要小的薄片裝備,。各大領(lǐng)域都遍布了它的身影,包括物理學(xué),、半導(dǎo)體,、光學(xué)、電子工程,、化學(xué),、材料工程、機械工程,、醫(yī)學(xué),、信息工程及生物工程等多種學(xué)科和工程技術(shù),為智能系統(tǒng),、消費電子,、可穿戴設(shè)備、智能家居,、系統(tǒng)生物技術(shù)的合成生物學(xué)與微流控技術(shù)等領(lǐng)域開拓了廣闊的用途,。

  提到MEMS就不得不想到意法半導(dǎo)體(以下簡稱:ST),在探尋MEMS的路上,,ST一直在努力,,秉承“傳感器技術(shù)向智能化和獨立化發(fā)展”的思路,迄今為止ST的出貨量已達到140億片,,早已成為MEMS圈子重要玩家之一。這家成立于1988年的公司一直從事數(shù)字消費電子,、微控制器,、汽車產(chǎn)品、智能功率,、MEMS和傳感器的研發(fā),,目前業(yè)務(wù)區(qū)域包括歐洲區(qū)(德、意,、法)和亞太區(qū)(中,、日,、韓及南亞),ST一直堅持走多元化產(chǎn)品戰(zhàn)略,,旗下眾多的半導(dǎo)體產(chǎn)品以及解決方案已經(jīng)滲透到制造業(yè)的各個領(lǐng)域,。如今,面對智能工業(yè)的高速發(fā)展,,ST的微控制器,、功率產(chǎn)品、傳感器已得到了廣泛應(yīng)用,,而其重要的MEMS也計劃要在該領(lǐng)域分一杯羹,。

  近日,來自ST傳感器產(chǎn)品部消費類MEMS事業(yè)部總監(jiān)Simone Ferri介紹了ST的MEMS產(chǎn)品在智能工業(yè)領(lǐng)域的戰(zhàn)略布局,。

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  Ferri介紹了全球半導(dǎo)體的整體的發(fā)展趨勢,,他指出MEMS實現(xiàn)了第一次井噴式發(fā)展,最主要的受益者為智能手機領(lǐng)域,,由于智能的需求,,傳感器的應(yīng)用為手機帶來了質(zhì)的飛躍。那時MEMS的市場發(fā)展已進入“黃金時代”,,以智能手機為代表的消費電子產(chǎn)品大幅拉升MEMS器件的出貨量,。然而,智能手機/便攜式應(yīng)用市場已接近飽和,,這意味著MEMS市場增速較之前幾年已明顯放緩,。但是,在其他市場里依然蘊藏著豐富的“寶藏”等待著被挖掘,,比如工業(yè),、醫(yī)療和汽車領(lǐng)域還在提供增長和盈利的能力。Ferri認(rèn)為下一波MEMS浪潮將爆發(fā)在云/Iot服務(wù),、自動化時代(智能工業(yè),、自動駕駛)這兩大板塊。

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  全新商業(yè)模式的關(guān)鍵促成者

  那么,,如何應(yīng)對下一波MEMS浪潮的到來,?Ferri為我們講到,從消費領(lǐng)域到汽車領(lǐng)域到現(xiàn)在的工業(yè)領(lǐng)域,,每一步ST的MEMS都走得很扎實,,除了給客戶單芯片的方案以外,ST還會為客戶提供完整的解決方案,。此外,,除了有豐富多種多樣的傳感器以外,ST還有MCU作為主控,,以及作為數(shù)據(jù)連接關(guān)鍵器件的連接器件,,這三者就形成了微小的子系統(tǒng),。

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  Ferri表示,面對工業(yè)領(lǐng)域繁雜的生態(tài)系統(tǒng),,ST會把包括MEMS在內(nèi)的一系列關(guān)鍵器件提供給MEMS模塊制造商或MEMS產(chǎn)品提供商,,通過他們實現(xiàn)基于ST的傳感器節(jié)點,最終部署到工業(yè)4.0網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處,。之后系統(tǒng)集成商采集這些節(jié)點的數(shù)據(jù),,收集到云端,在服務(wù)器端做大數(shù)據(jù)分析,,最終應(yīng)用到不同的市場中,。比如說機器人、汽車以及能源,、農(nóng)業(yè),,這些和消費電子領(lǐng)域有著完全不一樣的市場。由此看出ST在工業(yè)領(lǐng)域的更開放的態(tài)度會讓他們能獲得更多供應(yīng)商的青睞,。

  在傳感器設(shè)計上,,ST一直以來都有著自己的特色。眾所周知,,傳感器的設(shè)計分三個方面:一是MEMS微機電的設(shè)計,,二是ASIC數(shù)據(jù)電路的設(shè)計,最后是芯片的封裝,。Ferri介紹道:“在這三塊,,我們會針對不同市場的需求去做不同的設(shè)計。比如說對于消費市場,,我們針對低功耗的需求,,做出了集成超低功耗前端的放大器的ASIC,而針對氣壓計我們則有一些定制封裝,,在工業(yè)應(yīng)用中同樣如此,。”

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  可滿足多種需求的安裝

  在工業(yè)領(lǐng)域有些設(shè)備已使用多年,,很難去再換一臺新設(shè)備,,只能想辦法在先有的設(shè)備上進行傳感器的安裝。這對ST來說都不是難事,,對于現(xiàn)有設(shè)備可以完美的為其附加傳感器,,通過無線傳輸?shù)姆绞桨褌鞲衅鳈z測到的數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng);而在新增設(shè)備上ST會有更大的空間去更好地設(shè)計傳感器,。比如選擇更容易檢測到振動的位置,以及利用工業(yè)領(lǐng)域比較流行的IO-Link工業(yè)通信協(xié)議,,這樣都可以更好地讓傳感器數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)總線上傳到系統(tǒng),。

  Ferri著重介紹了ST的高精度高靈敏度的傾角計,,這顆器件可以廣泛地應(yīng)用在路橋、隧道以及建筑設(shè)計中,。在隧道里,,這個傾角計可以用來監(jiān)測某個管道的傾斜角度以及可以用來檢測某些設(shè)備的振動,有助于道路安全以及建筑安全,。另外還可用于重型叉車中,,傾角計可以用來監(jiān)測叉車前面叉的角度,如果超過安全范圍,,會及時給系統(tǒng)報警,。

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  目前,MCU在工業(yè)領(lǐng)域作為主控的地位越來越重要,,傳感器作為輔助感知單元跟“大腦”MCU結(jié)合得越來越緊密,,各種數(shù)據(jù)都需要傳感器去采集,并上傳到MCU中,。ST的連接,、功率器件,可以讓工業(yè)4.0領(lǐng)域提供完整的方案,。而且,,基于ST在消費領(lǐng)域以及汽車領(lǐng)域的成功經(jīng)驗,可以把先進的技術(shù)“移植”到工業(yè)4.0領(lǐng)域中去,。并且得益于ST之前在消費領(lǐng)域和汽車領(lǐng)域的成功經(jīng)驗,,使得各個器件滿足工業(yè)市場上對精度、功耗,、可靠度的不同指標(biāo)的要求,。在消費電子領(lǐng)域,ST的傳感器可以說是大獲成功,,他們積累了很多專利以及相應(yīng)的設(shè)計,,也會把這些成功的專利或者設(shè)計用在如工業(yè)或者汽車等新領(lǐng)域。Ferri列舉了ST從消費類市場延伸到工業(yè)市場的應(yīng)用案例:電子香煙里的ST芯片級防水氣壓計不僅可應(yīng)用于消費類的電子香煙,,也可以應(yīng)用到油氣管道的氣壓變化監(jiān)測,。

  新產(chǎn)品應(yīng)對新需求

  ST不斷開發(fā)出新產(chǎn)品以應(yīng)對針對在工業(yè)領(lǐng)域里不同變化的需求。比如在運動傳感器方面,,他們推出了高精度6軸慣導(dǎo),、高精度的傾角計、低功耗的加速度計以及超低功耗和高準(zhǔn)確度的振動計,。在環(huán)境傳感器上又推出了硅麥克風(fēng)IMP34DT05,,即使在超過兩萬赫茲的頻率下也可以呈現(xiàn)良好的頻響特性。

  EEWorld小結(jié)

  ST有著豐富的大量交互的MEMS經(jīng)驗,,為其向工業(yè)市場延伸打下了扎實的基礎(chǔ),。同時,,ST的傳感器可以針對不同客戶,不同市場需求做定制化芯片設(shè)計,。而且,,他們在工業(yè)領(lǐng)域?qū)幸粋€豐富的產(chǎn)品的計劃,加上他們?yōu)楣I(yè)級市場提供十年供貨額承諾,,能讓ST在智能工業(yè)領(lǐng)域這條路上走得更遠(yuǎn),。

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  ST大中華暨南亞地區(qū)MEMS&傳感器市場部經(jīng)理 倪明(左)、ST MEMS 傳感器產(chǎn)品部消費類事業(yè)部總監(jiān)Simone Ferri(中),、ST大中華暨南亞地區(qū)MEMS&傳感器市場部經(jīng)理 徐永剛(右)三人解答記者的提問


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