MEMS传感器价格一路下滑，体积和功耗为采购关键

MEMS传感器的种类繁多，包括单轴、双轴和振动传感器等High-g(重力加速度)加速计，以及单轴、双轴和三轴的low-g加速计，另外有角速度陀螺仪和多重传感器方案等，目前投入的主要业者包括国际厂商ST、ADI、Freescale、Bosch(已并购Akustica)、Knowles、Invensense、VTI等，中国方面则有已于纳斯达克上市的美新半导体、北京瑜众达、北京鑫诺金、上海深迪半导体等，至于台湾则有原相、旺玖、鑫创等。不过，就产业生态来看，目前MEMS传感器产业仍以国际IDM厂为主要势力。其中尤以ADI、ST及Freescale占据重要地位。 整体而言，由于MEMS惯性传感器具有加速、振动、撞击、倾斜与旋转等五种动作感测特性，因此在可携式领域的应用相当广泛，包括遥控器、PDN、MP3播放器、数字相机、游戏机控制器、笔记本电脑、手机及电子书阅读器等。尤其是手机内建加速计与陀螺仪，甚至磁力计，使其具有计步、智能屏幕、3D定位、智能响铃、Air Mouse(空中操作鼠标)、无线遥控、游戏、相机光学防手震及室内定位服务等功能，将成为主流趋势之一。 另外，在游戏方面，Wii游戏机带动的‘体感’潮流，更让MEMS传感器在消费性层面的应用大受瞩目。而提供任天堂Wii游戏机体感玩法的重要组件就是ADI和ST的MEMS动作传感器，这两家业者也拜Wii游戏机的热销在消费性电子MEMS传感器领域中取得重要地位。 价格一路下滑 在采购MEMS传感器，尤其是应用于消费性电子产品中时，MEMS传感器的价格、体积和功耗可说是最重要的三个关键。在价格方面，过去MEMS传感器多用于汽车领域，然而近几年，由于技术的进步，MEMS使用于消费性电子产品已越来越常见，且由于消费性电子产品，例如手机的价格敏感度极高，因此MEMS组件的价格呈现快速下降趋势。以MEMS传感器的主要种类——加速度传感器而言，其价格已由去年的1.5到2美元一路下降至现今的不到1美元，降幅可见一斑。 业者指出，以现今的价格来看，MEMS传感器将加速应用于消费性电子产品中，且应用的广度也将进一步扩增。另外，值得注意的是，目前手机产品的利润率仍在逐渐降低中，影响所及，MEMS传感器组件势必仍持续面临降价压力。 体积和功耗为采购关键 另在功耗和体积方面，意法半导体新近推出的MEME传感器便在这两方面有所突破。意法半导体指出，该公司新近推出的3轴加速计LIS3DH，其功耗比市场现有的解决方案减少90%以上，工作电流消耗最低为2μA，且封装体积缩小至3x3x1 mm，适合空间和功耗均受限的应用设计，如手机、遥控器以及游戏机等。意法半导体MEMS传感器至今的累积出货量已达7亿颗，MEMS传感器主要于该公司专有8吋晶圆厂中生产制造。

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此外，意法半导体日前推出针对消费性电子市场需求的L3G4200DH陀螺仪，亦是强调以更有效率的电源管理降低整体功耗。根据意法半导体指出，此内嵌先进电源管理功能的三轴陀螺仪，最大特色便是整合FIFO (First In First Out)内存模块，其最多可储存96个量值，可分成32个x-、y-和 z-轴数据组合。这项功能可使主处理器不必连续读取传感器的角速率数据，因此能延长处理器在睡眠模式的时间，进而大幅降低系统总体功耗。 针对MEMS传感器的功耗，意法半导体部门副总裁暨MEMS、传感器和高性能模拟产品事业部总经理Benedetto Vigna表示：“作为消费性电子市场最大的MEMS传感器供货商，我们持续为开发符合市场需求的产品而努力。由于消费性电子市场对于功耗的要求相当高，意法半导体的设计人员都在产品开发上融入功耗意识的设计概念，以进一步提高芯片和系统的效率。也是这一原因，我们在最新一代的加速度计和陀螺仪内嵌了应用层和FIFO内存模块。” 另外，在体积的议题上，此产品架构是将传感器与ASIC接口整合在一个4x4x1mm的超小型封装内，可解决现在和未来的消费性电子应用的空间限制问题。上述意法半导体产品都将于今年第三季量产。 再者，一如Appareo Systems嵌入式系统总监Robert Weinmann所言，我们之所以选择ADI公司的iMEMS陀螺仪，正是因为它完全符合我们客户的需求：尺寸小、重量轻且具有高性价比。由此言可知，体积为首要关键。Appareo System是一家专业开发轻型飞行数据记录仪和3D飞行分析软件的公司，ADI公司则是针对Appareo Systems开发的一种新型航空器飞行安全与训练工具，提供一种高性能iMEMS陀螺仪技术。 对此，ADI公司MEMS和传感器技术部门副总裁Mark Martin表示：“ALERTS Vision 1000系统最初将部署在直升机中，用以采集和分析大量飞行数据，包括惯性和位置信息，如位置和俯仰/滚动姿态等，并且提供声学数据和驾驶舱影像，如仪表板和飞行控制装置等。ALERTS Vision 1000的成本与其他飞行数据记录仪相比极低，重量不足300克，只需28 VDC(直流电压)电源和接地，可轻松安装在驾驶舱中。” 另外，InvenSense推出的ITG-3200三轴MEMS陀螺仪，则是在单一硅芯片上嵌入三轴旋转传感器(X轴：pitch、Y轴：roll、Z轴：yaw)的整合性陀螺仪，可作为游戏与3D遥控应用的运动处理技术解决方案。InvenSense表示，藉由创新的系统性整合与数字输出设计，ITG-3200能够满足市场对于成本的需求；同时，与其他多芯片组的竞争厂商相较，ITG-3200的耗电量不仅降低了50%以上，封装尺寸(4x4x0.9mm QFN)也缩小了67%左右。ITG-3200目前已开始试样，据InvenSense表示，该产品大量订购的单价将低于3美元。藉由InvenSense专利的Nasiri-Fabrication制程平台，该公司目前已产出约1亿个陀螺仪轴产品。 ［转下一页：强调整合功能］

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{pagination} 强调整合功能 应用于空间受限及强调成本的的可携式电子产品中，组件的整合度亦是采购时必需注意事项之一。例如意法半导体的LIS3DH加速计芯片除内建一个温度传感器和三路模拟数字转换器外，还可整合陀螺仪等辅助芯片。 再者，MEMS传感器和微控制器的整合亦是一大产品方向，将多重加速计、陀螺仪乃至压力传感器与微处理器(8位/32位)都整合成单一封装一直都是业界致力的方向。意法半导体新推出的iNEMO多传感器惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)系列的首款组件STEVAL-MKI062V1，便是透过将各种动作、磁性、压力和温度传感器与32位控制器整合在单一封装内，配合专用软件，大幅提升游戏机、人机接口、机器人、可携式导航设备以及病患监控设备的功能和性能。 意法半导体表示，iNEMO是以MEMS组件为基础，整合3轴线性、角速度和磁性动作传感器以及温度、气压/高度读取功能，是ST首批10°自由度的IMU产品，此产品于于2010年第二季开始量产。 飞思卡尔G-Sensor 再以飞思卡尔的G-Sensor为例， 该公司在G-Sensor中加入1颗MCU芯片，由于其仍是藉由SiP封装成G-Sensor，这样做法对于Freescale制造成本并不会增加太多，加上Freescale原先在MCU制造便已驾轻就熟，因此要在G-Sensor产品中加入MCU芯片难度并不高，但对于客户端而言，加入MCU芯片却可让G-Sensor可应用在更多不同领域，竞争力将大增。 飞思卡尔投入MEMS传感器的生产已超过二十五年，除了在车用传感器方面具有领导地位外，飞思卡尔近年在消费性MEMS传感器也多所著墨。飞思卡尔传感器产品线包括以MEMS为基础的加速与压力传感器，以及以CMOS为基础的近接(触碰)传感器，至今的累积出货量已达10亿颗。 飞思卡尔提供的低重力、中重力和高重力三款惯性加速传感器能满足各种应用的需求，新推出的MMA8450Q三轴加速计，更是一款高度精确并兼具能源效益的解决方案，可藉由高感测度的姿态与方向侦测能力，准确捕捉动作。此解决方案的应用目标主要锁定可携式消费性装置，如移动电话、遥控器、智能型电子书及导航应用的防死锁辅助功能、航向追踪的位置侦测功能等。 针对MEMS组件整合，飞思卡尔消费性电子与工业传感器营运经理Wayne Chavez表示，要将原先即极微小的MEMS传感器再进一步整合，必须仰赖更先进的技术才能达成。Chavez分析，整合式微机电系统可细分为两种，分别是单体整合(Monolithic Integration)与系统级封装(System in Package, SiP)。简单来说，单体整合就是把微机电系统组件和整合线路纳入同一片硅芯片中；而SiP则是把微机电系统组件和整合线路纳入同一块封装当中。Chavez认为，唯有能提供成本效益、低功率、尺寸小、高效能与高整合度的供货商，才能满足上述高度整合之需求。 另外，Chavez也强调，飞思卡尔身为拥有丰富技术的公司，因此有能力提供系统层级解决方案所需的一切核心，除了多重传感器技术外，包括电源管理、有线与无线通信技术、微控制器(MCU)核心运算及软件等皆一应俱全，因而可创造出领先市场的产品。 意法半导体功率与模拟组件产品市场经理郁正德则指出，该公司从设计、制造、封装至测试，采「一条鞭」为客户完成，客户既毋须假手他人，亦可维持一定质量，故此类服务模式大受欢迎，且意法半导体同时兼具其他关键零组件之技术，可协助客户打造MEMS系统以外的周边组件。 提供更丰富的支持 为争夺市场，各家MEMS传感器业者无不努力提供更多的特性和支持，例如飞思卡尔的MEMS传感器便结合了丰富的整合性、嵌入式软件、以及智能型通讯的数字接口功能，让研发人员制作出与众不同的产品。此外，为了让传感器应用设计变得更简单迅速，飞思卡尔还发表了传感器工具箱，这是一套经过统合的研发软件和硬件(包括可互换的子卡)。 飞思卡尔表示，工具箱中亦附有多种具备USB功能的传感器评估套件。每种套件均使用共同的图形用户界面(GUI)，因此只需安装一次软件，可大幅减少复杂度，并透过定期软件更新改善稳定性。 另外，值得采购注意的是，提供MEMS传感器的业者在其他相关组件上是否也具备供应能力，也应该列为重要考虑之一。例如飞思卡尔多元的产品线，包括微控制器、微处理器、数字信号处理器、模拟与功率管理IC、以及ZigBee无线技术等，皆能与飞思卡尔传感器组合搭配，进一步提供了完善的系统层级嵌入式控制解决方案。 再如ADI为Xsens Technologies B.V此家3D运动追踪产品供货商所开发的解决方案，便是结合了17个运动追踪器，其中包含80个以上的高性能ADI iMEMS运动传感器和17个ADI Blackfin DSP(数字信号处理器)。 除了国际大厂外，中国业者的动态亦值得关注，其中，深迪半导体在去年底发布了旗下第一款陀螺仪产品SSZ030CG，该公司产品经理雷啸锋表示：“目前我们的产品采用的是塑料封装，主要用于消费类电子，我们也希望通过前期在消费类电子这种需求两比较大的领域对产品做一些验证，接着再进入汽车领域。”SSZ030CG目前有两种封装，尺寸分别为5.0×8.0×1.8mm、5.0×5.0mm。深迪半导体的SSZ030CG即将量产，其内部集成了MEMS传感芯片以及信号处理芯片，用户可直接得到准确的Z轴角速度测量值。 此外，美新半导体则于日前推出全球首个数字热对流方向定位传感器(DTOS)MXC6225XU，这是一款超低成本，两轴运动的定位传感器。主要针对移动电话、玩具、游戏、数字相机、平板电视、电器等消费类电子产品的低成本应用而设计。此传感器基于美新经过验证的MEMS热对流技术，该技术已在美新移动电话和消费电子产品客户，以百万计的产品中使用。针对此产品，美新营销副总裁Mark Laich表示：“美新的销售价格将挑战低端运动传感器，如球型传感器的市场价格，但MXC6225XU支持的功能更多，性能远远优于球型传感器。” 整体而言，MEMS传感器朝向更小型、整合度更高及功耗更低的方向发展已是必然，欲达到此目标，公司资源必需够庞大，大到足以整合多种传感器，甚至是控制器和数字处理器，或是提供充足的软件资源，如此才能在市场上占有一席之地，由此角度观察，显然MEMS传感器的进入门坎为越来越高，因此相关业者在采购MEMS传感器时，除考虑价格、体积、耗电、准确度及整合度外，该公司是否具备持续提供新世代产品的能力，亦必需置于采购考虑之中。

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