什么叫做MEMS？意法半導(dǎo)體將如何布局智能工業(yè)MEMS市場

根據(jù)Yole年初的統(tǒng)計(jì)顯示，2017年全球MEMS市場總額預(yù)計(jì)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(gè)小科普：它的全稱Micro Electromechanical System，簡稱微機(jī)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(gè)獨(dú)立的智能系統(tǒng)，主要由傳感器、動(dòng)作器（執(zhí)行器）和微能源三大部分組成。您可別小瞧了這個(gè)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(jī)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(fèi)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(dú)立化發(fā)展”的思路，迄今為止ST的出貨量已達(dá)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(fèi)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(jiān)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(gè)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(jì)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(fèi)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。

Ferri介紹了全球半導(dǎo)體的整體的發(fā)展趨勢，他指出MEMS實(shí)現(xiàn)了第一次井噴式發(fā)展，最主要的受益者為智能手機(jī)領(lǐng)域，由于智能的需求，傳感器的應(yīng)用為手機(jī)帶來了質(zhì)的飛躍。那時(shí)MEMS的市場發(fā)展已進(jìn)入“黃金時(shí)代”，以智能手機(jī)為代表的消費(fèi)電子產(chǎn)品大幅拉升MEMS器件的出貨量。然而，智能手機(jī)/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(yùn)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(dòng)化時(shí)代（智能工業(yè)、自動(dòng)駕駛）這兩大板塊。

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(fèi)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(shí)，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)。

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(shí)現(xiàn)基于ST的傳感器節(jié)點(diǎn)，最終部署到工業(yè)4.0網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處。之后系統(tǒng)集成商采集這些節(jié)點(diǎn)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(jī)器人、汽車以及能源、農(nóng)業(yè)，這些和消費(fèi)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(jì)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(jì)分三個(gè)方面：一是MEMS微機(jī)電的設(shè)計(jì)，二是ASIC數(shù)據(jù)電路的設(shè)計(jì)，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(jì)。比如說對于消費(fèi)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(jì)我們則有一些定制封裝，在工業(yè)應(yīng)用中同樣如此?！?/p>

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(jìn)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?a target="_blank">檢測到的數(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(jì)傳感器。比如選擇更容易檢測到振動(dòng)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(jì)，這顆器件可以廣泛地應(yīng)用在路橋、隧道以及建筑設(shè)計(jì)中。在隧道里，這個(gè)傾角計(jì)可以用來監(jiān)測某個(gè)管道的傾斜角度以及可以用來檢測某些設(shè)備的振動(dòng)，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(jì)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(shí)給系統(tǒng)報(bào)警。

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(fèi)領(lǐng)域以及汽車領(lǐng)域的成功經(jīng)驗(yàn)，可以把先進(jìn)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(fèi)領(lǐng)域和汽車領(lǐng)域的成功經(jīng)驗(yàn)，使得各個(gè)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(fèi)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(jì)，也會把這些成功的專利或者設(shè)計(jì)用在如工業(yè)或者汽車等新領(lǐng)域。Ferri列舉了ST從消費(fèi)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(jì)不僅可應(yīng)用于消費(fèi)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(yùn)動(dòng)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(jì)、低功耗的加速度計(jì)以及超低功耗和高準(zhǔn)確度的振動(dòng)計(jì)。在環(huán)境傳感器上又推出了硅麥克風(fēng)MP34DT05，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(yàn)，為其向工業(yè)市場延伸打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，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(jì)。而且，他們在工業(yè)領(lǐng)域?qū)幸粋€(gè)豐富的產(chǎn)品的計(jì)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)。

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(fèi)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