MEMS传感器百花齐放，哪些是未来的主流？

XJzy

[导读] 各类传感器的需求持续增长，至2020年，MEMS传感的市值将会达到25亿美元，是2000年的5倍。

“各类传感器的需求持续增长，至2020年，MEMS传感的市值将会达到25亿美元，是2000年的5倍。”MIG（MEMS工业集团）执行总监Karen Lightman在日前的亚洲传感器大会上表示，“而这些传感器驱动的设备市场则更是巨大。”她说道。

　　从汽车到智能手机，再到智能穿戴、IOT等，各种MEMS传感应用而生，百花齐放，让我们先来看看目前都有哪些种类的MEMS传感器，他们的需求排名如何。

　　MEMS传感器种类及市场大小排名

　　MIG执行总监Karen Lightman在会上与大家分享了目前MEMS传感器主要的应用领域，并按目前的市场大小，进行了分类排序，它们包括：压力传感器、加速度传感器、麦克风传感器、陀螺仪传感器、喷墨打印机头传感器、BAW过滤器、DLP传感器、微型热幅射测量计、时钟传感器、水探测传感器、气化学传感器、光MEMS（通信）传感器、开关电容传感器、片上颜色传感器、热传感器、MEMS flat显示传感器、微燃料电池传感器、流体传感器、joystick传感器、药因子传感器、相机变焦传感器、可变型微镜传感器、能量采集传感器、扫描微镜传感器、安全气囊传感器、MEMS杨声器传感器、以及阀门传感器等等。

　　

　　图：Karen指出，目前消费类MEMS传感器面临着四个挑战：尺寸、智能、应用和价格，业界将围绕着这四个挑战来努力。

　　中国传感器厂商上规模的已过50家

　　而上海微技术工业研究院（SITRI）总裁杨潇则在会上分析道，MEMS传感器经历了从汽车延伸到手机的快速成长，现在正在拓展到智能穿戴、再到 IOT和工业4.0，成长空间巨大。他分析道，智能手机中目前采用MEMS和传感器最多的是三星的Galaxy s5，共采用了包括加速计、电子罗盘仪、硅麦、接近传感器、陀螺仪、环境灯、气压计、温度计、霍尔传感器、RGB传感器、手势传感器、指纹传感器以及心率传感器等十几个传感器。苹果的iphone6也采用了很多传感器。“他们的特点是，每一代都会比前一代采用更多的传感器。”杨潇说道，“而中国手机厂商同，比如华为、小米、OPPO、联想、中心、vivo、魅族、金立等手机，也都采用了很多传感器。”他补充。

　　

　　至于目前正在迅速成长的智能穿戴产品，杨潇表示，它们采用了更多的传感器，包括各种运动传感器（加速度、陀螺仪、电子磁盘仪、CMOS sensor、电容和接近光传感器）、触控传感器、智能反馈传感器（haptics）、声学传感器（麦克风、扬声器以及心率监控ECG传感器）、生物传感器（各种DNA传感器、液体细包传感器）、湿度/温度传感器、压力传感器、以及光传感器等等。据他们统计的数据显示，2015年二季度，全球出货量最大的智能穿戴产品是Fitbit，第二名是苹果手表，第三名则是中国的小米手环。“小米手环虽然只采用了三轴传感器，但是它的出货量非常大，二季度出货300 万个，预计2015全年出货达1000万个。”他分析道。这里，苹果手表apple watch采用的传感器最多，包括6轴加速度与陀螺仪、环境光传感器、硅麦克风、压力触控传感器、以及光心率传感器。

　　

　　

　　图：全球智能穿戴产品出货量排名。

　　中国手机与智能穿戴等消费电子厂商采用的MEMS传感器越来越多，杨潇表示，他们所占全球MEMS的市场份额，已从2011年的9%，提升到2015 年的30%，后面还会持续增长。另一方面，中国本土的传感器厂商也在迅速增长，我们看到如下图，2015年，中国的有一定规模的传感器厂商已增至超过50 家。

　　

　　图：中国的有一定规模的MEMS传感器厂商数量已超过50家。

　　从MEMS供应链上来看，杨潇表示SITRI可以提供从设计到制造到生态链的几乎全产业链支援。而基它的重要供应链厂商还包括华虹宏力、华天科技、长电科技、SMIC、南通富士通、上海先进半导体等等。“我们会360度全方位地支持M2M与IOT的创新。”他说道。

　　

　　MEMS与CMOS集成的工艺演进

　　中芯国际技术研究发展执行副总裁李序武在会上从半导体工艺的角度对传感器的技术演讲进行了分享。他指出，未来CMOS Sensor将会向3D-CIS发展，而MEMS传感器则是向TSV，WLCSP方向发展。

　　李序武指出，未来需要CMOS与MEMS工艺的无缝集成。他对这两个工艺进行了分析比较，MEMS演进需要新的工艺，包括深硅刻蚀、晶园级绑定、高精度晶园减薄、真空封装以及TSV与WLP封装；而CMOS演进则是需要新的材料，包括Cr/Au/Ti/Cu/Al等金属化物、磁材料以及压电材料。此外，MEMS还需要特殊的测试方式、机械压力与可靠性测试、IR与超声探测以及3D测绘等。

　　他认为CMOS与MEMS集能带来诸多优势，“集成带来SoC级别的设计和架构，集成会带来更低量产成本，集成会在EMI与寄生性能等方面带来更高的性能。”下图，是他分享的一些CMOS-MEMS集成的工艺。

　　

　　图 ：一些 CMOS-MEMS集成的工艺

　　

　　［　图：SMIC目前和未来将能提供的各种工艺。/center］

　　

　　［center］图：SMIC在MEMS传感品上的演进图，今年已可以量产硅麦与一些运动传感器包括9轴传感器；预计明年可以生产压力传感器，而未来将向高端的RF MEMS、各种生物传感器、微投传感器等迈进