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田MEMS传感器:汽车、医疗、消费市场齐发力

    作者:jane   时间:2012/12/26 16:58:11
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MEMS是Micro Electro Mechanical Systems的缩写,和内存、微处理器这样的半导体产品一样是对硅晶片进行微细加工而成的产品,只是MEMS的硅电路板上不仅有电路,还有由机械运动的可动结构体构成的三维结构。使用此结构将压力、温度、加速度这些物理量转换成电气信号的传感器,还可实现执行器的功能,提供电气信号使可动结构体进行机械运动。MEMS产品早在1980年就已经存在了,与使用了CMOS工艺的一般半导体相比,因为晶圆制成非常复杂,包装也很耗功夫,使得工程标准化和低成本变得十分困难,所以只应用于有限的用途。但是,最近确定了批量生产小型、高性能的MEMS产品的技术,除了汽车发动机控制、医疗器械、喷墨打印机这些常用用途外,数码相机和智能手机这类随身携带的电子产品里也使用了很多的MEMS产品。

近年来,使用了MEMS技术的半导体产品的需求和用途正在不断扩大。MEMS产品市场今后将持续每年增长10-15%,并预计在2017年时,将从现在的9200亿日元增长到17000亿日元。(Yole Development公司预测)

村田制作所传感器产品阵容的扩充

株式会社村田制作所于2012年1月收购了芬兰的MEMS专业制造商VTI Technologies Oy(以下简称VTI公司),VTI公司改名为Murata Electronics Oy,并成为了村田的一员。Murata Electronics Oy向各类市场及用途提供了采用独特的3D-MEMS(三维MEMS)技术的高性能及高可靠性的MEMS传感器。3D-MEMS元件是由可动部件构成的硅晶片和上下包裹着硅晶片用来结合、密封的CAP晶圆构成的,CAP晶圆是用硅和玻璃形成电极(图1)。可动部件由弹簧支撑,形成纺锤和梳型的电极,在受到外力时,通过检测可动部件发生变形时的静电容量的变化,实现加速度传感器、陀螺仪传感器、倾角传感器的功能。3D-MEMS结构的可动部件是密封的释放气体,此外内部是对称结构,利用相对的2个电容器来检测外部受力。通过这样的结构实现了高感度和低噪声,即使在十分严峻的使用环境下都能稳定运作,具备了良好的温度特性和长期可靠性的传感器。

收购了VTI之后,扩充了村田的传感器产品阵容。由VTI公司研发的卓越的MEMS技术和产品与村田的研究开发力、销售网络相结合,推进了面向今后的市场和应用的传感器产品的发展。

 

 

图1:3D-MEMS元件的结构

汽车市场

汽车市场是最炙手可热的市场之一,面向车载系统的加速度传感器占有世界市场的最大比例。面向汽车的安全行驶和防止事故的车身稳定系统系统(ESC)、防抱死系统(ABS)、轮胎压力监测系统(TPMS)这样的安全功能配备于新车中,以发达国家为中心这一做法已经被法制化,而电动驻车制动器(EPB)和坡道起步辅助系统(HSA)这些新型功能也不断诞生。正因为预计到MEMS传感器作为实现这些应用的关键部件,汽车市场对其需求将越来越大,村田制作所也将强化组合陀螺仪传感器(加速度传感器&陀螺仪一体化的传感器、图2)等产品阵容。

 

 

图2:组合陀螺仪传感器

工业/医疗设备市场

MEMS传感器的需求正向工业用的运输设备、测量设备、建设设备和微创诊断设备以及内嵌型设备等用途延伸。采用了坚固的3D-MEMS结构的我公司的加速度传感器和倾角传感器(图3)被广泛用于要求具备自我诊断功能、高性能和高可靠性的用途。就连飞机等要求极高的精度和可靠性的应用中采用的事例也有很多,像用于起搏器这类内嵌式设备,也处于世界领先的水平,以丰富的经验和知识为基础为客户提供支持。

 

 

图3;倾角传感器

消费电子产品市场

面向消费电子产品的MEMS传感器现在在MEMS市场中,也是需求急剧扩大的一部分。加速度传感器、陀螺仪传感器在智能手机上的搭载率急速增加以外,游戏机和远程控制设备中的搭载率也在增加。我公司应用从汽车和工业传感器中所获得的MEMS技术和工艺,以降低成本为目的,于去年,成功商品化了业界最小的消费电子产品用3轴陀螺仪传感器。今后加速度/陀螺仪/地磁传感器的复合式产品等将根据市场的趋势,推进复合式传感器的商品化。

在今后的发展中,MEMS将不仅局限于已有的产品和市场,还将成为应用于其他多种用途的高潜力技术。

村田制作所也将MEMS视为未来的核心技术之一,活用VTI公司的技术,继续为市场提供最高端的MEMS商品,不断强化开发体制和客户支持系统。

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