《Fairchild六轴MEMS IMU:FIS1100》
2015-09-18 20:49:55   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

FIS1100由一颗MEMS芯片和一颗ASIC芯片堆叠而成,通过引线键合方式连接。其中,MEMS芯片采用了体硅微加工工艺、共晶键合和直接键合,以实现三片晶圆键合。在MEMS芯片结构中采用硅通孔(TSV)方式实现电气连接,以更好地利用空间。

Fairchild FIS1100 6-Axis MEMS IMU

——逆向分析报告

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Fairchild首款消费类六轴IMU——FIS1100采用全新的体硅微机械加工工艺和硅通孔互联

Fairchild首款消费类六轴IMU——FIS1100采用全新的体硅微机械加工工艺和硅通孔互联

FIS1100是Fairchild战略投资MEMS和运动跟踪技术以来推出的首款六轴MEMS惯性测量单元(IMU)产品。FIS1100 IMU集成了专有的AttitudeEngine™运动处理器以及业界最佳的九轴传感器融合算法,为设计人员提供易于实施的系统级解决方案,具有卓越的用户体验,低至十分之一的处理功耗,广泛应用于支持运动、采用电池供电的应用中。

内置AttitudeEngine架构大幅降低系统功耗

内置AttitudeEngine架构大幅降低系统功耗

FIS1100主要参数如下:
* 采用3.3 x 3.3 x 1 mm LGA 封装的单芯片MEMS六轴IMU(陀螺仪+加速度计)
* 包含九轴传感器融合库和内嵌式运动处理器
* 标定±3º的纵横定位精度和±5º的偏航/航向定位精度
* 从±32 dps至±2560 dps以及从±2 g至±8 g的较大动态范围
* 低噪音50 μg/√Hz加速计和10 mdps/√Hz陀螺仪
* 低延迟、高分辨率OIS模式
* 1536字节的较大FIFO,支持较低的系统功耗主机串连接口支持I2C或SPI
* I2C主模式,用于与外部磁力计接口

FIS1100采用Fairchild的专有MEMS工艺,专门针对惯性传感器而设计。该工艺具有多个设计元素,能够实现最佳性能、尺寸和鲁棒性。FIS1100由一颗MEMS芯片和一颗ASIC芯片堆叠而成,通过引线键合方式连接。其中,MEMS芯片采用了体硅微加工工艺、共晶键合和直接键合,以实现三片晶圆键合。在MEMS芯片结构中采用硅通孔(TSV)方式实现电气连接,以更好地利用空间。

Fairchild六轴MEMS IMU:FIS1100拆解图

Fairchild六轴MEMS IMU:FIS1100拆解图

Fairchild董事长和首席执行官Mark Thompson说道:“Fairchild推出首款MEMS产品,这是个关键的里程碑,意味着公司将独特设计和制造专长应用到除电源以外的系统级解决方案。凭借因收购Xsens获得的先进算法和深度应用技术,我们支持客户开发针对各类快速增长的细分市场(如消费电子、工业和健康)的先进运动解决方案。”

FIS1100 IMU采用内置AttitudeEngine运动处理器和XKF3™传感器融合,是一个低功率、高精度系统解决方案,为客户提供永不断线传感器技术,可用于很多应用,如运动、健身和保健用的可穿戴传感器、行人导航、自主机器人,以及虚拟和增强实境。

AttitudeEngine运动处理器的功耗和精度情况

AttitudeEngine运动处理器的功耗和精度情况

IHS的MEMS传感器总监即高级首席分析师Jeremie Bouchaud说道:“消费电子设备运动跟踪已经从游戏接口和智能手机快速扩展到很多新型移动事物互联网应用。由于设计人员期待通过运动来实现其产品的差异化,在IMU中集成运动处理器和完整软件解决方案能够加速产品上市时间,同时确保实现竞争目标如小型化、较长的电池寿命和运动跟踪准确度等之间的最佳平衡。”

AttitudeEngine在内部以高速率处理六轴惯性数据,并以与应用需要匹配的低速率输出给主机处理器,因此无需高频率中断。这样,系统处理器处于休眠模式的时间就更长,从而为客户提供更长的电池寿命,而不会牺牲功能或准确性。绑定的XKF3高性能9轴传感器融合算法综合了来自芯片上的陀螺仪和加速计的惯性传感器数据和来自外部磁力计的数据。传感器融合还包括背景自动校准,在准确度、一致性和流动性方面提供卓越的性能。结合XKF3传感器融合算法后,FIS1100成为世界上首款符合定位(四元素)规范的完整消费电子惯性测量装置,具有±3°的俯仰和侧滚准确度,以及±5°的偏航准确度。

本报告包括FIS1100与ST新一代产品LSM6DS3、Bosch BMI160、InvenSense MPU-6500的对比分析,包括技术和成本两方面。

精彩略览:


FIS1100封装

FIS1100封装

FIS1100 AISC芯片标记

FIS1100 AISC芯片标记

FIS1100 MEMS芯片标记

FIS1100 MEMS芯片标记

FIS1100成本构成

FIS1100成本构成(样刊模糊化)

报告目录:

Overview / Introduction

Fairchild Company Profile

Physical Analysis
• Physical Analysis Methodology
• Package
 Package Characteristics Marking & Pin-out
 Package Opening & Wire Bonding Process
 Package Cross-Section
• ASIC Die
 View, Dimensions & Marking
 Delayering & Main Blocks Identification
 Process Identification
 Cross-Section
• MEMS Die
 View, Dimensions & Marking
 Bond Pad Opening & Bond Pads Details
 Cap Removed & Cap Details
 Sensing Areas Details
 Cross-Section (Sensor, Cap & Sealing)
 Process Characteristics
 Fairchild Patents

Technology comparison with STMicroelectronics LSM6DS0, Bosch Sensortec BMI160 and InvenSense MPU-6500 Manufacturing Process Flow
• Global Overview
• ASIC Front-End Process
• MEMS Process Flow
• Wafer Fabrication Units
• Packaging Process Flow & Assembly Unit

Cost Analysis
• Yields Hypotheses
• ASIC Front-End Cost
• ASIC Back-End : Probe Test & Dicing Cost
• ASIC Wafer & Die Cost
• MEMS Front-End Cost
• MEMS Front-End Cost per process steps
• MEMS Back-End : Probe Test & Dicing Cost
• MEMS Wafer & Die Cost
• Back-End : Packaging Cost
• Back-End : Final Test & Calibration Cost
• FIS1100 Component Cost

Price Analysis
• Fairchild Financial Results
• FIS1100 Selling Price Estimation

Cost & Price comparison with ST, Bosch Sensortec and InvenSense 6-Axis IMUs

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