《惯性MEMS制造趋势》
2014-03-14 20:18:52   来源:微迷   评论:0   点击:

目前,分立传感器正转向集成惯性测量单元和组合传感器,动力源自现有技术的优化和破坏性的创新方法。本项目涉及46款MEMS器件逆向工程研究,包括加速度计、陀螺仪和组合传感器,同时也对MEMS、ASIC和封装成本、性能和尺寸进行分析比较。

Inertial MEMS Manufacturing Trends 2014

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目前,分立传感器正转向集成惯性测量单元和组合传感器,动力源自现有技术的优化和破坏性的创新方法。

6轴和9轴组合传感器创建新的范式

目前,MEMS技术发展主要由几个市场驱动。例如,消费类市场对传感器制造商产生巨大的价格压力,从而激励他们减小芯片尺寸,改进制造平台,以降低制造成本。而移动应用则需要更低的功耗、更高的性能和集成度。为了满足这些日益严苛的要求,过去几年,MEMS发展趋势是提高集成度,同时减小尺寸。现在,已经非常有利于9轴传感器集成和平台标准化。

的确,在检测原理方面,除了Qualtré公司的BAW惯性传感器之外,我们并没看到更多破坏性的创新方法进入市场。然而,在开发标准化平台方面进展很大。例如,Teledyne DALSA可提供加速度计和陀螺仪的通用平台,同样意法半导体开发了THELMA工艺平台。此外,在标准化方面出现了非常创新的方法,通过法国CEA-LETI实验室的M&NEMS平台,一些公司计划使用硅基“纳米计”检测加速度计、陀螺仪和磁力计。基本概念是利用纳米级的计量表进行检测,从而提高灵敏度、减小尺寸,同时保证微尺度质量块具有更好的检测可靠性。M&NEMS技术使得9轴组合传感器的尺寸更小。预计该项技术将于几年内在Tronics Microsystems公司内投入生产应用。

创新还来自后端工艺。为了实现惯性组合传感器的高集成度要求,先进的封装技术不可或缺。因此,本报告分析了关键的封装技术发展和创新的前端工艺。

典型的移动应用中MEMS传感器封装尺寸

图1 典型的移动应用中MEMS传感器封装尺寸

超过40款商用MEMS器件的逆向工程研究

本项目涉及46款MEMS器件逆向工程研究,包括加速度计、陀螺仪和组合传感器,同时也对MEMS、ASIC和封装成本、性能和尺寸进行分析比较,以事实数据呼应前面提出的发展趋势,以及呈现不同MEMS公司的技术现状。从本项目研究中发现,过去几年传感器的芯片尺寸已基本稳定,但是价格却一直下探。图2为2010-2018年移动产品中的陀螺仪价格趋势。

移动应用中陀螺仪价格趋势

图2 移动应用中陀螺仪价格趋势

逆向工程实例/逆向成本分析

举例:Bosch Sensortec BMC050

封装:
- 尺寸:3mm x 3mm x 0.95mm
- 类型:LGA 16-pin
- 成本:$0.165(包括final test 和yields losses)

加速度计ASIC芯片
- 芯片面积:1.38mm2
- 工艺:CMOS 0.18um 2P 4M
- 成本:$0.098

加速度计MEMS芯片
- 芯片面积:1.96mm2
- 传感轴:三轴(X, Y, Z)
- 工艺:(1)Cap: Bulk micromachining (Isotropic etching);(2)Sensor: Epi-Poly Surface Micromachining;(3)Bonding: Glass-frit
- 成本:$0.059

Z轴磁力计和ASIC芯片
- 芯片面积:2.19mm2
- 传感轴:单轴(Z)
- 工艺:CMOS 0.18 2P 4M
- 成本:$0.126

X/Y轴磁力计
- 芯片面积:0.61mm2
- 传感轴:单轴(X或Y)
- 工艺:Thin film deposition
- 成本:$0.009

博世BMC050成本分析

图3 博世BMC050成本分析

2008年,惯性传感器市场规模将达到一百万片8寸(等效)晶圆

过去几年,惯性传感器市场一直很活跃,创新技术持续不断。如今,这类传感器已成为最大的MEMS市场(2012年超过35亿美元),并且短期内不会发生太大变化。分立的惯性传感器(如单轴-三轴加速度计、陀螺仪和磁力计)已经成熟,单价迅速下降,未来增长动力来自于组合传感器。目前,加速度计+陀螺仪的组合,加速度计+磁力计的组合,9轴组合传感器正渗透各种消费类应用。例如,预计9轴组合传感器将在5年内达到8.5亿元规模。

消费类市场仍然是惯性传感器的主要机会。此外,加速度计+陀螺仪的组合还将受益于汽车行业的电子稳定控制系统(ESC)应用,预计到2018年该市场规模将达到6.25亿美元。

目录:

Volume 1 - Analysis

• Introduction 12

• Executive summary 14

• Inertial MEMS markets 46
> Market forecast in $M, in units, in wafers
> Market drivers
> Technical solutions to answer the market drivers

• Detection principles for inertial MEMS, and new developments 105
> Accelerometers
> Gyroscopes
> Magnetometers
> Combos

• Packaging trends 191

• Comparative analysis of inertial sensors’ different inertial generations 217

• Conclusion 261

Volume 2 – Reverse engineering

• Reverse Costing Methodology 6

• 2014 components under analysis (23) 8
> Accelerometers 36
  - Analog Devices ADXL362 / ST LIS302DL with TSV / mCube 3-axis accelerometer > Gyroscopes 55
  - Bosch Sensortec BMG160 / STMicroelectronics L3G3250 / STMicroelectronics L3GD20H / STMicroelectronics L3G4IS / InvenSense IDG-2020 / Maxim MAX21000 / Sensonor STIM210 / Analog Devices ADIS16136
> Combo Accelero/Gyro 107
  - Bosch SMI540 / InvenSense MPU-6500 / STMicroelectronics LSM330
> Magnetometers 125
  - Freescale MAG3110 / Yamaha YAS532B / Alps Electric HSCDTD008A / ST LIS3MDL
> 6-Axis eCompass 148
  - Bosch Sensortec BMC050 / STMicroelectronics LSM303D
> 9-Axis IMU 161
  - STMicroelectronics LSM9DS0 / Bosch Sensortec BMX055 / InvenSense MPU-9150

• 2011 components under analysis (23) 179
> Accelerometers 1180
  - ST LIS331DLH / ST LIS3DH/ Bosch Sensortec BMA180 / Bosch Sensortec BMA250 / Kionix KXTE9 / Freescale MMA8450 / Freescale MMA8451 / Analog Device ADXL278 / Analog Device ADXL346
> Gyroscopes 237
  - Invensense IDG 1004 / Invensense IDG 600/650 / Invensense ITG3200 / ST L3G4200D / VTI CRM3000 / Sensordynamics SD740 / SSS Pinpoint CRM100 / Epson Toyocom XV-3500CB / Sony 2-Axis Gyro / Murata ENC-03RC-10-R A11
> Combo Accelero/Gyro 297
  - SensorDynamics SD746 / VTI SCC1300 / Invensense MPU6000
> Magnetometer 313
> AKM AK8973S

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