组合传感器将成为惯性器件的增长驱动
2011-11-19 17:37:57   来源：微迷   评论：0   点击：

今年消费电子和汽车的惯性传感器市场有希望健康增长15%，营收超过26亿美元，这主要归功于越来越多的运动传感功能应用到移动设备中，以及世界各地越来越多的汽车配备了安全系统。尽管营收增长将继续保持两位数增长速度，但是成熟的市场和持续的价格侵蚀意味着营收将趋于平稳，并在未来数年开始下降。营收增长主要来自于组合传感器，Yole预测其营收将从非常小的量激增到消费惯性市场（27亿美元）的40%，到2016年超过汽车惯性市场（11亿美元）的12%。

该趋势显示在比较成熟的汽车MEMS部件中，用于汽车电子稳定控制系统（ESC）的传感器单价已经下降到约4美元，或者说显著下跌了25%，原因是采用一个ASIC，并将加速度计和陀螺仪封装在一起。随着技术快速进步，分立器件的价格快速下跌，组合传感器具有更低的成本优势。但是消费市场的模式转变更快、转变周期更短，这意味着2012-2013年期间，一旦价格合适吸引人采购，组合传感器将比汽车市场更快渗透，预计到2016年出货量将超过9亿个。

ESC和侧翻传感器驱动组合市场

不断增长的ESC庞大市场是首个组合传感器的推动者。如今和发达国家一样，在新兴市场的汽车安全系统的需求驱动下，约52%的汽车已经配备了ESC。2011年在美国、欧洲和澳大利亚现在要求所有汽车均装配ESC。日本、韩国和加拿大也有类似要求：到2013年所有汽车必须配备ESC。到2016年全球有77%的新车装有ESC。预计未来5年内价格更低的组合传感器将占据ESC市场的41%。

图1 2009-2016年消费和汽车惯性传感器市场（US$M）  

组合传感器也有潜力来减少侧翻传感器成本。尽管全球很少使用，但是在北美市场，侧翻传感器（加速度计+陀螺仪）已经应用在40%的新车中，最常用于面包车、SUV和皮卡车。进一步的需求是由保证的，如美国政府很可能从2018年起要求新车都使用侧翻传感器。集成该传感功能到一个组合传感器中，或集成到ESC单元中，将减少额外的处理器芯片成本，并以较低价格获得广泛应用。

尽管将ESC或侧翻传感器集成到主ECU碰撞传感器中可能更有意义，但是短期内组合传感器很难进入安全气囊传感器市场。前碰撞传感器已经被安装在几乎所有新车中，但是需求持续增长来自于汽车中安装更多的传感器，如周边碰撞传感器，以提供更多的信息来决定安全气囊打开时机。发达国家市场平均每辆车安装了2-3个周边碰撞传感器，高端车辆甚至达到8个。发展中国家市场也会迅速在车上增加周边碰撞传感器，中国平均每辆车安装2个高g值传感器。

胎压监测系统（TPMS）当然会安装在每个车轮里，所有它不会与其它惯性传感器集成，但是，未来趋势是将压力传感器和悬臂梁加速度计封装在一起，或者甚至是同一个芯片（chip）上，就像英飞凌（Infineon）做的一样。其它功能集成，如MCU处理器、RF、甚至是能力收集器，也会随之而来。

从长期来看，用于ESC的组合惯性传感器单元和已经在汽车上配备的中央处理器上的传感器管理单元能够使用低成本解决方案，并运用这些传感器信息实现其它功能，如导航系统、电子刹车系统、平台稳定、保持车道、汽车报警器、振动噪音消除等。但是对于汽车设计，这需要较大的改变，并且没多少厂商有能力来实现这些集成特点，所以组合传感器的应用可能还需要一段时间，预计到2014-2015年开始应用。

新的竞争者挑战老牌供应商的机遇

因为在未来几年内ESC组合市场将会起飞，所以那些赶在市场启动前快速进入的公司很可能做到最好，这意味着即使陀螺仪制造商没有自己的加速度计，也需要购买或授权许可。如果公司能以高良率自己生产这两个传感器会有品质和利润优势。

去年，汽车加速度计市场领导者博世集团减小了70%芯片尺寸（2轴加速度计、陀螺仪和ASIC在一个封装里）。芬兰的VTI出售组合传感器单元给Continental。SensorDynamics的组合传感器将供应商的陀螺仪和加速度计（来自Kionix公司）封装在一起，并且现在拥有母公司Maxim设计精良的处理器。这些公司有可能获得较好市场份额，除非其它主要汽车惯性传感器供应商与其竞争组合传感器。汽车陀螺仪市场领先者Panasonic仍致力于开发其加速度计和组合传感器。汽车加速度计公司Denso去年推出陀螺仪，但是还没用研发出组合传感器。大牌消费惯性公司也可能继续将市场扩大汽车领域。

图2 运动传感器价值链       

2016年消费组合传感器将激增到9亿美元

同样在消费市场，在未来几年惯性传感器销售额开始趋于平稳，随后增长来自于加速度计和磁传感器组合模块，然后加速度计和陀螺仪组合，最终这三个传感器会集成在一起，用于游戏、智能手机和平板电脑。当然加速度计和磁传感器组合已经在市场上一段时间了，但是更好的性能源于这两个传感器的互相校正，并会推动明年市场强劲增长，因为越来越到的应用需要更准确的定向和定位功能。对高性能的持续需求来自于室内基于地理位置服务（LBS）、移动消费设备中更精确的手势和位置识别，这些需求也会驱动陀螺仪和加速度计集成。Yole预测9自由度的组合传感器（加速度计+陀螺仪+磁传感器）销售额将在两三年内快速增长，有助于驱动整个消费组合传感器市场在2016年达到9亿美元。

组合传感器需要的新技术

组合传感器需要更复杂的传感器融合软件，并且软件很可能运行于MCU，而不是通常的ASIC。这推动供应链发生改变，如微控制器、软件和子系统开始更多地接管传感器管理。

虽然加速度计和陀螺仪可以用相同的MEMS工艺生产，并且在一个芯片上集成可有效降低成本。磁传感器要求不同技术，并且仍将是单独的芯片。当前低成本霍尔传感器主导磁传感器市场，尽管其它基于CMOS技术的磁传感器也有类似的性能。MEMS磁传感器与其它MEMS传感器集成的解决方案正在研发中，但是仍然需新方法出现。新的方法如Baolab将MEMS磁传感器集成到CMOS芯片的金属层可提供成本合适的替代品，尽管性能仍需提供。

单芯片磁传感器技术，以及越来越多地使用MCU，意味着集成大部分会通过在封装内进行引线键合。而对于主流应用，TSV或晶圆级键合可能过于昂贵。对于消费电子和汽车应用，引线键合依然够用且具有很强的成本效益。

然而组合传感器要求新的测试解决方案。除了常用的晶圆级电气测试和封装级电气和机械或功能测试，这些传感器还需要模块级测试和组合传感器校准。如果组合传感器包含MCU，传感器之间的通信和MCU也需要测试。并且它们需要具有成本效益、高通量解决方案来测试各器件的多个轴。目前许多大批量产品测试通过32并行点同时进行，并很可能增加到64点。另一个挑战是生成局部精确磁场来测试磁传感器，并将其融入到同一个测试工具中，该工具可进行加速度计的机械测试等。

方便的是，在过去几年全球的MEMS测试已经从MEMS制造商的内部研发到与测试供应商（可提供商业化设备，如SPEA和Multitest）合作研发。所以用一个工具能高通量测试模块中所有轴的组合解决方案也可能由测试设备供应商和商业公司一起研发。装配和测试公司也会开始为无晶圆厂或轻晶圆厂MEMS公司提供测试外包服务。