MEMS惯性传感器市场的新动态
2012-12-10 15:02:18   来源：微迷   评论：0   点击：

消费电子和汽车的惯性传感器市场今年将有15%的良性增长，超过26亿美元的业务，这是由于更多的运动传感不断进入更多的移动装置和全球更多的汽车中的车用安全系统。尽管单元出货量将继续以两位数增长，成熟的市场和持续的价格下跌意味着分立惯性传感器销售额将趋于平稳，以后几年将开始下降。然后，增长将主要来自组合传感器，我们预计这将从目前很小的销售量跳至2016年前占27亿美元消费惯性传感器市场的40%左右，11亿美元汽车惯性传感器市场的12%以上。

组合传感器的一个明确的动力是用单个ASIC将二个传感器封装在一起，有可能减少成本和体积。但这一成本优势与每一种独立传感器的进步并不明显。这种优势与应用的关系很大。较低成本单元与多个MEMS传感器结合为良性增长作了准备，以ECS开始，给新商家提供了机会，提出了传感器管理解决方案的需求。这一趋势首先出现在较为成熟的汽车MEMS方面，其中用于电子稳定控制系统（ESC）的传感器单元价格现在已大大降低，这是通过用一个ASIC把加速度计和陀螺仪封装在一起实现的。消费电子方面的采用慢了一点，其中快速改变的技术意味着分立器件价格仍下降得很快，所以，即使6个月前的组合传感器产品的成本优势也不大。不过，消费电子市场的模式转换快及更换周期短意味着，一旦经济性具有吸引力，且在2012-2013开始采用，市场的渗透将比汽车领域更快更深入。

传感器融合的复杂性

组合传感器的第二个动力是传感器融合。多个传感元件的好处是能提供新功能。我们看到了从传感器到组合方案的巨大进步。这是MEMS产业商家的一个机遇，可通过出售包含更多软件含量的高价值解决方案来补偿价格的急剧下降。谁能抓住这些智能传感器系统的附加价值呢？多个替代方案均有存在的空间，传感器制造者提供组合的算法并交叉校准传感器数据和做一些标准的应用程序，而软件和芯片组合制造者提供更高水平的特色功能。组合传感器要求更复杂的软件用于传感器融合计算，这些计算可能需要在MCU上做，而不是在通常的ASIC上做。这将推动供应链的改变，微控制器、软件及子系统制造者开始取代更多的传感器管理工作。

供应链的进展

我们期待与价格持续下跌同时的供应链的巨大变化，许多商家沿着复杂的新产业链争相寻找，如何为将硅传感器集成得到有用功能的更大业务最好的竞争与合作。不管设计和制造MEMS器件的复杂性如何，这些功能的大部分价值实际上不在MEMS芯片的制造。ASIC、封装、测试和标定，以及软件生产成本组成了成本的重要部分，这将随多传感器封装的趋势而越发重要。

惯性MEMS和磁罗盘经受重要的市场和技术演进

过去3年，惯性MEMS及磁罗盘的市场和技术急剧变化。这是由消费电子市场的巨大增加推动的：手机和平板电脑对加速度计的需求；游戏机对陀螺仪的需求；手机对磁力计的需求。

与“独立”的MEMS器件一起，惯性组合传感器（几个惯性传感器组合在一个封装内）也出现了。主要的应用是消费电子（例如加速度计与磁力计或加速度计与陀螺仪）和用于ESC的汽车电子，首要的是变换功能。

确实，目前的惯性MEMS及磁罗盘是由4个主要市场趋势推动的：

1. 下一代传感器将提供各种功能并成为“完整解决方案”

2. 传感器的融合（将不同传感器来的数据综合）已开始广泛使用

3. 开发新结构

4. 价格压力仍非常大（对于消费电子的应用，每季度下降5%）

技术方面，形状因子随占地面积及厚度的降低而不断减小。功耗已经减少到几微安，性能仍不断增加。

在表面微加工组合驱动架构仍是优先适用的同时，有几个公司还是采用体微加工，如VTI。最成功的惯性MEMS类型是基于电容式传感；理由是传感器元件简单、不需要特殊材料、功耗低、以及温度变化时的稳定性好。但是，MEMS尺寸持续缩小时，加速度计的组合驱动架构还将是主要的检测原则吗？

对于磁力计，长期以来霍尔效应一直是主导技术，但随着磁阻抗、巨磁电阻和各向异性磁电阻的使用，情况正在发生变化。基于罗伦茨效应的MEMS技术的新方法现今处于研发之中（VTT等公司）。这有可能在MEMS组合传感器中带来较简易的集成方法。

MEMS测试必须向前发展

过去几年，测试技术也有很大进展。例如，与“独立的”传感器比较，组合传感器要求新测试解决方案。除了通常的晶圆级电学测试和封装级电学及机械或功能性测试外，这些传感器组合需要组件级测试和组合的各传感器的标定。若在封装中包含MCU，传感器与MCU之间的通讯也需要测试。无论是在并行组件或是在单个组件的测试中，解决方案需要是能高产率测试多个器件多轴的符合成本效益的，而不是像在IC设备中的单个腔室内进行。

MEMS测试领域在过去几年已从MEMS制造者内部开发转向与测试供应商合作开发出商用成熟设备。所以，能高产率在单一设备中测试组件所有轴的组合解决方案也似乎与测试设备供应商合作开发，能实现商用。组装和测试工厂可能开始在外包的基础上给无工厂或轻型工厂MEMS制造者提供这些测试服务。

13个不同制造商的23种MEMS器件的对比分析

为了了解关键的进展变化，总计23种不同的MEMS器件（9种加速度计、10种陀螺仪、3种组合传感器和1种磁力计，大部分是消费电子MEMS）进行了逆向工程处理，对于其中的17种进行了MEMS、ASIC、和封装/测试制造成本的仿真。也分析了ASIC。分析了MEMS，用逆向成本专家SYSTEM Plus Consulting仿真生产成本。

依据性能、总成本、MEMS尺寸、ASIC光刻节点、ASIC尺寸、封装尺寸、进入市场年份等，比较逆向工程结果。比较中得到了一些有意义的结果。例如，图4显示了2007-2011年MEMS加速度计尺寸的进展。

根据我们的分析发现，在2007-2011年MEMS芯片尺寸明显减少。例如，在2008年，加速度计（3轴）的平均尺寸是4-5mm2。3年后，约为2mm2。光刻节点在0.18-0.35μ时ASIC尺寸的趋势类同。依据用硅通孔制造惯性传感器的最新ST报告，我们能期望未来有更低的成本和更小的尺寸。

对陀螺仪、组合传感器和磁力计作了同样的分析。

结论

消费电子和汽车惯性传感器市场在2011年有15%的良性增长，超过27亿美元的业务，这是由于更多的运动传感不断进入更多的移动装置和全球更多的汽车中的车用安全系统。尽管单元出货量将继续以两位数增长，成熟的市场和持续的价格下跌意味着分立惯性传感器销售额将趋于平稳，以后几年将开始下降。增长将主要来自组合传感器，我们预计这将从目前很小的量跃升至2016年占27亿美元消费惯性传感器市场的40%左右，11亿美元汽车惯性传感器市场的12%以上。

把几个MEMS传感器集成在一起的关键推动力是要使价格/尺寸减少，或者用传感器融合提供新功能。我们将看到，带有专用软件的传感器融合带来很多附加值，因为MEMS制造商现正试图卖功能而不是卖传感器。