意法半導體掀起MEMS消費電子化新浪潮

　　2009年溫家寶總理在視察中科院無錫微納傳感網工程技術研發中心時提出“感知中國，大力建設物聯網”的號召，將傳感器技術首次推上了舉國關注的焦點位置。傳感器，作為傳感網和物聯網感知層面的關鍵電子器件，是建設所有智能網絡的第一關。推動傳感器技術的創新和應用，其重要意義絕不亞于目前大熱的云計算和物聯網。

　　事實上，很多具有領先意識的半導體廠商很早就認識到傳感器技術發展和應用的重要前景，并投入大量資源致力于新技術的開發和創新設計。現在的傳感器技術已經發展到一個新的階段。集成化、智能化、平臺化的發展理念令傳感器脫離了過去的陳舊印象，傳感器成為系統中蘊藏大智慧的關鍵器件。而傳感器的應用創新則更加引人注目。許多時尚潮流的熱門應用，如智能手機觸摸屏體驗，便攜式遠程醫療設備，汽車安全智能系統，游戲娛樂產品等，這些至酷至美，實用貼心的生活體驗，都離不開傳感器的貢獻。

　　意法半導體(ST)公司是MEMS傳感器技術和應用創新的先行者。據IHS iSuppi公司2011年的統計報告顯示，ST是全球第一大消費電子和便攜設備芯片供應商，MEMS傳感器出貨量已突破20億大關。

　　MEMS消費電子化浪潮

　　原本在工業應用廣泛的MEMS傳感器技術，經過傳感器技術專家的創新，現在可以用來實現很多新鮮有趣又實用、符合未來發展需求的嶄新應用，掀起了MEMS消費電子應用的新浪潮。

　　便攜設備中的數據保護是MEMS傳感器的一種應用。當出現自由墜落或者其它異常運動時，MEMS加速計將立即通知系統終止全部的硬盤驅動器(HDD)讀寫操作，并將磁頭固定到安全位置。意法半導體的加速計還經常集成在洗衣機或烘干機等家電設備中，充當振動檢測器，用于穩定失衡的負荷，防止機器出現過量的磨損而發生故障。

　　MEMS陀螺儀，也稱角運動傳感器，可以輔助加速計，使游戲機和遙控器的人機界面變得更加炫酷。這些陀螺儀還能消除晃動對數字攝像機或數碼相機畫質的影響，提高圖像或相片的清晰度，并可使汽車導航增加航位推算和地圖匹配功能。由于GPS衛星信號無法覆蓋每一個角落，例如，在建筑物內或高樓林立的城區通常沒有衛星信號，在這種情況下，航位推算系統通過監測運動、行程和海拔，修正數字羅盤讀數，繼續為用戶提供準確的導航信息。

　　MEMS磁傳感器測量地球磁場的強度和/或方向，因而能夠確定以北極為參考軸的前進方向，增強便攜消費電子產品的電子羅盤功能，包括方位定向、地圖/顯示屏定向、定位關聯服務和航位推測。在一個9自由度(DoF) 多傳感器模塊內，磁傳感器可補充加速度計和陀螺儀的功能。

　　壓力傳感器可滿足應用對全量程和高分辨率的要求：應用實例包括手持設備的氣壓計功能和硬盤驅動器的“飛行高度”控制功能。隨著硬盤驅動器小型化趨勢和存儲容量不斷提高，磁頭與盤面之間的距離極易受到氣壓變化的負面影響。

　　微加工聲學器件，也稱MEMS麥克風，可提高現有的和新興應用設備的音質、可靠性和成本效益，目標應用包括手機、筆記本電腦、錄像機、數碼相機以及助聽器或電子聽診器。將多個MEMS麥克風組合成陣列可實現更多功能，如噪聲抑制和方向拾音。這在噪聲很大和無法控制的環境內，對于提高聲音清晰度很有幫助，可以有效提高移動會話和會議的音質。

　　MEMS技術發展方向

　　在一個封裝內整合多個傳感器：加速計、陀螺儀、地磁計、壓力傳感器，這個多路傳感器一體化解決方案可大幅提升各種應用設備的功能性和性能。意法半導體公司最具代表性的INEMO傳感器解決方案平臺，將9個自由度傳感器和32位MCU整合在一起，同時還配備多個通信接口，靈活和高性能的配置令其可為許多新興應用提供出色的解決方案。集成傳感器可實現自主和自動系統，監測特定的條件，并根據監測結果執行相應的操作，用戶無需干預或只需稍加介入。此外，“智能傳感器”整合MEMS器件和處理功能，無需主處理器介入，獨立運行傳感器算法，從而能夠降低系統級功耗，這對耗電量極大的手持設備非常重要。

　　iNEMO模塊沿用先進的濾波和預測軟件iNEMO Engine。該軟件利用精密算法整合所有傳感器的輸出數據，能夠在精度、分辨率、穩定性和響應時間等方面提高系統整體性能，大幅改進用戶的使用體驗。

　　硅微加工技術還被用于開發各種熱射流MEMS器件。意法半導體還為主要的噴墨打印機制造商提供噴頭芯片。打印頭芯片內含有數百個微型通道，這些墨水通道與相應的裝滿墨水的微型墨盒相連。同一芯片上的加熱元件與控制電路將墨水蒸發，把微小墨水氣泡噴射到打印紙上。

　　ST的Lab-on-Chip芯片同樣也利用了硅的電氣特性和熱特性，這個解決方案用成本低廉的一次性便攜工具取代了成本昂貴、耗時的固定地點實驗室分析過程。意法半導體的In-Check™產品平臺是業內首款通過精確控制熱量來擴增DNA并進行微矩陣檢測的基因芯片。因為硅的熱特性非常出色，準許在同一芯片上實現電子溫度控制，所以Lab-on-Chip芯片能夠對DNA樣本進行精確的加熱和冷卻處理，其精確度可與價值數萬美元的實驗室媲美。與傳統的診斷系統相比，MEMS因為外形小，耗電量少，只需很少的試劑，所以更能節省成本。

　　在醫療保健領域也可以應用微射流MEMS技術，例如，可以安裝在一次性敷貼內的微型胰島素注射泵。意法半導體與Debiotech公司合作開發的胰島素注射泵能夠精確模擬胰腺分泌過程，向人體持續輸注胰島素，同時還能檢測注射泵可能存在的故障，為病患提供深一層的保護。基于MEMS的Jewel Pump采用大規模半導體制造技術，成本比現有的解決方案更容易讓病患接受，同時，其可靠性和精確度也很出色。

　　意法半導體的MEMS壓力傳感器還是另一項創新應用的核心技術：能夠24小時檢測和觀察眼壓變化的智能隱形眼鏡。作為意法半導體與Sensimed的合作開發成果，這個創新的輔助診斷工具有助于專家提前發現青光眼，通過同步治療方法與病患的內部生物鐘能夠使治療效果最大化。

　　MEMS制造技術

　　2006年，意法半導體在意大利Agrate地區建立了一條MEMS器件專用200mm (8英寸)晶圓生產線，成為世界首個擁有MEMS專用生產線的大型半導體公司。這一舉動大幅降低了產品的單位成本，并加快了現有應用領域擴大和新市場開發。

　　意法半導體在其位于馬爾他Kirkop的最先進的后工序制造廠進行MEMS器件的封裝測試，該工廠日產能超過100萬顆MEMS芯片。整合一個微加工傳感器和一個邏輯裸片的復雜器件需要嚴格且復雜的封裝解決方案，以降低MEMS芯片受機械振動和環境因素的影響。

　　在前工序制造技術和工藝方面，意法半導體發現并解決了在各種應用領域大規模推廣高效益的MEMS器件的關鍵問題。為了加快產品上市時間，實現規模經濟效益，核心技術的標準化是極其重要的。意法半導體開發出了微致動器和加速計芯片厚外延層(ThELMA)工藝，這個0.8微米表面微加工技術可整合薄厚不一的多晶硅層，用于實現MEMS器件的結構和互連線。

　　意法半導體的VENSENS工藝(VENice process for SENSors)結合 ThELMA工藝，可以在一個單晶硅芯片內整合一個空腔，制造一個尺寸和性能優異的壓力傳感器，使芯片變得更薄、更小，熱穩定性和可靠性更高。