消費(fèi)電子市場有其自身的特點(diǎn)，消費(fèi)產(chǎn)品需要實(shí)現(xiàn)低價(jià)、低功耗、低電壓、小型化。MEMS產(chǎn)品供應(yīng)商必須要提高新產(chǎn)品的開發(fā)速度，同時(shí)還要維持與汽車電子相同的可靠性。

　　加速度傳感器陀螺儀已被廣泛用于汽車和醫(yī)療器械市場，例如汽車的主動(dòng)或被動(dòng)式安全系統(tǒng)和心律調(diào)整器等。消費(fèi)市場的制造手段與汽車電子市場一般采用的大、厚且昂貴的陶瓷等封裝技術(shù)不同，其比較偏好可表面貼裝的封裝方式，以及小、薄和低成本的解決方案。例如ST于2002年發(fā)布的全模造塑料封裝（Full Molded PLGA）目前被業(yè)界廣泛使用而成為一項(xiàng)制程標(biāo)準(zhǔn)。憑借該技術(shù)，ST只用了不到3年的時(shí)間即將其3軸加速度傳感器系列產(chǎn)品從100立方毫米微型化到10立方毫米的封裝尺度。

　　汽車用傳感器不通過電池來供電，因此功耗并不是技術(shù)難點(diǎn)，而較高的抗震性能十分重要。此外更廣的溫度范圍和更高的產(chǎn)品可信度也是汽車產(chǎn)品市場的基本要求。而針對(duì)消費(fèi)市場，功耗和電壓則成為重點(diǎn)之一。目前消費(fèi)產(chǎn)品的供電電壓已降到1.8 V，電流必須小于1.0 mA。

　　因?yàn)槭殖衷O(shè)備沒有固定的框架作為參考，而用戶希望各個(gè)方向上的動(dòng)作都能被加速度傳感器探測并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，因此目前多軸傳感器方案為消費(fèi)性市場的主流。

　　模擬式輸出的傳感器方案也逐漸被數(shù)字式產(chǎn)品所取代，因?yàn)閿?shù)字式方案使產(chǎn)品整合更容易，軟件開發(fā)更快速。此外，增加中斷功能的引腳位能簡化最終產(chǎn)品的整合，也是客戶的需求之一。針對(duì)這些需求，ST開發(fā)了二軸、三軸、模擬與數(shù)字式加速度傳感器以適應(yīng)不同的應(yīng)用。ST還提供參考設(shè)計(jì)和評(píng)估套件，及專用開發(fā)軟件工具。

　　單芯片單封裝的單體式（Monolithic）和雙芯片單封裝混合式（Hybrid）是市場上的兩種主要解決方案。多芯片單封裝的解決方案不僅具有最佳的成本效益，還提供了快速量產(chǎn)所需要的模塊化和彈性化方面的要求，對(duì)消費(fèi)性市場十分重要。然而，由于實(shí)際系統(tǒng)在成本、上市時(shí)間等方面的要求，采用最合適的方案才是明智的辦法。目前將感測單元和接口電路整合在一起是可行的，但并不一定是最佳解決方案。有時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS技術(shù)來制造復(fù)雜的控制電路反而更能滿足功能和成本兩方面的需求。

　　ST推出的加速度傳感器和陀螺儀采用兩顆芯片單一封裝的系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）方案。兩顆芯片中，一顆通過THELMA微加工技術(shù)制造而成，對(duì)慣性或柯氏力很敏感；另一顆可以是模擬或數(shù)字控制芯片，用并排或堆疊的方式來與THELMA加工成的機(jī)械性組件封裝在一起。

　　在SiP構(gòu)架中，微加工傳感器器芯片將加速度轉(zhuǎn)換為差分電容改變量，另一顆接口芯片將微小的電容改變量（atto-farad范圍）轉(zhuǎn)換成模擬或數(shù)字格式的輸出信號(hào)。

　　SiP的方法可加速多軸陀螺儀等新式運(yùn)動(dòng)傳感器的開發(fā)。由于ST采用類似LEGO（樂高）玩具式的模塊化設(shè)計(jì)，陀螺儀的機(jī)械和電子模塊可使用與已量產(chǎn)的多軸加速度傳感器相同的技術(shù)平臺(tái)，設(shè)計(jì)人員可對(duì)多軸加速度傳感器中已驗(yàn)證的功能模塊進(jìn)行復(fù)用（Re-Use），以加快研發(fā)的速度，并實(shí)現(xiàn)較低的開發(fā)成本。此外，得利于Land Grid Array封裝配置實(shí)現(xiàn)的彈性，ST可迅速將其芯片中的任意兩個(gè)模塊整合為最終產(chǎn)品，甚至包括接腳的調(diào)整。

　　消費(fèi)電子市場中的壓力傳感器

　　壓力傳感器的傳統(tǒng)應(yīng)用為壓力和氣流等物理量的測量，主要場合為工業(yè)、汽車和醫(yī)學(xué)等?；贛EMS技術(shù)的壓力傳感器可用于測量電阻或電容變化量等物理值。其加工制造主要采用前文提到的體型加工或表面型加工，或兩者的混合方式。壓力傳感器材料一般為硅半導(dǎo)體，標(biāo)準(zhǔn)的硅基板或更昂貴的絕緣層上覆硅（Silicon-On-Insulator, SOI）基板同樣被用來作為起始層材料。

　　壓力傳感器可分為電阻式和電容式兩種，并分別對(duì)應(yīng)不同的加工制程。體型微加工技術(shù)是電阻式壓力傳感器較佳的選擇；而電容式壓力傳感器一般比較適合采用表面型微加工技術(shù)制造。

　　電阻式的工作原理利用了硅晶的壓阻特性，將微小的振膜應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑿〉碾娮柚底兞?，電容式壓力傳感器則使用兩個(gè)平行板，一個(gè)固定，另一個(gè)則是以垂直于芯片平面的方向移動(dòng)的薄振膜。當(dāng)出現(xiàn)移動(dòng)時(shí)，這兩板之間會(huì)出現(xiàn)極小的電容值變化，并產(chǎn)生輸出。輸出的電阻或電壓值會(huì)傳送給接口電路，并轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷褐怠Ｅc運(yùn)動(dòng)傳感器的作法相同，接口電路可以以芯片或封裝造型來實(shí)現(xiàn)整合。采用SiP結(jié)構(gòu)可提供較大的設(shè)計(jì)彈性，并加快產(chǎn)品上市的速度。

　　廠家的定制化的制程目前是MEMS微加工技術(shù)的主流，而并未出現(xiàn)所謂的理想制程。但無論市場上存在多少不同的半導(dǎo)體晶圓廠和制程，消費(fèi)類產(chǎn)品的關(guān)鍵是一直是價(jià)格、尺寸和性能之間的取舍。這種情況造成了目前只有少數(shù)的廠商能為消費(fèi)性市場提供可行的解決方案的現(xiàn)象。例如在標(biāo)準(zhǔn)的體型微加工解決方案中，封裝部分往往是成本中的主要部分，而通過VENSENS技術(shù)可制造出尺寸僅為0.8mm x 0.8 mm，厚度約0.3 mm的低成本小型化全硅晶式（Full Silicon）壓力傳感器，其優(yōu)勢就在于使性能與封裝方式無關(guān)，掃清了進(jìn)入成本主導(dǎo)的消費(fèi)產(chǎn)品的障礙。ST最近發(fā)布的最新HLGA（Holed Land Grid Array）封裝專利技術(shù)，可使其壓力傳感器的生產(chǎn)復(fù)用（Re-Use）運(yùn)動(dòng)傳感器既有生產(chǎn)工具，讓消費(fèi)者能獲得更小和更薄的封裝。

　　運(yùn)動(dòng)與壓力傳感器的消費(fèi)性應(yīng)用類型

手機(jī)

　　MEMS技術(shù)的傳感器給帶來了電子產(chǎn)品用戶操作感受的變革。傳統(tǒng)手機(jī)屏幕上的頁面滾動(dòng)和放大縮小等都需要用戶通過按鍵或轉(zhuǎn)輪等來完成，而且機(jī)身的小型化造成了有限的顯示尺寸和功能，以及“小按鍵大手指”等的尷尬現(xiàn)象。結(jié)合了MEMS加速度傳感器的設(shè)備則可省略這些零件實(shí)體，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的界面元素。傳感器可通過用戶的動(dòng)作判斷其意圖，用戶可能只需要簡單地傾斜手中設(shè)備，就能瀏覽電子書或移動(dòng)地圖，使各種復(fù)雜的操作變得十分簡便。

無線游戲控制器

　　任天堂的Wii是市場中最成功的一個(gè)使用案例。多軸加速度傳感器的應(yīng)用使用戶的真實(shí)動(dòng)作變成了手持設(shè)備的鼠標(biāo)功能，系統(tǒng)通過判斷其動(dòng)作和姿態(tài)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)游戲中虛擬環(huán)境和人物的操作。符合人性的界面使游戲變得更加吸引人，這對(duì)于所有目標(biāo)用戶為年輕人的公司來說十分關(guān)鍵。

鼠標(biāo)和3D Pointer

　　從鍵盤轉(zhuǎn)向鼠標(biāo)是操作方式上的一次進(jìn)步，也使鼠標(biāo)成為目前電腦及周邊設(shè)備上最常見的操作接口。鼠標(biāo)一般帶有2~3個(gè)按鍵，用以輸入指令，以及作為與電腦系統(tǒng)連結(jié)的通訊接口；用戶手持鼠標(biāo)在二維平面上的動(dòng)作被用來控制光標(biāo)或指針在圖形化界面中的位置，并執(zhí)行特定的動(dòng)作。慣性傳感器的出現(xiàn)為鼠標(biāo)操作帶來了新的革命。

　　在鼠標(biāo)中內(nèi)置加速度傳感器可使系統(tǒng)監(jiān)測用戶的三維控制動(dòng)作，并把相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給電腦操作系統(tǒng)；如整合陀螺儀則更能強(qiáng)化設(shè)備的功能和可用性。同時(shí)，該技術(shù)對(duì)于要求低功耗的無線解決方案也十分適合。

硬盤防跌落保護(hù)功能

　　由于大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求，目前除筆記本電腦外，內(nèi)置硬盤在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、PMP、DV等產(chǎn)品中也大量普及。而便攜式設(shè)備時(shí)常有跌落而造成數(shù)據(jù)損失的危險(xiǎn)。三軸加速度傳感器的應(yīng)用可使這些設(shè)備中的數(shù)據(jù)免受傷害。

　　加速度傳感器可感測到重力加速度，在跌落時(shí)，微控器會(huì)發(fā)出指令要求讀寫頭從敏感的盤片上移開以避免落地時(shí)對(duì)其可能造成的劃傷，使硬盤在三軸方向上獲得自由落體保護(hù)。

位置服務(wù)的輔助導(dǎo)航（LBS）

　　在GPS廣泛普及的今天，其技術(shù)也暴露出一些缺陷。GPS設(shè)備主要通過接收器對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的接收來實(shí)現(xiàn)定位和路線指示，而其在信號(hào)不好的地方，例如高層建筑之間、地下室、隧道、橋梁等，并不能實(shí)現(xiàn)100%的可靠性，很難進(jìn)行準(zhǔn)確定位。另外，電池式的GPS設(shè)備也往往消耗大量的電力。

　　DR（Dead Reckoning）采用慣性定位方式可有效彌補(bǔ)GPS的不足，與之形成互補(bǔ)。DR系統(tǒng)會(huì)掌握行車的距離和轉(zhuǎn)動(dòng)偏移的方向來計(jì)算相對(duì)位置，因此加速度傳感器、陀螺儀和磁力計(jì)可被用來建立一套運(yùn)動(dòng)量測單元來實(shí)現(xiàn)這一功能。MEMS設(shè)備的低功耗也可有效節(jié)省電力。人們?cè)絹碓疥P(guān)注自己的身體健康，各種輔助設(shè)備也被廣泛應(yīng)用。計(jì)步器能夠用來測量用戶行走的距離和速度，以確定其消耗的能量。計(jì)步器中的輸出是垂直于平面運(yùn)動(dòng)的一組周期性信號(hào)，其被安置于鞋中并可與其他設(shè)備進(jìn)行無線通訊。目前計(jì)步器已成為PND設(shè)備的一項(xiàng)重要功能，MP3播放器和多媒體手機(jī)也開始整合此項(xiàng)功能。

天氣預(yù)報(bào)和高度計(jì)

　　壓力傳感器能讓GPS設(shè)備或手持設(shè)備判斷使用者所在的高度，并具有天氣預(yù)報(bào)的功能。當(dāng)用戶撥打緊急電話時(shí)，GPS和壓力感測器將能自動(dòng)傳送出用戶在某建筑物中的位置和樓層高度。

數(shù)碼相機(jī)/攝像機(jī)防抖功能

　　數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)的防抖功能可消除用戶按快門瞬間的抖動(dòng)對(duì)成像的影響，目前手機(jī)中普遍加入照相功能，這意味著陀螺儀在此市場具有極大的發(fā)展?jié)摿?。壓電振?dòng)式陀螺儀被廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)的防抖模塊，MEMS陀螺儀具有減少空間維度和降低功耗的功能優(yōu)勢，能同時(shí)量測pitch和roll軸的角加速度，也很容易與其它的運(yùn)動(dòng)感測器集成在一起。

　　MEMS的新興應(yīng)用領(lǐng)域

　　消費(fèi)電子市場的新型應(yīng)用甚將“MEMS的消費(fèi)性浪潮”進(jìn)一步推至“MEMS狂潮”。除了以上介紹的產(chǎn)品，MEMS技術(shù)還為其他許多創(chuàng)新性應(yīng)用提供了廣闊空間。MEMS必須專注于客戶的需求，迎合微型化和多感測器叢集的設(shè)計(jì)趨勢。ST在MEMS技術(shù)方面將繼續(xù)其小型化的目標(biāo)，另一方面，技術(shù)平臺(tái)的改良和產(chǎn)品路線圖的調(diào)整也是公司的重點(diǎn)。此外，讓客戶定制化及標(biāo)準(zhǔn)化的封裝能實(shí)現(xiàn)多傳感器的融合（如HLGA與一般的LGA封裝能完全兼容）等也是ST十分關(guān)注的領(lǐng)域。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）是許多公司和研究機(jī)構(gòu)積極開發(fā)的另一塊市場。WSN曾廣泛用于軍事、安防和科學(xué)監(jiān)測等領(lǐng)域，目前也逐步走向民用，例如在汽車電子中的胎壓檢測系統(tǒng)實(shí)際上就是一個(gè)簡單的五節(jié)點(diǎn)WSN，其中傳感器的設(shè)計(jì)包含了MEMS壓力傳感器和加速度開關(guān)。

　　WSN由于還存在一些技術(shù)性的障礙，能否實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)還是未知數(shù)；但無論如何，廠商和產(chǎn)業(yè)界都能從為消費(fèi)產(chǎn)品市場小型低功耗MEMS傳感器產(chǎn)品的研發(fā)實(shí)踐中獲得收益。

　　Motes指由傳感器、接收器、控制器、電池和天線等組成的無線傳感器模組，主要用以測量物理量的改變，如壓力、溫度、熱量、氣流、受力、振動(dòng)、加速度、撞擊、扭力、濕度、應(yīng)變力和影像等。該概念也正逐漸走向商業(yè)化。

　　有許多應(yīng)用可以用到無線傳感器模組，例如家居自動(dòng)化、工業(yè)控制、安全監(jiān)控、建筑工程、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)控等；目前由于市場對(duì)安全性、娛樂性、便利性和效率等的要求，以及一些政府和機(jī)構(gòu)的強(qiáng)制性要求，給無線傳感器模組的普及帶來了機(jī)遇，同時(shí)也給MEMS供應(yīng)商帶來了挑戰(zhàn)，因?yàn)槠湫枰袑⒉煌夹g(shù)整合到單一模組化格式中的能力。ST正是考慮到這方面的需求，投資先進(jìn)的八英寸晶圓廠，為Motes的量產(chǎn)建立生產(chǎn)制程平臺(tái)。

　　無線傳感器模組中傳感器的選用也要依據(jù)具體情況。傳感器并不一定要采用MEMS技術(shù)，有些應(yīng)用中選用已發(fā)展較長時(shí)間的傳統(tǒng)感測器也許會(huì)更合適。無線傳感器模組的潛在市場很大，當(dāng)技術(shù)上的瓶頸被克服，其將成為人們?nèi)粘Ｉ钪械囊徊糠帧?/p>

　　結(jié)論

　　MEMS技術(shù)正在逐步走向民用和消費(fèi)類市場，我們正處于“MEMS狂潮”的開端，ST將以其完善的生產(chǎn)基礎(chǔ)、高效的執(zhí)行能力、對(duì)消費(fèi)電子市場的深入了解，以及先進(jìn)而穩(wěn)定的生產(chǎn)研發(fā)技術(shù)平臺(tái)作為此次新浪潮的重要推動(dòng)者。ST認(rèn)為，以壓力傳感器、加速度傳感器為代表的MEMS技術(shù)將在未來的產(chǎn)品中扮演越來越重要的角色，并帶來席卷整個(gè)業(yè)界的威力；WSN可帶來無窮無盡的創(chuàng)新應(yīng)用，在攻克技術(shù)難關(guān)后必將進(jìn)一步推動(dòng)MEMS的創(chuàng)新革命。