在MEMS傳感器的新聞發布會，ST談論了MEMS的發展現狀，ST做了20年的MEMS 傳感器，優勢是經過市場檢驗的制造技術，更是集成市場領先者，MEMS傳感器起始于汽車和工業，真正的助力卻是消費類電子。所以ST MEMS的下一波發展機會將會再次回到消費電子行業。

近日，ST（意法半導體）在京舉辦MEMS傳感器的新聞發布會，大中華暨南亞區模擬和MEMS產品部市場總監吳衛東先生介紹了ST MEMS的發展現狀，及將向汽車和工業市場滲透的策略。

ST做了20年的MEMS 傳感器

ST公司2016年營收接近70億美元，是一家完整的半導體公司。在MEMS傳感器方面，提供傳感器和致動器（Actuator），優勢是經過市場檢驗的制造技術，有大規模制造能力，有多傳感器集成能力，集成市場領先的智能功能等。

在傳感器集成和智能化方面，例如現在流行的微信計步，ST的傳感器可直接告訴你走了多少步，無需再經過手機的處理器計算。

在致動器方面，有四大類產品及合作伙伴，例如壓電致動器方面有poLight，超聲波測距傳感器方面有Chirp，微鏡投影方面有MicroVision，MEMS揚聲器方面有U-Sound公司正在做產品。值得一提的是，市場目前主要是MEMS麥克風，揚聲器較少。MEMS揚聲器的特點是可以做得更小，例如用于智能眼鏡、智能手表、耳機等產品中。

就像陰陽八卦一樣，傳感器的應用也在周而復始地輪回。MEMS傳感器起始于汽車和工業，但這十年真正推波助瀾的是消費類電子。如今，MEMS的下一波浪潮有望重新回到汽車和工業。

ST現在主要做五類產品：光學防抖陀螺儀、加速度計+陀螺儀/6軸IMU模塊、超低功耗加速度計、高精度壓力傳感器、加速度計+磁強計慣性測量單元。

在消費類應用中有很多成功案例，例如華為手機采用ST的內置OIS光學防抖傳感器的6軸慣性測量單元，任天堂Switch主機和配件采用ST的6軸運動傳感器，迪卡儂手表等可穿戴設備采用ST的MEMS器件，另有eMeet會議揚聲器采用了MP34DT04TR數字麥克風等。

ST的拳頭產品很多，例如手機用的第一代LSM6DS3和第二代LSM6DSL/M合計銷量超過5.5億。LSM6DSL/M是可始終運行的iNEMO 6軸慣性測量模塊，在LGA-14 2.5x3x0.83mm封裝內整合3D加速度計和3D陀螺儀，具有超低功耗和強大性能。

LIS2DW12是應用靈活的超低功耗3軸智能加速度計，適用于消費類電子，諸如物聯網、穿戴和移動設備，特點是尺寸只有2x2x0.7mm，有編程功能。

在汽車應用方面，AIS2DW12是超低功耗3軸智能加速度計，用于無鑰匙進入功能（PKE）。據IHS 2017年上半年市場報告，ST是第一大汽車非安全性應用MEMS廠商;在研發投入和研發熱情的具體表現方面，2016年ST市場份額同比增長20%。

慣導系統中，符合車規的“3軸加速度計AIS328DQTR+3軸陀螺儀A3G4250DTR”組成了6軸慣性模塊，可用于從原來的OBD（車載診斷系統）到現在的T-box（Telematics box）應用中，用于前裝、后裝或對汽車進行裝機采集等。

新應用需要更高精度

高性能取決于應用的需求。汽車應用里，汽車導航通常用GPS，MEMS慣性傳感器作為輔助測量，以覆蓋GPS的盲區。因此MEMS傳感器就要有高精度，通常整個系統的精度要達到“米”級，也就是至少車輛、行人在你自己看得到的地方。這個米的級別并不是一個時間點，是累積的，因為傳感器的挑戰是參數會隨著溫度、時間而漂移，有很多參數影響它。自動駕駛對精度的要求更高，目前客戶要求精度要在20厘米以內。

虛擬增強的實境感測約在10厘米以內。這就要求傳感器有更高的精度和靈敏度。在虛擬增強的實境領域，從Android 5.0開始規定了傳感器的參數規格，甚至要對傳感器做認證，可見傳感器起著至關重要的作用。

提高MEMS傳感器精度的方法

提高精度容易嗎？答案是既容易也不容易。如果不考慮功耗，較容易得到，因為功耗提升后，計算能力可以增強。目前的挑戰是，很多應用對功耗是非常在乎的，例如電池供電。

既然傳感器那么重要，設計上是不是有質的改變或新的技術？從傳感器原理來看，通常采用著名的傳感器精度衡量方法——阿倫方差（AVAR）。但做傳感器產品時有一些物理的局限性不可規避。例如MEMS傳感器里一部分是機械結構，它會老化，且會隨著溫度和時間會有變化。這些參數解釋成電子的術語就是背景噪聲、白噪聲或者不穩定、隨機的抖動。其控制方法要用生產或者矯正的方法來做。

*噪聲。有本身機械結構產生的噪聲;還有閃變噪聲和高頻噪聲。高頻噪聲是傳感器在應用時是數字輸出，在任何電子線路里會有電磁耦合現象。因此在處理時，傳感器廠商要有足夠的經驗幫助客戶在算法上規避或抑制、消除掉這些噪聲。

*穩定性。時間的穩定性毋庸置疑是解決老化，例如今天輸入1出來100%，明天輸入1出來99%，就要控制輸入穩定性。溫度的穩定性，指產品特性在0℃和50℃時肯定不一樣，你要盡量在設計中盡量消除和平衡溫度的影響。重復測試的穩定性，數據線路中如果輸入1輸出0，如果達不到0就是錯。

*誤差。測量沒有百分之百的準確，因為它是模擬的（注：因為內部整個鏈路還是模擬的，信號產生源是模擬的。），需要考慮偏移、靈敏度、非線性誤差（NL）、交叉軸誤差（CX）。

那么如何提高精度？需要改善設計和制造工藝。在MEMS器件中，設計和制程只占了20%工作量，還有80%是測試和校準。這意味著同樣一個MEMS傳感器，如果測試、校準做得更精細的話，它完全可以從精度只有5%提升到1%甚至更低。

因為MEMS器件看起來輸出的是數字，但里面是非常模擬的，甚至比模擬電路還模擬，因為里面有機械結構。在測試和校準方面你是采用一點測試還是三點測試、十點測試？是隨時間調校還是只測一次？……這些方法都會影響到精度。

因此MEMS 傳感器是比較獨特的地方是精度與調校時間相關。例如消費類MEMS傳感器的精度通常低一些，因為一天要保證出貨100萬片，產線、產能不太可能支撐每一個器件都去校準、測試，因為花的時間按秒來算，因此精度可以保證應用即可。同樣的產品如果在測試上花更多的時間就是工業級的。更高一級是以小時來計。再高一級，一個芯片測試上百次，可以把傳感器調校得非常精準，這可以用幾星期來計算，精度就會不一樣。因此按單位1的概念來計算，消費級是x10，工業級是x100，戰略級x1000的概念。

ST目前所做的，是在消費類產品測試和校準方面有豐富的經驗，甚至有很多專利技術。

例如運動MEMS傳感器有三個關鍵元件——采用特殊的微機械加工技術的微型傳感器，內置智能功能的專用ASIC電路，專用的封裝及校準功能。

制造設備、測試校準設備里也有很多核心技術。ST經過多年積累，在測試和校正整個核心算法或流程方面有很大的積累。

看好汽車和工業

汽車是增長點。另外智慧工業是真正推動物聯網應用的地方。

汽車和工業的特點是應用需求比消費類更強，生命周期長（注：不像消費電子，也許市場很大，但會很快退潮）。另外工作環境苛刻，目前還沒有形成完整的體系，而且還是niche market（利基市場）。工業市場也許要十年才能起來，消費電子方面，過去ST的新產品2年更新一次，現在一年更新2次;而工業要長期供貨。

在傳感器方面，除了硬件，ST還有完整的軟件解決方案。例如在設備檢測和預知維護方面，過去馬達保護是過流、過壓等，你摸著燙了才發現出了問題，其實源頭是振動，幾個星期前就會有預兆，改善的方法是在旋轉設備上安裝位置傳感器，定期接收傳感器數據，并將實測數據與基準數據比較，實現預知性維護。

此外，ST傳感器也有連接技術，可在新裝制造設備（下圖綠地）和現有制造設備上（下圖棕地）實現物聯網連接。

ST至今已出貨130億片MEMS。下一步希望從消費類擴展到汽車和工業應用，射頻方面提供短距離到中距離（Sub-1GHz）的全覆蓋。

精彩問答

*ST如何進軍工業市場？

答：ST在消費類傳感器已布局完整，還需要具體細化。例如在運動傳感方面用于電機控制的前瞻性預測方面，需要增加軟件等。

在提升精度方面，正通過校正測試，另外塑封改為陶瓷封裝等。

關于物聯網連接，ST RF有兩大產品：藍牙低功耗（BLE）芯片和Sub-1GHz芯片（法國Sixfox選ST作為唯一合作伙伴）。

實際上，關鍵技術ST都已具備，難點是怎樣和客戶一起做marketing（營銷），例如和農業部和環保部去談。新加坡政府正在評估檢測大樹是否倒了的方案，問題是誰來買單。共享單車方面，可以做檢測腳蹬車的頻率和力度等，正在找合作伙伴。

*為何只有ST做MEMS揚聲器？

答：ST有智能揚聲器的制程，但系統及IP方面Usound很強，其技術難點是功率，加電的激勵形成形變去推動空氣。特點是比普通喇叭小，因此可用于智能眼鏡、手表和耳機等產品。

*手機MEMS麥克風的趨勢如何？

MEMS麥克風正從一兩顆向三四顆發展。例如蘋果6以上的手機都是4個麥克風，手機底端左右各一個主麥克風，手機頂端測距傳感器旁邊有一個輔麥克風，主要用于消除噪聲;手機背面攝像頭旁邊有一輔麥克風，用于拍攝小視頻的聲音錄制。四個麥克風需要大量軟件算法以保持聲音的一致性。

產品展示

eMeet公司的移動會議揚聲器很有趣，據ST工作人員介紹，麥克風就像耳朵，為何有的5米之外說話還能聽到，有的2米就不行了？是軟硬件技術的綜合，ST主要提供高精度的麥克風。那么為何4個麥克風？就像八爪魚會議系統一樣，聰明的麥克風會識別聲源，誰說話波束就轉向誰，因此是360°全方位拾音，同時避免了噪聲干擾。

圖：eMeet和華米手環

在手環展示環節，華米/新一代小米手環采用了ST的運動傳感器。其實第一和第二代小米手環中也有ST的傳感器，用于感知手腕位置是否水平的傳感器（測心率時使用）。

圖：ST有兩種開發套件，可檢測運動、加速度和磁力等。

圖：ST藍牙芯片也已被眾多廠商采用，做成模塊以方面開發者直接采用。