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世事無常。種瓜得豆、無心插柳的事情真的會發生。意法半導體（STMicroelectronics，簡稱ST）的微機電系統（MEMS）業務發展就演繹了這樣真實的故事。 ST大中華和南亞地區模擬和MEMS產品部市場總監吳衛東先生介紹說，早期的MEMS技術屬于高精尖技術，應用目標是工業、汽車以及國防領域，例如打印機噴墨頭、汽車氣囊加速度計和MEMS麥克風等。MEMS器件被我們所熟知是由于它在消費類電子中的廣泛應用。先是任天堂游戲機，然后是智能手機、智能手環等移動設備，算起來其興起時間也不過10年左右。 
圖1：MEMS應用始于工業和汽車，繁榮于消費電子 MEMS器件在消費類電子應用的極大成功為ST帶來了豐厚的收益。如今ST擁有齊全的MEMS產品線，包括陀螺儀、加速度計、壓力傳感器、磁力計以及多功能模塊等。ST的MEMS產品被全球主要的消費類電子制造商采用，例如華為的旗艦機型中就包含了ST的內置OIS光學防抖傳感器的6 軸慣性測量單元。據稱，ST的MEMS產品在2017年的市場份額高達60%至65%。 
圖2：ST用于消費類電子的MEMS產品種類齊全 吳衛東先生介紹說，ST的消費類MEMS產品出貨量基數已經非常大，增長速度逐漸放緩。現在，ST開始尋找新的增長點。這個新的增長點就是MEMS產品的歷史起點：工業和汽車應用。 與消費類市場不同的是，工業和汽車應用要求更加嚴苛，器件必須符合更嚴格的行業標準。簡單地說，就是對器件的精度提出了更高的要求。以MEMS傳感器為例，傳感器的精度包含噪聲、穩定性和誤差幾個方面，提高精度需要更先進的制程和更精密的測試及校準工作。如下圖所示，傳感器的測試和校準對于精度提高非常重要；工業級和戰略級傳感器需要更長的測試和校準時間，而這意味著成本的增加。
圖3：工業級傳感器需要更長的測試和校準時間 MEMS汽車應用 MEMS器件在汽車上應用由來已久。汽車應用包括非安全應用和安全應用。非安全應用主要集中在導航系統，在這一領域ST占據了大約60%的市場份額。ST的慣性導航系統包括三軸加速度計和三軸陀螺儀，可以實現在GPS信號缺失下精確的航位推算。非安全汽車應用還包括車載設備MEMS麥克風，它用于免提電話、緊急呼叫和噪聲抑制等方面。 汽車安全應用包括氣囊、主動安全系統和自動駕駛系統。最新的MEMS汽車安全應用案例是激光雷達（LIDAR）。激光雷達的核心是MEMS微鏡。MEMS微鏡不同于MEMS傳感器，它屬于MEMS致動器的一種。在MEMS致動器領域，ST與其他專業廠商結成了伙伴關系，其中包括用于相機對焦的壓電致動器廠商poLight、超聲波測距傳感器廠商Chirp、MEMS揚聲器廠商USOUND以及微鏡投影廠商MicroVision。其中，MicroVision公司和ST合作推廣激光束掃描（LBS）技術，應用場景包括激光雷達，以及微型投影儀、VR、AR和HUD等市場。 智慧工業應用 工業領域包括無數的細分市場，各種應用千差萬別，對器件的要求頗高，用量卻不大。但因為這些市場利潤率較高，所以很多半導體廠商也非常重視這些市場。 吳衛東先生介紹了MEMS器件在工業領域的一些應用案例，這里簡單描述其中的兩個：一個是地震監測儀，另一個是設備檢測和預知維護系統。 下圖這個電容反饋式地震計中采用了ST的高精度加速度傳感器LIS344ALHTR（10000g），它具有超低功耗的特點。該地震計常年深埋在低下，無需任何操作，但一直保持通信連接，隨時傳遞地質數據。
圖4：電容式反饋式地震計 相比之下，工業設備監測和預知維護的需求量更大，幾乎所有的機電設備都可以通過配置這樣裝置來降低財產損失。一般來說，設備出現故障之前都會發出一些征兆，例如冒煙、發熱、發出噪聲、功率下降等等，但一個關鍵的參數是振動的異常。工況監測方法是在旋轉設備上安裝運動傳感器，定期接收傳感器數據，并將實測數據與基準數據比較，查看機器運行狀態不良趨勢，實現預知性維護。監測異常振動正式MEMS傳感器的用武之地。
圖5：設備監測和預知維護 總結 如果說意法半導體的MEMS業務在消費類電子領域的爆發式增長屬于種瓜得豆的話，那么如今該公司回頭再攻汽車和工業市場則可謂不忘初心了。經過這些年的技術積累和工藝完善，MEMS器件已經更精確、更節能、更小巧、更多才多藝了，應該可以在更多的應用場合顯露身手了。 |
