MEMS能否代替传统传感器，开启产业新篇章？

智能手机已经成为我们生活中不可或缺的一部分。智能手机市场的爆发也带来了多个市场的增长，MEMS传感器就是其中之一。

提到MEMS传感器就不得不说到ADI，今年对于ADI来说也是意义非凡的一年。从1987年开始投入MSMS Sensor研发至今，ADI已经走过的三十个年头，可以说是业界最早开始做MEMS研发的公司之一。

在这期间，1987年，ADI发布了第一颗High-G MEMS传感器用于汽车安全气囊碰撞监测，1996年发布了第一颗Low-G传感器用于人体运动监测，再到2011年发布“能够承受170度高温的MEMS加速计传感器”。

“2012年的时候，，AID推出了业界最低功耗的MEMS产品——ADXL362，后来这一产品广泛应用到智能手环等可穿戴产品中，到目前位置，这一系列产品在市场上都占有着非常高的份额。”ADI亚太区微机电产品市场和应用经理赵延辉最近一次的发布会上表示。

经过三十年的发展，ADI为什么对于MEMS传感器的发展和未来的主要市场也有着自己独到的理解。在越来越多的企业开始关注MEMS传感器市场的现在，如何树立自己的品牌优势，为市场提供更好的发展动能，也是ADI目前所关注的。

不一样的市场关注点

从2008年，智能手机开始替代传统的功能手机开始，手机市场对于MEMS传感器的需求就迎来了持续性的增长，“在那个时候，ADI就已经注意到了智能手机在MEMS市场特殊的需求，更准确的说是便携式设备对于传感器的需求。”赵延辉表示。

与现在很多大厂将注意力放在消费类电子产品上一样，2008年，ADI就投入了很多精力，推出了很多具有新颖功能的产品，“但是，随着手机市场趋于成熟，MEMS的功能也开始同化，竞争对手的大量涌入，拉低了整个市场的成本，使得MEMS技术越来越平民化。所以ADI也逐渐将市场研发重点进行了转移，不是推出更加低成本的产品，而是推出更加新颖的产品。”赵延辉强调。

目前，在ADI看来，其MEMS业务的主要研发重点有四个：

首先，是陀螺和惯性单元。这样的模块中，现在可以集成很多类的传感器，比如加速度传感器、磁力计、气压计等等，高度的集成可以为客户相对简单的单芯片解决方案。但是在ADI来说，这样的单芯片解决方案，虽然适用于智能手机这样的日常使用环境，绝大多数情况下都是在室温情况下使用的，但是在工业、无人机等新兴的使用场景中，传统的单芯片解决方案并不适用。

“比如说，iphone中使用的MEMS传感器，在气温过高或者过低的时候就会出现停摆的状况，这样的产品明显不适用于工业场景。”赵延辉表示，“ADI所要做的产品，就是能够上天入地，应付各种复杂的高温高压环境。这是ADI重点关注的市场之一，据了解，目前还没有厂商专门做这方面的产品。”

其次，超低噪声。与超低功耗产品不同，在ADI推出超低功耗的ADXL 362芯片之后，有越来越多的厂商开始跟进这一市场，“因为大家都看到了可穿戴设备对于这一系列产品的需求。现在超低噪声产品与当时超低功耗的情形非常类似，ADI可以说是第一个关注到这一市场的企业，目前还没有厂商在做。”

为什么ADI会想得到做这一方面的产品呢？赵延辉表示，超低噪声的产品主要是针对对于高分辨率和高性能有需求的市场，譬如工业物联网市场。

手机加工自动化的难度远远高于汽车等大型产品的自动化，这主要是由智能手机的小型化决定的。如何更加精准的进行定位，进行状态的监控，其难度也比汽车自动化生产要高。这就要求，自动化生产所采用的传感器能够进行更精准的判断。“ADI推出的新产品就是针对这一高精度市场的。”

第三个市场重点就是低功耗。从之前提到的ADXL 362开始，超低功耗的芯片就是ADI发展的重点，也是目前MEMS传感器市场关注的重点。

智慧城市、智能家居这些概念的逐渐深入，要求电池在为产品供电的同时能够实现超长的使用时间，超低功耗的要求也就势在必行。

第四点就是相对极端的环境。譬如现在比较热门的无人机市场，“以农业无人机为例，由于需要比较长的续航时间，这一类无人机一般采用油动机构，这就使得无人机的整体震动非常距离，那么在这种高温和高震动的情况下，如何保证传感器的精度呢？”

“可以说，ADI关注的四个重点市场，在传感器的要求方面与智能手机市场都有着非常大的区别。虽然成本是客户关心的一件事情，但是如何通过具有新颖功能的产品为客户提供更高的产品价值，才是作为传感器厂商真正应该关注的。”赵延辉指出。

能否取代传统传感器

在提到ADI最新推出的新品时，赵延辉表示，现在有非常明显的趋势，在某些产品方面，MEMS传感器能够代替传统的传感器，而且这种确实正变得越来越明显。

据了解，MEMS传感器与传统的传感器相比主要有以下优势：

微型化：MEMS器件体积小，一般单个MEMS传感器的尺寸以毫米甚至微米为计量单位，重量轻、耗能低。同时微型化以后的机械部件具有惯性小、谐振频率高、响应时间短等优点。MEMS更高的表面体积比（表面积比体积）可以提高表面传感器的敏感程度。

硅基加工工艺，可兼容传统IC生产工艺：硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨，同时可以很大程度上兼容硅基加工工艺。

批量生产：以单个5mm*5mm尺寸的MEMS传感器为例，用硅微加工工艺在一片8英寸的硅片晶元上可同时切割出大约1000个MEMS芯片，批量生产可大大降低单个MEMS的生产成本。

集成化：一般来说，单颗MEMS往往在封装机械传感器的同时，还会集成ASIC芯片，控制MEMS芯片以及转换模拟量为数字量输出。

“ADI此次推出的新品之中，ADXL1001/1002振动传感器就能够非常好的代替传统的压电传感器。”

ADI七种新品

ADXL354/355超低噪声三轴加速度计：具备20µg/Hz噪声密度、最大0.15mg/C零点漂移、150uA低功耗等特性。相对于上一代ADXL103/203,噪声密度改善5倍；提供模拟和数字输出两种型号，数字接口支持SPI和I2C，直接可以访问传感器，不需要信号调理，也不需要ADC。预计10年内的±3.5mg零点重复性是该系列的最大特点，这对于结构健康监测的无线传感应用来说非常重要。

ADXL356/357 ±40g三轴加速度计：其噪声密度可低至80µg/Hz，可选测量范围从±10g到±40g，最大0.75mg/C零点漂移以及< 0.1g振动整流误差,只需极少量的校准工作即可实现精密测量。赵延辉解释说，之所以要在小量程之后再推出大量程测量，主要是考虑到旋翼无人机、固定翼飞机在飞行时振动强烈，要求量程足够大且振动整流误差要小，这与楼宇桥梁等静态倾角测量完全不同，所以ADXL356/357更适合这种大量程动态倾角应用。

ADXL1001/1002振动传感器：ADXL1001的典型噪声密度为30μg/√Hz，灵敏度为20mV/g；ADXL1002的典型噪声密度为25μg/√Hz，灵敏度为40mV/g，其满量程范围分别为±100g(ADXL1001)和±50g(ADXL1002)。

ADXL372超低功耗200g大量程三轴加速度计：ADXL372具备±200g量程，有小加速度事件检测能力，并且与ADXL362引脚兼容。其快速唤醒模式能够在检测到触发事件后立即唤醒以获取完整波形，从而大大减少待机功耗。典型的应用场景例如珍贵物品运输时，可以通过安装这样的传感器进行全程运输记录，从而判断损毁时间；或者参加比赛的运动员通过佩戴内置该传感器的检测设备，一旦比赛中发生严重碰撞，就可及时就医，避免耽误病情等。（文/刘燚）

今天是《半导体行业观察》为您分享的第1295期内容，欢迎关注。

关注微信公众号 半导体行业观察，后台回复关键词获取更多内容

回复 科普 ，看《第三代半导体科普，国产任重道远》

回复 争霸 ，看《晶圆代工争霸战四部曲(了解各晶圆厂的前世今生，非常详细！建议收藏！) 》

回复 指南 ，看《半导体专业留学海外指南(1)： 专业方向选择》

回复 财报 ，看《18家半导体企业财报汇总，几家欢喜几家愁》

回复 国产手机 ，看《谨以此文献给国产手机背后的劳动者》

回复 指纹 ，看《面板厂将指纹识别芯片革命到底 》

回复 OLED ，看《一文看懂我国OLED全产业链，除了京东方还有啥值得骄傲的？》

回复 缺货 ，看《半导体行业缺货危机重现 这10大领域面临洗牌？》

【关于转载】：转载仅限全文转载并完整保留文章标题及内容，不得删改、添加内容绕开原创保护，且文章开头必须注明：转自“半导体行业观察icbank”微信公众号。谢谢合作！

【关于征稿】：欢迎半导体精英投稿（包括翻译、整理），一经录用将署名刊登，红包重谢！签约成为专栏专家更有千元稿费！来稿邮件请在标题标明“投稿”，并在稿件中注明姓名、电话、单位和职务。欢迎添加我的个人微信号 MooreRen001或发邮件到 jyzhang@moore.ren