MEMS在移动设备之多元化创新应用
- DIGITIMES企画
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游戏机、数码镜头、笔记本电脑与移动设备等纷纷内建加速计、陀螺仪、磁力计等传感元件，引爆了MEMS传感器第一波应用浪潮；接下来各轴向传感元件的融合，进一步提供像是拍摄影像稳定、线上遥控╱医疗、增实境、运动及导航等适地性服务(LBS)的应用。MEMS微传感器领导厂商掌握这种应用趋势，持续以先进半导体制程与封装技术，打造更微小、更能嵌入周遭一切事物的微型MEMS传感芯片，以丰富人们的生活应用….
意法半导体(ST，STMicroelectronics)类比与微机电元件资深技术行销工程师李炯毅，介绍意法半导体是一家全球性的半导体企业，也是欧洲最大的半导体公司。ST拥有12座晶圆厂，全球有48,000位员工，其中11,000位是研发技术人员，ST分别美国纽约、法国巴黎证券交易所与意大利证券交易所上市。2012年第四季营收达21.6亿美元，全年营收达84.9亿美元。ST的企业愿景是以无所不在的微电子产品技术，为人们的生活做出积极的贡献。
ST专注于五大目标市场领域：微机电传感器(MEMS and Sensors)、智能电源(Smart Power)、车用电子(Automotive)、微控制器(Microcontroller)、应用处理器与数码消费性装置(Application Processors and Digital Consumer)。预估到2015年全球将有20亿个智能装置，李炯毅认为SMART装置正是Sensors+Machine
+ART…由各种传感器、机器以及设计制程下所制造的装置。
传感器部份有有动作╱体感传感器：如加速计(Accelerometer)、陀螺仪(Gyroscope)、磁力计╱罗盘(E-Compass)以及6~9轴向组合式传感器，触控传感器，音波╱光源╱压力╱湿度传感器，以及生技传感器(Bio sensor)如细胞╱DNA检测等。
李炯毅介绍微机电(Micro-Electro-Mechanical System；MEMS)是一种运用到IC制程制作、具备电子与机械动作的微小装置。它具备小尺寸、微型比例、多功能、整合机械与电子动作原理，以及移动的零件与媒体四大特性于一体。
ST率先采用垂直矽晶穿孔(Through-Silicon Vias；TSV)技术，来量产更小MEMS芯片，至今已累积产出55亿颗MEMS芯片，包含30亿个动作╱环境MEMS传感器，以及30亿温控喷墨打印机喷墨头。
ST以双重产线来源(Dual Sourcing)配置，在意大利Agrate与Cantia、及新加坡等地分设6寸与8寸MEMS芯片晶圆厂，在法国Rousset、Crolles设立前端IC组装厂，马耳他Kirkop，菲律宾Calamba等地设立封测厂，以确保全球每日400万颗MEMS传感芯片产能无虞。
据Yole研究机构、IHS iSuppli调查，ST是营收率先突破十亿美元的MEMS半导体芯片供应商。在消费性电子与手机市场市占率第一，尤其在智能手机所需的加速仪(Accelerometers)市占率达51%，陀螺仪(Gyroscope)市占率仅花3年就达到78%；而ST动作与微机电(Motion and MEMS)传感芯片营收，从2006年3,000万美元成长到2011年6.5亿美元，2012年更达到7.77亿美元。
多轴向传感器融合趋势 持续引爆MEMS应用浪潮
李炯毅指出ST从90年代的喷墨打印机的喷墨元件，到2005年推出加速计应用在PC与游戏机；2010年藉陀螺仪芯片广为Smartphone与Tablet所采用。2012年起9轴向传感器与双核陀螺仪芯片，将进一步带动增实境内容(Augmented Content)与相关应用。目前有传感X/Y/X三轴向的加速仪(Accelerometers)，传感X/Y/X三轴向偏移量的陀螺仪(Gyroscope)，磁力计╱罗盘(Magnetometer)与压力计( Pressure Sensor)。
他认为第一阶段的MEMS传感器商业化，由Nitendo 3DS游戏机、笔记本电脑、数码镜头、智能手机与平板电脑等装置，内建加速计、陀螺仪、磁力计，提供更直觉界面(Intuitive Interface)所引爆；ST传感器应用在智能手机、平板电脑部份的市占率，若以操作系统来区分，在苹果iOS平台达75%，Android OS平台达31.4%，在Windows平台则有54.4%。
第二阶段由ST提出iNEMO架构，整合3轴磁力计+3轴加速仪+3轴磁感仪的传感融合技术，应用在数码镜头的影像稳定、线上遥控、增实境(Augmented Reality)、运动健身、导航与适地性服务(Location Based Service)的应用。
李炯毅认为，第三阶段的MEMS消费浪潮，是将MEMS微型传感器置入在像是手表、冰箱等家电，还有床铺、玩偶，衣服、筷子等等物品之中。他播放1个2013 MWC展中3D人体动画的展示。客户由真人示范、穿上约15个绑在各肢体关节动MEMS微传感器，捕捉该示范者一举一动，由软件实时计算后实时绘制成另一个3D投射人物的肢体动作，一切肢体动作显得实时迅速且自然。
多样化、多轴向的单一╱复合传感芯片方案
李炯毅提到ST针对低端、中高端主流及旗舰级智能手机市场，分别推出对应的传感芯片方案。以低端入门手机需要三轴Accelerometer+Sensor BW传感功能，可使用LIS3DE、LIS3DH、LIS3SDH等传感芯片；中高端智能手机需要外加独立型三轴磁力计或补偿型罗盘，可使用LSM303DLHC、LSM303D传感芯片搭配iNEMO罗盘软件来达成；旗舰手机机种，可各自使用三轴加速计、三轴磁力计、三轴陀螺仪外加一组压力传感器，或以九轴传感的iNEMO-M1传感模块、iNEMO SIP芯片，搭配iNEMO传感器聚合软件来达成。
ST提供像3x3mm L3GD20H+3x3 mm LSM303D芯片组合，3x3.5 mm LSM330 +2x2 mm LIS3MDL组合，或是今年会有将3轴磁力计、3轴陀螺仪、3轴加速仪与32位元MCU，以SIP(System in Package系统级构装)做成仅4x4mm大小的iNEMO (LSM9DS0)芯片等不同组合，都可以轻易达到九轴向的传感融合所需。具备3轴加速+3轴陀螺的六轴向LSM330DLC传感芯片已经量产，而3轴磁力传感芯片LIS3MDL体积仅2x2x0.7mm。
微机电技术的高灵敏度、抗杂讯微型麦克风
ST也提供采专利制程技术，将MEMS薄膜元件覆盖在ASIC矽芯片上方（MEMS-over-ASIC），整合成最小仅4mm x 2mm体积的SIP芯片的微型麦克风。采双薄膜（Twin-membrane MEMS）技术，同时具备高噪讯比╱低收音量（High SNR&low AOP）与低噪讯比╱高收音量（Low SNR & high AOP）的广泛收音设计，达到最大150dB收音量、63SNR噪讯比与±1.0dB感音灵敏度；并节省功耗约40%，同时具备背景噪音消除功能可应用于语音识别。
李炯毅指出应用上，当用户拿起手机要讲电话时，藉由背景音麦克风收音并藉软件调整过滤背景杂讯音源。另外ST所设计的低功耗STSmartMic芯片，可串接、整合电源开关的设计，当收到用户语音命令时会快速苏醒，当用户语音识别确认无误后就直接开启电源，做到手机语音开机、语音解锁的功能。
另外藉多个MEMS音感元件与导航软件的主动闭塞控制技术，做到行人要过马路时切换道路为闭塞优先通行的应用。另外像是3D binaural audio rendering （3D还场双声道音频运算）技术，由多个MEMS麦可风元件做到立体发音源判断、3D语音定位、导航指示、地区化内容以及有趣景点的回报。
李炯毅最后提到，选择ST做为MEMS传感元件供应商的优势，不仅在于ST拥有多达60种以上的传感器芯片产品，从2006年首座8寸晶圆厂启用开始，ST日产能达400万颗，无论产能、品质、交期都从未让客户失望。ST今在全球已供应超过25亿颗MEMS传感芯片且通过市场验证，并提供SiP系统级封装协助快速进入市场。ST拥有超过600个MEMS相关专利，并积极与各软件开发商合作。同时在双晶圆厂╱组装厂╱封测厂来源的政策下，具备最高500万颗日产能余裕空间，是无可争议的MEMS传感元件领导厂商。ST也积极寻找新的市
场契机，寻找并开发各种新的应用。
