00

智慧型手機與平板電腦之後,接下來會在市場上爆發的產品預計將有各種「穿戴式裝置、智慧汽車」以及「物聯網」等等,而隨著產品越來越輕薄以及微小,如何在有限的裝置空間裡面提供相對品質的喇叭以及麥克風音質,這也是全球各廠商努力突破的技術瓶頸!日前意法半導體(ST) 發表了 MEMS(微機電系統)產品,似乎替這個嶄新市場找到了新答案!

10

目前行動裝置安裝多路麥克風的比例逐漸增加,提供更先進的音效處理效果,而意法半導體的 MEMS 的 麥克風技術具備高性能、小尺寸以及低功耗的優點,並採用專利 MOS 封裝技術與四錨點(anchor point)振膜(membrane)設計,相較於傳統的四面全支撐結構來說,更有助於在小空間傳遞高品質的聲音傳遞以及保持一致性,進而提升音質的效果。

6

未來在穿戴裝置這種微小空間中,能提供更好的雜音抑制與更好的音質,同時對於語音辨識也能更加準確。而為了提供產業更好的技術整合與合作,意法半導體(ST)更在近日宣布在台灣成立「MEMS 麥克風實驗室」來就近服務台灣廠商,而這也是大中華與南亞區首座的 MEMS 麥克風實驗室,就在台灣!

台灣是全球領先的 ODM(原始設計製造商),以及許多全球最大EMS(電子製造服務)廠商的基地。同時,台灣也是全球第二大的IT產品生產國。台灣擁有涵蓋從積體電路(IC)設計、製造,到封裝、測試的完整半導體產業供應鏈,擁有近 70% 的全球IC晶片代工產量,並佔全球IC設計市場四分之一的版圖。台灣主導整個大中華與全球市場的發展步調,使台灣成為 這也是台灣成為意法半導體MEMS麥克風實驗室的的理想地點。

意法半導體執行副總裁暨大中華與南亞區總裁 Francois Guibert 表示:「隨著大中華區對先進麥克風應用需求不斷升溫,意法半導體必須強化對本地技術和應用的支援力度,在台灣設立先進測試實驗室讓我們與本地重要客戶和合作夥伴的關係更加密切,協助他們提高產品設計的音質表現,開發音效性能優異的創新應用設計。」

1

MEMS 麥克風實驗室將從麥克風或聲學元件到模組系統,提供所有層級的音效性能測試,配備 Audio Precision 的 APx525 系列音效分析儀,採用 ISO 3744/3745 工業聲學標準和環境噪音標準以及英特爾(Intel)的語音辨識標準,讓智慧手機、平板電腦、筆電、電視機、MP3/MP4 播放機以及遙控器這些數位產品,都能擁有更好的聲音表現,以往台灣業者想要做這方面的測試,都必須送到第三方實驗室進行測試與認證,而今台灣就有這樣的實驗室,就能提供廠商更快的測試以及除錯,縮短產品的整體開發時程,加快產品上市速度。

以下是 MEMS 的技術優勢官方資訊,提供大家參考:


MEMS (微機電系統)技術被廣泛用於動作、加速度、傾斜以及振動等感測器。目前MEMS感測器是系統級封裝(system-in-package)解決方案,擁有高解析度、低功耗和小尺寸等優勢。

客戶可自意法半導體(STMicroelectronics,簡稱ST)一次購足所有MEMS產品、IP、感測器融合軟體、製造專業技術及其它市場所需的技術與功能。意法半導體在技術創新方面亦居領導地位,擁有超過600項MEMS相關專利,是該公司智慧財產中相當具有價值的一部份。意法半導體領先業界的8吋晶圓生產線,以先進的製程和大規模製造,生產出高品質且極具成本競爭力的元件。

意法半導體的MEMS針對各種應用,涵蓋電腦週邊、電信、汽車、工業和消費性電子市場。

MEMS 應用領域

市場研調機構 iSuppli 將意法半導體評選為消費性電子和行動市場中最大MEMS供應商 ,相關營收約8億美元,意法半導體也是主要MEMS技術廠商之一,橫跨各種主流手機作業系統、
MEMS 加速度計陀螺儀讓設備廠商得以研發出各種符合成本效益的動作感測裝置,並獲得市場青睞。這些感測器為手機、MP3/MP4 播放機、PDA、平板電腦或遊戲機控制器實現更直接的人機介面,辨識使用者的手腕、手臂和手掌的動作後,再將其與應用程式、頁面內以及頁面之間的導航、遊戲中人物動作及更多相關應用連結在一起。

可攜式裝置中的資料保護是 MEMS 的另一種常見應用。當機體摔落或者出現其它異常動作時,MEMS 加速度計會立即通知系統終止全部的硬碟(HDD)讀寫作業,並將磁頭固定到安全位置。MEMS加速度計也常應用在洗衣機或烘乾機等家電上,可偵測出設備的震動情形,用以穩定負載失衡的狀況,防止零件過度磨損而發生故障。

MEMS 陀螺儀也稱作角動作感測器,可以輔助人機介面中的加速度計,使遊戲和遙指作業(remote-pointing)變得更加酷炫。陀螺儀還能消除晃動對數位錄影機或數位相機畫質的影響,提高影像清晰度,還可強化汽車導航中航位推算(dead-reckoning)和地圖比對(map-matching)功能。例如在室內或都會地區收不到GPS訊號時,航位推算系統便能取而代之,透過監測動作、位移和高度來修正數位羅盤讀數。

MEMS 磁感測器能測量地球磁場的強度和/或方向,並藉此決定以北極為參考軸的前進方向,因此它可以強化可攜式消費性電子產品的電子羅盤功能,包括方位定向、地圖/顯示器方向、適地性服務(LBS,location-based service)和行人航位推算。在擁有9個自由度(DoF) 的多感測器模組內,磁感測器可彌補加速度計和陀螺儀功能的不足。

壓力感測器可滿足應用上對各尺寸和高解析度的要求:應用實例包括手持裝置的氣壓計功能和硬碟的「飛行高度」(flight height)控制功能,因為隨著硬碟尺寸不斷縮小和儲存容量不斷提高,磁頭與盤面之間的距離極易受到氣壓變化的負面影響。因為能夠分辨使用者身處樓層,MEMS壓力感測器的出現將使室內導航裝置逐漸盛行。

微機械聲學裝置(acoustic device),也稱 MEMS 麥克風,可提高手機、筆記型電腦、錄影機、遊戲、數位相機內語音輸入應用程式的效能。除在體積、穩定度與節能方面較傳統電容式麥克風更具優勢,MEMS麥克風也能大幅提升音質。由於具有延伸的頻率響應(frequency response)與卓越的聲學參數(acoustic parameter),即使在最吵雜刺耳的狀況下也能輕鬆進行語音對話與聲音擷取。將多個MEMS麥克風組合陣列,還能提供雜訊抑制和方向拾音(directional voice pickup)等附加功能。

4
MEMS 技術漸往具有嵌入式智慧的多感測器裝置發展

MEMS 技術的發展方向

意法半導體引領 MEMS 技術發展潮流,基於其屢獲大獎的 iNEMO 技術開始研發整合加速度計、陀螺儀、地磁計、壓力感測器等多種感測器的模組,可大幅提升各種應用的功能性和性能。在這些多感測器產品內,整合感測器(integrated sensor)可實現自主和自動系統,監測特定的條件,並根據監測結果執行相對應的操作,使用者無需干涉或只需稍加介入。此外,智慧型感測器(smart sensor)整合MEMS裝置和處理功能,無需主處理器介入便能獨立執行感測器演算法,從而降低系統級功耗,這對耗電量極大的可攜式裝置非常重要。

意法半導體的多感測器模組沿用業界獨一無二的先進過濾和預測軟體 iNEMO 引擎(Engine)。該軟體透過精密演算法融合所有感測器的輸出資料,能夠在精確度、解析度、穩定性和反應時間等方面提高系統整體性能,大幅改進使用者的使用體驗。

意法半導體的微機電鏡(MEMS mirror)為雷射掃描投影引擎(Scanning Laser Projection engine)的核心,未來將可整合次世代智慧型手機與其它可攜式消費性裝置中的微投影機。一對低功耗的單軸微機電鏡就能產生自由對焦的高解析輸出,使用者無論身在何處均能撥放視訊、照片以及簡報。

矽微加工(silicon micromachining)技術還被用於開發各種熱流(thermofluidic)MEMS裝置。意法半導體是熱噴墨印表機噴頭市場的老牌供應商,為主要的噴墨印表機製造商提供噴頭晶片。噴頭晶片內含有數百個微型通道,這些墨水通道與相裝滿墨水的對應微型墨水匣相連。同一晶片上的加熱元件與控制電路將墨水蒸發,把微小墨水氣泡噴射到紙張上。

意法半導體具有重大突破意義的實驗室晶片(Lab-on-Chip)同樣也利用了矽的電氣特性和熱特性,這個解決方案用成本低廉的拋棄可攜式工具,取代了成本昂貴、耗時的定點實驗室分析過程。意法半導體的實驗室晶片平台結合 MEMS 與微流體(microfluidics),以整合多工 DNA 擴增檢驗(multiplexed DNA amplification)與微矩陣檢測(microarray detection),進而達到快速、節省成本且準確的生物材料分析。因為矽的熱特性非常出色,能夠在同一晶片上進行電子溫度控制,所以實驗室晶片能夠對DNA樣本進行精確的加熱和冷卻處理,DNA 分析結果的精確度可與價值數萬美元的實驗室媲美。

與傳統的診斷系統相比,MEMS 因為體積小、低功耗,只需很少的試劑,所以更能節省成本。意法半導體在新加坡的子公司 Vereus Laboratories 針對臨床、專門、與客製化檢測市場,根據意法半導體的實驗室晶片平台研發、製造並行銷創新的多工分子解決方案,意法半導體還在醫療保健領域成功地應用微流體 MEMS 技術,例如可以安裝在拋棄式貼布內的微型藥物注射泵(drug-delivery pump)。能向人體持續注入藥物,如胰島素,同時還能檢測藥物注射泵可能存在的故障,為病患提供更深一層的保護。以 MEMS 技術開發的藥物注射泵採用半導體製程量產技術,比起現有解決方案一般病患更能負擔,其可靠性和精確度更是其它解決方案無法比擬的。

意法半導體的 MEMS 壓力感測器技術,也是另一項創新應用的核心所在:能夠 24 小時檢測和觀察眼壓變化的智慧型隱形眼鏡。作為意法半導體與 Sensimed 的合作開發成果,這個獨一無二的輔助診斷工具有助於專家提前發現青光眼,依照病患生物時鐘同步治療則能夠達到最佳治療效果。

5
MEMS用於人體內外的先進技術

MEMS 製造

有了 MEMS 技術,包括感測器和致動器(actuator)在內等裝置便得以與半導體工業成熟的晶片製程採用相同的大規模低成本製造技術,進而提高可靠性和降低成本。

2006 年,意法半導體建立了 MEMS 裝置專用 200mm(8吋)晶圓生產線,成為全球首家擁有 MEMS 專用生產線的大型半導體公司。根據市調公司IHS iSuppli 資料顯示,意法半導體近日亦躍升為全球最大的 MEMS 製造商。意法半導體的主要 MEMS 製造設施包括位於義大利阿格拉鐵(Agrate)和卡塔尼亞(Catania)的感測器製造廠、法國盧塞(Rousset)和克羅萊(Crolles)的邏輯晶片製造廠以及馬爾他科克普(Kirkop)和菲律賓卡蘭巴(Calamba)的封裝測試廠。

在前端製造技術和製程方面,意法半導體發現並解決了在各種應用領域大規模推廣高成本效益MEMS技術的關鍵問題。為了加快產品上市時間,實現規模經濟效益,核心技術的標準化是極其重要的。做為推動MEMS技術標準化的領導者,意法半導體開發出了 ThELMA(Thick Epitaxial Layer for Microgyroscopes and Accelerometers)厚磊晶層技術,這個 0.8 微米表面微加工技術可整合薄厚不一的多晶矽層,用於實現MEMS裝置的結構和相互連結。意法半導體採用加速度計和陀螺儀的微加工技術,在一顆晶片內整合線性和角速度機械元素,為客戶實現更大的成本效益和更小的產品尺寸。

意法半導體的 VENSENS 製程(VENice process for SENSors)結合 ThELMA 製程,可以在一個單晶矽晶片內整合一個空腔(cavity),製造一個尺寸和性能優異的壓力感測器,使晶片變得更薄、更小,熱穩定性和可靠性更高。

意法半導體也是全球第一家將矽晶穿孔(TSV)技術應用在 MEMS 量產上的廠商。TSV 以短的垂直半導體導線取代傳統導線技術,可應用在智慧型感測器、多軸慣性感測器模組等意法半導體生產的多晶片MEMS裝置上,讓小尺寸產品也能進行功能整合並提高效能。

TSV技術透過短而垂直的結構,來連接單一封裝中多個垂直堆疊的矽晶粒,因此相較於打線接合或覆晶堆疊,空間效率與連線密度也都更高。由意法半導體取得專利的 TSV 技術已進入量產,能縮小 MEMS 晶片尺寸並同時提高穩固性與效能。

憑藉各種MEMS製程、產品、應用 IP(智慧財產權)模組和可靠的商業案例,意法半導體成為這個極具挑戰性、競爭激烈市場的領導者。再加上成功的標準化工作,透過規模經濟效益,客戶對公司的信任度不斷提高,同時也在持續提高逐步擴大的 MEMS 市場對前瞻應用的需求。

加入 ifans 的 Google+ 專頁

 

加入 ifans 粉絲團:

喜歡「ifans」嗎?歡迎您點下面的「讚」加入 ifans 相關粉絲團,隨時掌握「ifans」最新貼文唷 ^^

林小旭 發表在 痞客邦 PIXNET 留言(0) 人氣()