36氪專訪|ADI MEMS趙延輝:活下來的秘訣是以技術為導向,做別人做不...

作者|韋世瑋

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無處不在的MEMS技術,正在潛移默化地革新人們的生活。

從一副小小的TWS耳機,到商場和餐廳裡隨處可見的服務機器人,甚至到路上行駛的智慧汽車,都是MEMS感測器的應用覆蓋之處。

據市場調查公司Yole Développement統計,2018年全球MEMS市場達116億美元(約801。78億人民幣),預計到2024年將以8。2%的年複合增長率(CAGR)持續增長。其中,消費類應用將佔MEMS市場的60%,汽車應用為20%,其餘20%包括電信、醫療、工業和航空等應用。

ADI(亞德諾半導體)作為全球領先的模擬晶片巨頭,從1990年就開始涉及MEMS開關技術研究,並在1993年生產出了第一隻MEMS加速度計。如今30多年過去,憑藉在MEMS感測器領域的深厚技術積累,早已構建了完善的MEMS產品線,包括慣性MEMS器件、MEMS麥克風、MEMS時鐘、MEMS濾波器、MEMS開關等等。

在近日的ADI MEMS 2022新品媒體交流會上,ADI亞太區微機電產品線總監趙延輝重點向大家分享了ADI在MEMS慣性器件領域的新進展。

他談道,MEMS慣性器件除了做加速度和轉動以外,還有

三大類衍生需求:

一是

傾斜角監測(Tilt),

主要用於檢測高壓電線杆、基站或者邊坡是否有地基沉降、微小位移變化等,在防災減災領域有著重要作用;

二是衝擊(Shock),

例如當智慧電動車發生碰撞,它可以及時感應並對車內電池進行保護;

三是振動監測(Vibration),

這是近幾年比較火的條件檢測CBM,主要面向智慧製造或數字化工廠,透過紅外、震動、溫度等感測器來監測各種機器裝置的精度和健康狀態,從而實現預測性維護。

對ADI來說,2022年的關鍵詞之一是“超越自我”。趙延輝提到,2012年ADI釋出了超低噪聲加速度計ADXL362,在市場收穫了很好的反饋,“至今能與ADXL362功耗相當的產品少之又少”,他說。

基於此,

今年ADI一口氣釋出了三款加速度計新產品:

ADXL367

是一款超低功耗的3軸MEMS加速度計,在100Hz輸出資料速率時功耗僅為0。88μA,在運動觸發的喚醒模式下功耗為180nA。與上一代ADXL362相比,ADXL367功耗改善了兩倍,同時噪聲效能提高了30%以上,現場使用時間進一步加長,最大限度延長了電池壽命,降低維護頻率和成本,可廣泛用於醫療健康和工業應用,包括生命體徵監測、聽力輔助和運動計量等裝置。

36氪專訪|ADI MEMS趙延輝:活下來的秘訣是以技術為導向,做別人做不...

ADI的ADXL367與ADXL362相關效能對比

ADXL314

是一款車規級低功耗大量程加速度計,可應用於胎壓監測、電動車電池監測、碰撞檢測等多個場景,滿足車規級AEC-Q100標準,溫度範圍拓展從–40°C到+125°C,量程為200g,無論是電池還是汽車碰撞,它都可以捕捉到較高的加速度變化。ADXL314還集成了相對/絕對的運動/靜止檢測中斷,採用32級先進先出(FIFO)緩衝器,可儲存資料,以減少主機處理器負荷,降低整體系統功耗,可耐10,000g加速度衝擊。

ADXL359

是一款低噪聲、低漂移、低功耗的3軸MEMS加速度計,支援±10g、±20g和±40g範圍。它能在溫度範圍內提供低噪聲、小失調漂移和長期穩定性,實現校準工作量極小的精密應用。此外,ADXL359還能在機載慣性測量單元(IMU)等高振動環境下,實現精確的傾斜測量。較高頻率下的低噪聲非常適合無線狀態監控應用。

值得一提的是,在今年底至明年初期間,ADI將釋出一系列IMU產品,集成了最新的加速度計和陀螺核心。

以下為36氪等媒體與ADI專訪的對話,經編輯:

Q:10年前有一些廠商會說“不做MEMS就會被淘汰”,ADI作為第一個把MEMS做到商用的公司,如何看待這個觀點?

趙延輝:ADI確實是最早開始做MEMS技術的公司,包含現在非常火的SIP概念,也就是system in packet。早在1987年,ADI開始做MEMS時就已經採用了SIP架構,像我們的IMU產品實際上也是一種SIP的概念,裡面集成了很多,相當於提供一個模組給到使用者。

很多MEMS技術確實代表了比較前沿的技術發展,如果沒有良好的技術儲備,做MEMS是比較吃力的,包含良率控制等。比如我們做消費類產品時,可能國內一個客戶的月出貨量就達250萬片,這對probe、final test等都提出了非常高的要求。

因此,一個新晉廠商要不就像ADI一樣能做垂直整合,要不就有很好的合作伙伴,否則會非常具有挑戰,投資週期也非常長。

Q:MEMS作為一個微機電系統,整體市場並沒有模擬晶片的量那麼大,加速度計佔比約10%,同時MEMS感測器的成本也在不斷下降,而且一種器件是一種工藝。ADI如何看待MEMS的整體市場以及未來趨勢?

趙延輝:針對市場容量,我有一個粗略的資料,無論是陀螺還是加速度計,還是整合IMU的產品,它們的單個市場體量據公開資料都是超過10億美金的。

ADI是怎麼做這塊的?ADI一直是個比較喜歡做前沿技術的公司,我們是第一個做汽車安全氣囊感測器的。曾經有統計資料顯示,在全球採用了ADI sensor安全氣囊的汽車中,由於安全氣囊的彈出解救人命,一天可以解救8條人命。

這之後我們又開始進入消費類市場,大家都知道搖桿遊戲,我們也是第一家把MEMS從汽車做到消費類領域裡去的公司。現在汽車和消費類依然是MEMS最大的兩塊市場。

但從市場上看,MEMS價格確實在持續下滑。ADI是怎麼活下來的呢?當很多人都能做的時候,我們並不是不做了,很多東西就算我們不想做了,客戶也不答應,尤其是汽車客戶說用我們的產品很多年,持續成本最佳化該做還得做,哪塊成本搞不下來不想做了,我們可以一起想辦法。因為對汽車客戶來說,他們對可靠性的要求是非常高的。

所以,

我們在汽車和消費類裡有一些堅定的支持者,保證了我們在汽車、消費類領域裡部分份額。

與此同時,我們也持續在做技術的創新突破。比如2012年的最低功耗加速度計,我們在消費類市場得到了非常好的回報;2017年釋出的非常低噪聲的產品,釋出至今我們的年複合增長率均超過50%,而且我們的低噪聲產品能做到25μg,並保證器件10年指標飄移在一定範圍內,功耗還非常低。

這時候你會發現,即使有一些邊坡監測,對長期可靠性和功耗都有非常嚴格的要求,無論是什麼樣的國家或是行業專案,它很難找到合適的產品,基本上可能考慮的都是ADI的產品。

ADI會做技術上別人解決不了的東西。比如說能夠滿足高溫和低溫的MEMS,上天我們有-55度的MEMS,入地我們有175度的MEMS,其他廠商很少有這樣的東西。

因此在當下的一些市場裡,我們還是有非常好的市場份額,客戶一旦做這個場景首先想到的就是ADI,實際上我們主要還是以技術為導向。

現在整個市場規模還是可以的,但MEMS的投入非常大,每一個工藝節點的投入稍微有一點點變化,可能都會對產品最終的效能帶來很大的影響,所以一般還是大公司做MEMS多一些。

Q:ADI實現MEMS產品的功耗降低或是效能提升,除了設計、材料革新以及先進封裝,還主要透過哪些方式?

趙延輝:基本上所有的這些我們都是同步推進的。比如說低功耗、低噪聲,不光是機械部分,機械部分可能看起來跟電、功耗沒有什麼太大關係,但到底要以多大的力去推它?推得大了產生的位移和訊號大了,功耗就上去了;推得小了,運動得小了,產生的訊號幅度就很小。

所以,它真的是一種交叉學科,在設計之初就有物理學和電子學,也就是說ASIC還有mechanical sensor都有很高要求,具體給什麼訊號?要怎麼動?你再回過來,我進行閉環的控制。這是在設計上的。

在工藝上,我們確實有很多的考量,包含我們到底用wire bonding還是用metal bonding。這個有很多種技術說法。再有就是我們在設計時,怎麼樣去隔離一些外部應力,因為MEMS對各種各樣的力都很敏感,溫度有熱應力,吸溼、吸潮我們可能有PCB板或是裡面的一些結構變化,你怎麼樣做一些保護?

包括封裝,我們做175度的高溫器件,晶片拿過來一看都非常閃耀,都是純金的,就是在封裝上也要考量。比如說很多工業應用場景,我們都考慮陶瓷封裝,為什麼你看到很多消費類產品就是一個小黑塊,它可以賣得很便宜,但裡面看起來功能很強大,在材料生產工藝上的差別也非常大。比如說塑膠可能是液化,一冷卻自動成型,它外封裝的成本可能是兩三分錢。

但不好的地方是,吸溼、吸潮、溫度變化都有應力的傳導。工業級的可能是單獨陶瓷封裝給它扣上去,這樣外部的應力傳導不進去,但可能陶瓷封裝的成本就要兩三美金。

所以說無論是材料、封裝、wire bonding,各種各樣的工藝節點上我們都有考量,如果要考慮長期穩定性特別好的,需要選擇採用什麼樣的設計,什麼樣的封裝;如果考慮消費類的成本上要有優勢的,要採用什麼樣的工藝、什麼樣的設計;確實各個節點都要有考慮到。

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