- 輪胎引爆汽車安全MEMS傳感器熱潮
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 2011/8/8
美國政府立法強制性要求自2007年9月起后出廠的每一臺輕型車均需安裝胎壓監測系統(TPMS)。此外，美國還宣布到2012年全部新車必須使用防側翻的“電子穩定控制技術”，以減少每年因車輛側翻造成死亡的人數。
根據統計，全球每年約有117萬人因公路事故死亡，超過l,000萬人受傷或致殘，雖然目前只有美國采用了法律手段強制推廣，如何有效提高汽車安全系統的性能早已成為全球汽車模塊與整車制造商最為關心的話題。據市場研究公司BCCResearch預測，2012年全球汽車傳感器市場規模將從2007年的80億美元成長到135億美元，年復合成長率為10.8%。其中，對增強汽車安全性能的需求將強有力地推動MEMS傳感器市場的持續增長。
碰撞保護中的安全氣囊觸發控制
目前在汽車安全系統中最普遍的一個應用就是利用高g值MEMS加速度傳感器進行安全氣囊的觸發。當車輛與障礙物碰撞時，乘坐者的安全維系于氣囊的及時展開，并朝著乘員的方向提供合適的緩沖作用力，利用MEMS加速計的高集成能力以及精度可以定義更為復雜的氣囊系統架構，從而替代過去多個機電碰撞傳感器系統，為汽車提供更為先進的安全保護。
Assimakopoulos：開發MEMS設備要考慮FAB進行大規模生產的實際工藝，這是獲得高產率的關鍵因素。
樓氏電子(KnowlesAcoustics)資深新事業發展處長AngeloAssimakopoulos表示：“MEMS加速度傳感器和陀螺儀都是市場需求量很大的產品。在汽車上安裝更多傳感器，從車廂的各個角度檢測撞擊力，可使氣囊觸發更加有效。這可提高對氣囊的控制，觸發得當可以最大程度保證車內乘客的安全。”
在此基礎上，美國精量電子(MeasurementSpecialties)還新推出采用特有微熔技術的張力傳感器，通過對安全帶張力的檢測來進一步控制氣囊釋放的程度。該公司中國市場與銷售部市場總監陳振認為，這將是新一代汽車安全帶控制的趨勢。除此之外，精量電子的加速度傳感器由于采用微阻尼MASE技術，避免了沒有阻尼的加速度傳感器噪音干擾，以及采用一般阻尼濾波后所帶來的采樣波型的失真，可以為汽車安全碰撞和假人的測試提供了更可靠的數據，因此還被廣泛使用于汽車安全碰撞測試。
主動安全系統提高行車穩定性
一般來說，涉及車身控制的汽車主動安全系統包括：汽車翻滾控制、汽車防滑穩定性控制、防抱死系統、停車制動、胎壓監測、懸架對車輛以及路況的自適應調節等系統，而MEMS傳感器在主動安全系統中起著主要作用。由于此類傳感器尺寸小、可靠性高，可將它們裝于汽車車架和懸架上，用于監測汽車與地面的相對位置，允許汽車調整懸架以及在汽車突然轉向、天氣不佳或路面不平坦時提供最大程度的穩定性。
電子穩定程序(ESP)是MEMS傳感器的一個重要應用領域，該系統通過角度傳感器測量車輛的偏航率，并把它與轉向角和速度等參數進行比較，可以檢測過度轉向或轉向不夠這樣的行駛狀況，可以在汽車轉彎時或汽車突然轉向這類突發事件過程中監測汽車的橫搖效應，使汽車懸架可進行調整，以保持對車身穩定性的控制，達到防側翻的目的。
陳振：通過擴大市場占有率來降低產品成本是對我們最大的挑戰。
精量電子目前可以提供非接觸連續量燃油液位傳感器、節起門位置傳感器、方向盤角度傳感器等系列磁阻傳感器，該公司中國市場與銷售部市場總監陳振表示，用磁阻傳感器的非接觸測量技術替代傳統的滑動電位器技術是汽車角度位置傳感器發展的趨勢。該公司最近還推出一款微功耗氣壓傳感器，這款產品具有數子補償、放大處理、數字輸出，數據傳輸15比特，最高精度達0.05%，動態最大功耗僅1Ua，非常適合于胎壓檢測應用。
新玩家和新應用層出不窮
與消費電子相比，汽車電子市場具有更長的生命周期、更大的利潤空間、更穩定的出貨量，因此盡管門檻也更高，還是吸引了很多從消費電子市場投奔而來的新進入者。意法半導體(ST)亞太區模擬、功率及微機電系統事業部總監PatrickBoulaud表示：“汽車電子應用是我們2008年的重點市場，ST和很多歐洲汽車大廠都有合作，對汽車電子市場有著很好地了解，作為現有系統方案的衍生應用，我們新一代的加速度傳感器將完全符合AEC-Q100等國際標準認證，充分確保汽車應用中半導體器件的質量、可靠性，并向著0PPM（零缺陷）的目標邁進。”據了解，這款新產品目前已有樣品，預計今年第三季就可以批量供貨。除此之外，ST未來還計劃針對油量控制等應用推出壓力傳感器產品。
他還強調說：“ST的MEMS傳感器在消費電子市場積累了豐富的經驗，工藝上已十分成熟，我們有很好的ASIC設計開發能力，良率與可靠性的進步也十分迅速，ST對于進入汽車電子市場充滿信心。”
與此同時，長期在汽車電子市場深耕的大佬們也在不斷拓展傳感器的新應用。每年不少交通事故的產生是由于汽車前擋風玻璃的結霧，精量電子為此提供一款特殊的汽車防霧傳感器，通過對擋風玻璃溫度和廂體露點檢測，準確的控制擋風玻璃的結霧，據介紹，這款產品現已被世界絕大多數中高擋車所采用。
MEMS黏度傳感器是另一款最新推出的產品。此類傳感器用于在汽車正常行駛時監控發動機內部液體的黏度，通過監測汽油和傳動液的液體粘稠度，向司機提供反饋信息。此外，傳感器還能通過感應軸承和機械軸的磨損狀況，監控旋轉部件的機械噪音，同樣也可以向司機提供反饋，提醒汽車需要進行適當機械維護，提高發動機的壽命與行車安全。
據陳振介紹，精量電子最新的油品傳感器現已推向柴油機市場。這種油品傳感器可同時測量機油粘度、密度、油品介電常數和溫度，解決了長期困繞的機油無法實時在線監測的世界性難題，特別有助于重型卡車和工程車輛的發動機實時保護。
除此之外，用于車與車之間感測的RFMEMS傳感器、以及跟CCD成像處理配合使用MEMS光學傳感器也有望在未來幾年出現。
車用傳感器系統也“瘦身”
小型化不僅僅是消費電子類器件的專利，在汽車電子領域，傳感器同樣面臨著“瘦身”。MEMS技術本身的一大進步就是極大地縮小了傳感器的尺寸，更為重要的是，隨著技術的進步，基于MEMS傳感器的模塊還可以進一步集成各種信號調理技術，精量電子的陳振就表示：“我們最新的傳感器產品，已經包含放大和數字輸出。這種技術革命，將是無止境的。”
將同一類應用需要的多種傳感器整合在同一模塊中，是未來傳感器的另一個發展趨勢。陳振舉例說：“為了控制大氣的污染，全世界各個國家都頒布了相應的準則來控制汽車的排放廢氣的標準。比如說現在施行的US02,US04,US07,Euro4and4.5,Euro5.降低NOx的排放。降低發動機的廢氣排放，就要引進一個重要的參數測量，那就是濕度值。精量電子最新推出了具有CAN總線輸出方式的濕度、壓力、溫度一體化的復合傳感器，為歐四發動機的的尾氣排放控制，提供了重要手段。”ADI技術市場經理張松剛對此表示認同，他補充說：“多種傳感器的整合還有助于進一步降低成本。此外，通過wire實現傳感器的信號共享，還將有助于減少一部汽車中同類傳感器不必要的重復使用。”
總體來看，安全、環保、節能、小型化和智能化是傳感器發展的方向，汽車傳感器在這些方面也會取得重大突破，下一代汽車安全系統傳感器有望是一種一體化的傳感器系統，它采用公共信號來操作多個系統，例如，一個加速度傳感器既為安全氣囊提供信號，也為車身控制系統提供信號。這種新型的傳感器系統將高度依賴于先進的軟件系統來實現，從而進一步提高汽車的安全性。
IC與傳感器集成暫不可行
盡管MEMS一體化模塊是傳感器業界公認的發展大方向，但是對于將IC與傳感器進一步整合的提議卻遭到普遍質疑。樓氏電子的Assimakopoulos表示：“盡管表面上看處理器與傳感器集成很有意義，但對于終端產品卻有局限性(取決于應用)。將傳感器和處理器分開，可以更靈活地與可選擇的IC組合使用。同樣，我認為傳感器的應用可以決定哪種情況更合適，是將傳感器與處理器集成，還是將二者分離？這取決于傳感器OEM，由他們決定哪種設計能使客戶的靈活性最大。”Assimakopoulos還指出，保持處理器和傳感器分離更有利于在生產過程中保持高產率。
意法半導體的Boulaud也同意這一觀點，他說：“傳感器和ASIC處理器，一個是物理機械結構，一個是電子結構，二者采用完全不同的半導體工藝，放在一塊芯片上并不是一個很好的選擇。即使以前有的供應商做過單芯片方案，現在也都轉做雙芯片了，市場選擇證明了單芯片方案的性價比競爭力還遠遠不夠。加之MEMS產品的通用性不高，ST的雙芯片方案具有更好的靈活性。除此之外，盡管是雙芯片的方案，由于我們的產品采用了疊加的LGA封裝方式，目前最小尺寸僅為3×3×0.9mm,在體積方面同樣極具競爭力。”
正確的設計是提高良率關鍵
開發MEMS傳感器的挑戰在于滿足器件供應的市場對價格和性能的要求。MEMS研發和資本開銷巨大，MEMS的故障率較高，而良率較低是業界面臨的普遍性難題，Assimakopoulos認為提高良率的關鍵是要在生產設計方面采取正確的方法。
他說：“提高MEMS器件的良率對于獲得最有效的生產成本模型非常重要。樓氏電子采用fabless商業模型，我們向合作供應商們提供MEMS元器件設計，然后在我們自己的工廠完成封裝。在生產管理和MEMS器件設計過程中，深思熟慮、謹慎執行是獲得高產率的關鍵因素。我們經常出現的情況是開發MEMS設備而不考慮FAB進行大規模生產的實際工藝，其實在開發的初始階段，這些問題就都應想清楚，不能顧此失彼。”
意法半導體的Boulaud還補充說：“MEMS從原理來講，是將機械結構封裝在plastic里,因此在工藝上需要汽車控制模塊廠商的配合。MEMS是非標準通用產品，針對不同的具體應用，ASIC的Re-Design算法補償也是不一樣的,因此目前僅少數有經驗的大廠可以做到。”
精量電子的陳振指出：“對整個MEMS行業而言，原材料的上漲和降低生產成本是一對矛盾，面對激烈的市場競爭，我們必須不斷的推出具有最好性能，最優價位的傳感器。通過擴大市場占有率來降低產品成本是對我們最大的挑戰。”
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