IC產業下一個高地在哪?過招物聯網MEMS需要修煉啥內功?

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本文作為物聯網晶片特刊系列報導之一,從智慧物聯的第一步——感知出發,聚焦MEMS傳感器,從物聯網時代MEMS產業鏈的變化,看:國際巨頭占絕對優勢下,後來者以怎樣的新形式揚長避短、發揮優勢?涇渭分明的工業、消費類MEMS傳感器如何朝著同一方向步進?碎片化市場對傳感器提出新要求下,哪些新技術趨勢推動MEMS傳感器朝著智能化、小體積、低功耗、低成本更進一步?從變化中尋找新機、洞悉方向。

揚長避短 MEMS「虛擬IDM」會否借物聯網上位?

過去5年MEMS市場一路走高,尤其手機中慣性傳感器、麥克風的大量應用,加速了MEMS傳感器消費市場的成熟。

IHS數據顯示,2018年MEMS市場將增至130億美元,手機和消費電子複合增長率14.4%,汽車、工業、醫療電子等也需求旺盛。

面對龐大市場,由於MEMS的工藝特性(不同於標準化的IC製造,非標準化的MEMS需要設計、製造緊密結合),起步早的國際老牌MEMS傳感器IDM(設計+製造公司)巨頭占據絕對優勢,高端MEMS技術和絕大多數市場份額掌握在如博世、意法、InvenSense、村田等手中。

中國MEMS產業在基礎技術上相對薄弱,設計、製造發展不均衡,新興公司多數無力大規模投資自有產線。

物聯網時代,這種不均衡或許會被打破。

華虹宏力戰略、市場與發展部門總監胡湘俊表示,在龐大市場以及政府支持的背景下,Fabless+Foundry的「虛擬IDM」模式可利用成熟的CMOS集成電路生產線,更好地發揮國內企業各自優勢,整合MEMS專用設備及工藝,降低成本,避免重複投資,延長8寸廠技術壽命,加快MEMS產業發展。

圖:MEMS設計和製造相攜相助,實現本土產業鏈間完整聯動以及資源垂直整合

《智慧產品圈》從採訪中了解到兩種MEMS生產鏈的緊密合作模式。

一種是foundry廠商通過投資與設計公司進行緊密的戰略合作
,如華虹宏力投資矽睿科技進行戰略合作。

另一種是通過孵化平台,以其自身集研發、產業化、工程、資訊、投資於一體的豐富資源為創新企業提供全面服務。

上海中科院微系統所副總裁朱佳騏表示,他們正在投資一條8寸線,主要用於MEMS產品的中試,能夠幫助設計公司儘快從研發轉入量產,打通設計和生產製造環節。

在傳統產業轉型,大家都在尋找創新突破的時期,這種更接近創新技術,集多方力量的模式,一旦物聯網繁榮起量,後來居上不無可能。

此外,除設計、製造,MEMS封裝、測試是另一主要成本因素

由於MEMS封裝一般不是通用形式,無統一標準,通過自身技術優勢進一步降低成本成為增強競爭力的另一手段。

深迪半導體建設的1萬平方米MEMS陀螺儀測試工廠完善了其技術平台,提供完整解決方案。

工業、消費類MEMS傳感技術相互滲透、融合

工業類和消費類傳感器在工藝、技術指標上有著很大區別,意法半導體(SZ)研發高級市場工程師董愷表示,消費類產品主要是人對物,人對傳感數據的冗餘度要求不高,允許出錯;而工業類傳感器則面向專業市場,更多是物對物,對錯誤的容忍幾乎為0。

所以工業類
傳感器上要符合特殊環境要求,如防爆、防腐蝕等,對穩定性、可靠性上要求高;而消費類傳感器除了指標上要求低,對功耗、尺寸、價格、良率等要求高。

隨著市場成熟,智慧生活、醫療、交通等物聯網市場興起,消費類產品在滿足功耗、尺寸、價格、良率的同時,對傳感數據的精準、穩定要求越來越高;而傳統工業類在對傳感器要求高技術指標的同時,也逐漸需要智能化等方面的創新,促進傳統產業升級。

圖:MEMS傳感器從工業級、消費級逐漸向物聯網方向融合

博世傳感器事業部大中國區市場及業務發展總監嚴更真介紹,消費類產品在全球大客戶群及強勢生態鏈夥伴的帶動下,發展節奏更快、目標更明確、更有針對性,博世消費類傳感器產品在很多關鍵指標上均達到工業級;工業類市場相對比較緩慢,對利用傳感器進行創新的理念存在一定差距,但消費類傳感器技術的突破完全可以反哺給工業類領域的應用。

漢威電子旗下北京威果智能科技有限公司董事長張世宏表示,傳感器在消費電子中更普及、多元化,部分工業感知技術逐步移植到消費應用領域,使用戶對感知層擁有更可靠穩定的體驗。

漢威電子將工業雷射感知技術和民用消費類電子應用相結合,生產的雷射PM2.5傳感器及系統解決方案是工業、消費MEMS傳感技術融合服務智慧空氣產業的又一案例。

碎片化催生MEMS傳感器聚焦高集成、智能化

智慧型手機是目前最大的單一MEMS傳感器市場,平均每部約15種,而隨著手機被寄予更多應用功能,如空氣檢測、3D建模等,會有更多傳感器集成其中,對傳感器體積、功耗、性能等也要求更高;另一方面,物聯網碎片化市場特徵漸顯,機器人、無人機等多應用市場對傳感器智能化、軟體算法上的要求也更高。

嚴更真表示:「傳感器已經超越了簡單的器件概念,進入了集傳感、智能與系統為一體的解決方案時代。

圖:從簡單功能的分立器件開始,未來MEMS傳感器同時向高精度,帶算法模型的智能化、系統化發展

1.單晶片高集成:高度集成化的MEMS傳感器已成趨勢,從三軸、六軸、九軸,到集成處理器,滿足體積、功耗等要求,適於手機、可穿戴等小尺寸需求

上海矽睿科技研發負責人張挺介紹,他們與華虹宏力不久前聯合推出的單晶片三軸陀螺儀,採用SIP封裝將MEMS陀螺儀和ASIC器件集成在單一矽片上,提升封裝可靠性以及產品性能和良率,尺寸也更小。

2.內置軟體算法的定製化:物聯網的碎片化市場對產品提出更多定製化、差異化需求

幫助客戶在不更改傳感器硬體的情況下實現功能升級和差異化成為新的方向。

《智慧產品圈》了解到,博世的新型智能傳感器對有實力進行定製化開發的客戶,可以開放SDK,按照客戶指定要求的進行開發。

嚴更真表示,更智能、靈活的軟硬體架構是客戶需求的方向,如何在傳感器上集成越來越多的智能功能是一個發展趨勢,傳統分立式器件已經不能滿足這種需求

博世不久前新發布的智能加速度計BMA422/455採用了一種更精簡的軟硬體架構,無須喚醒系統應用處理器或其他獨立的Sensor Hub/MCU,可直接執行傳感器內置的智能算法實現動作的監測與運動的處理,實現低功耗。

總結:智慧家庭、智慧醫療、智慧汽車等應用正在模糊工業、消費間的界限。

物聯網時代的晶片產業,需要在技術、應用、生態資源等方面均有豐富累積。

不論廝殺激烈的手機紅海,還是未來廣闊的多樣化藍海,期待MEMS傳感器廠商各顯其能、粉墨登場。

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