傳感器:與IC趨於集成MEMS遍及高端

汽車電子控制系統的「正常運轉」離不開傳感器的保駕護航，通過傳感器可將各種諸如壓力、流量、位置、高度、距離、速度、轉速、溫度等信號傳遞到動力系統、安全系統等控制單元，達到汽車正常駕駛的目的。正因為需要各種不同的信號，因而汽車傳感器種類繁多，目前一輛普通家用轎車上約安裝幾十到近百隻傳感器，而高端轎車上的傳感器數量可達二百多隻。多年來，用於測量壓力、溫度和速度等量值的傳感器一直是汽車電子的主角，但汽車功能的提升使得傳感器已超越將感應信號送回控制單元這樣一種水平，傳感器的「智能化」已然呼之欲出。

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傳感器與IC集成是重點

而傳感器提高智能化的必然選擇就是IC與傳感器集成，這已成為業界關注重點。目前這樣的產品很多，如飛思卡爾、英飛凌、NXP等很多廠商推出的胎壓傳感器晶片就集成了傳感器和IC。其他應用包括壓力傳感器晶片、磁性傳感器晶片等都是集成的。

英飛凌傳感與控制部門主管JohnMcGowan表示，TPMS傳感器的要求是堅固耐用、壽命長、成本合理。英飛凌開發的TPMS傳感器是將一個用於數據處理和信號調製的CMOSASIC與一個壓電式壓力測量元件放在一個公共的引線框架內。他還介紹，通過將處理功能與傳感器整合在一起，能確保溫度補償、自校正和失效模式檢測等功能的精確性。在成本控制方面，可通過在單晶片上集成多種功能和特性以及量產方面來著力。並且這種智能傳感器允許將更小的中央處理器從數據運算中解放出來，從而能進行更快的處理。

拿到歐洲上億元訂單的汽車傳感器的合資公司森太克技術總監龐川表示，IC與傳感器集成的好處就在於減少體積、降低幹擾。他還表示，集成方式分兩種：一種是SoC，集成度高，但是由於傳感器和IC的工藝有差別，實現難度比較大。另一種是SOP，實現起來比較容易，主要是封裝技術過關。

對於今後傳感器都會與IC集成，龐川認為這需要看是不是有必要，集成度高是好，但市場需求多樣化，因而可靈活對待。「比如供應A傳感器和B片的集成，但是我可能要的是A傳感器和C片的搭配，那就還得分別採用。」龐川表示。

MEMS傳感器先在高端普及

而傳感器與IC集成關鍵在於MEMS技術。龐川表示，MEMS技術是一種傳感元件的加工技術，很多新類型的傳感器都會採用這種加工技術。龐川介紹，MEMS技術將在高端應用普及，目前除了壓力傳感器、流量傳感器等使用MEMS技術傳感元件越來越多，磁性傳感器使用MEMS元件也在增加。而最近的熱點是氧氣傳感器，原來的功能是只能測量理空燃比範圍附近值，現在的熱點是寬空燃比範圍測量，這需要採用一些新技術。

他還表示，高端傳感器產品採用MEMS技術的會越來越多，至於低端產品，則沒有必要改變原有的設計。

封裝技術至關重要

但MEMS傳感器及傳感器IC集成的架構並非「萬無一失」。業內人士表示，它帶來了可靠性方面的隱憂，如何確保在任何負載、溫度和振動條件下的穩定和可靠性是個問題，此外在不斷降低成本方面也面臨著不少挑戰。「因而，對於使用MEMS技術生產的傳感元件，在技術上要考慮三個方面：一是結構設計上要合理；二是加工技術過關；三是封裝技術。」龐川指出。

而對於封裝技術業界有不同看法，飛思卡爾相關人士介紹，對用於汽車動力控制和安全氣囊的加速度計的挑戰是用戶希望整合在一起的傳感器和控制器IC能有更小的封裝。由於無法將全部功能都集成在一塊矽片上，所以需要對裸片進行堆疊，以便優化工藝。從封裝的角度來審視傳感器，就是不將其放在一塊矽片上，而是分放在處理器和傳感器兩個晶片上。但也有廠商認為，單矽片方案提供的簡化封裝將具有優勢。真正的單晶片方案將G傳感器（加速計）、溫度傳感器或流量傳感器與信號處理部件放在同一塊晶片上，從而可以實現最少的空間。

飛思卡爾還表示，未來傳感器的其他應用很可能將包括更多的基於陀螺儀的器件。這些陀螺儀將以MEMS為基礎，隨著產量的增加，MEMS的加工成本將降下來。 (end)