ROHM的智慧型手機可穿戴式設備採用氣壓傳感器地磁傳感器等MEMS技術

ROHM的智慧型手機可穿戴式設備採用氣壓傳感器地磁傳感器等MEMS技術

廠商供稿 發表於 2015-10-21 14:25:16

　　【ROHM半導體（上海）有限公司 10月21日上海訊】近年來，隨著智慧型手機和可穿戴式設備的普及，在室內也可像GPS一樣在移動過程中實時進行位置檢測，並可準確指向包括立體信息在內的目的地的3D室內導航應用解決方案已經越來越多。例如，可提供識別在幾樓的哪個位置等建築物內的導航功能。為實現這種3D室內導航，就需要比以往精度更高的傳感器，ROHM新開發的通過用MEMS（微機電系統：Micro Electro Mechanical Systems）氣壓傳感器檢測高度，用地磁傳感器（MI）檢測方位的方式，可實現更高精度的導航。

　　【壓阻式氣壓傳感器】

　　氣壓傳感器分不同的檢測種類，ROHM的氣壓傳感器則是利用了壓阻效應。壓阻式氣壓傳感器利用了將形成的真空腔和矽基板通過蝕刻等在薄膜片（受壓部）上擴散和離子注入而形成的Gauge電阻（壓阻）的壓阻效應。（圖1）

　　圖1：氣壓傳感器截面圖

　　壓阻效應與因應力產生的極化現象--壓電效應不同，是因施加於電阻的應力使電導率即電阻率變化的現象。這種現象是晶格因所施加的應力產生畸變，使半導體中的載流子數量和遷移率發生變化而引起的。膜片受到壓力而彎曲時，各Gauge電阻產生與膜片的彎曲量相應的應力。Gauge電阻（壓阻）的電阻率與該應力成正比變化，將由此產生的電阻變化作為電壓變化來檢測出氣壓。但是，由於該電阻的變化極其微小，因此，利用4個電阻的惠斯通電橋電路實現高靈敏度。

　　此次，ROHM面向市場日益擴大的智慧型手機、可穿戴式設備和活動追蹤器等領域，開發出可檢測氣壓信息、用於高度和高低差檢測的氣壓傳感器「BM1383GLV」，並已於2015年4月開始投入量產。該產品融入了ROHM多年積累的傳感器開發技術訣竅，並搭載高精度的檢測用MEMS和低功耗高精度的A/D轉換器，實現了業界最高級別的相對高度精度±20cm（相對氣壓精度±0.024hPa）。（圖2）另外，傳統氣壓傳感器存在著低溫時的檢測精度很難提高的課題，而ROHM利用獨創的校正算法，在IC內部進行溫度校正，實現了低溫下的高精度氣壓檢測。（圖3）同時，無需再給外部的微控制器搭載溫度校正功能，這非常有助於減輕設計負擔，成功實現了傳感模塊和運算模塊的小型化。從而作為內置溫度校正功能的氣壓傳感器實現了業界最小級別（2.5mm×2.5mm×0.95mm）的封裝尺寸。

　 

圖2：氣壓檢測結果例                 圖3：溫度依存氣壓檢測結果例

　　隨著氣壓傳感器的用途越來越廣泛，對更高精度的氣壓檢測和高度檢測功能的需求越來越大；同時，隨著智慧型手機和可穿戴式設備的小型化、高性能化發展，對傳感器的小型化要求也越來越強烈。為滿足這些需求，ROHM預計於2016年4月份開始量產「BM1385GLV」。該產品繼承了已經開始量產的BM1383GLV的特點，並通過優化氣壓檢測用MEMS和控制電路，使面積比ROHM以往產品再縮減36%，是世界最小封裝（2.0mm×2.0mm×1.0mm）的氣壓傳感器。（圖4）（截至2015年7月14日ROHM調查數據）

　　圖4：PKG尺寸示意圖

　　【採用MI元件的地磁傳感器】

　　以往，檢測方位的地磁傳感器多採用霍爾元件，但這種地磁傳感器存在精度低的課題，一直阻礙著室內導航的普及。另外，也有採用具有精度優勢的MR（Magneto-Resistive）元件的，但存在行動裝置的耗電問題。針對這些課題，ROHM於2013年開始與愛知制鋼株式會社開展業務合作，聯合開發出在精度、耗電等方面領先現有技術的採用MI元件的地磁傳感器。MI元件是指給特殊的非晶絲施加脈衝電流，通過非晶絲周邊形成的拾波線圈（Pickup Coil）檢測此時的Magneto-Impedance變化的元件。ROHM的BM14××系列（chip size 2.0×2.0×1.0mm）是將這種MI元件通過X軸、Y軸、Z軸三軸和控制用ASIC一體化封裝的IC晶片。

　　這種地磁傳感器（MI傳感器）具有以下兩個特點。第一個特點是檢測精度誤差在世界任何地方均可達±0.3度以下。（圖5）

　　與搭載了高靈敏度MI元件和超強抗噪的高精度A/D轉換器的模擬前端電路相結合，成功將σ噪音的影響降低到0.06μT，僅為普通產品的1/7。由此，實現了業界最高的方位檢測精度誤差±0.3度以下，有助於推動IoT和傳感器網絡的創新速度，實現以室內導航為首的嶄新的傳感器應用。第二個特點是非常適合行動裝置的超低功耗。（圖6）

圖5：方位誤差實測比較                                  圖6：功耗比較

　　普通的地磁傳感器為提高精度，需要增加感測（運算）次數，求出平均值，但高靈敏度的MI傳感器即使減少感測次數也可實現高精度，因此，可大幅降低運算處理所需的電量。本產品實現了業界最小的耗電量0.15mA（100Hz時），僅為普通產品的1/20，非常有助於智慧型手機和可穿戴式設備的長時間使用。作為擁有這些優勢的MI傳感器的未來應用，就包括增強現實（Augmented reality）服務。這是將眼前的現實顯示在智慧型手機或平板電腦上，從其畫面中鎖定並識別物體的位置信息、方位信息，將該物體的信息從網上檢索到並在畫面上疊加顯示的服務。另外，如果與地圖服務並用，還可實現識別眼前的建築物並自動訪問該建築物的網頁等服務。這些只有方位檢測精度非常高的MI傳感器才可能實現。

　　今後，ROHM將繼續推進傳感器網絡不可或缺的小型高精度傳感器產品的開發，通過不斷滿足市場需求為世界貢獻力量。

　　【關於ROHM（羅姆）】

　　ROHM（羅姆）成立於1958年，由最初的主要產品-電阻器的生產開始，歷經半個多世紀的發展，已成為全球知名的半導體廠商。ROHM的「企業目的」是：我們始終將產品質量放在第一位。無論遇到多大的困難，都將為國內外用戶源源不斷地提供大量優質產品，並為文化的進步與提高作出貢獻。

　　歷經半個多世紀的發展，ROHM的生產、銷售、研發網絡遍及世界各地。產品涉及多個領域，其中包括IC、分立元器件、光學元器件、無源元件、模塊、半導體應用產品以及醫療器具。在世界電子行業中，ROHM的眾多高品質產品得到了市場的許可和讚許，成為系統IC和最新半導體技術方面首屈一指的主導企業。

　　【關於ROHM（羅姆）在中國的業務發展】

　　作為在中國市場的銷售網點，最早於1974年成立了ROHM半導體香港有限公司。隨後，在1999年成立了ROHM半導體（上海）有限公司，2003年成立了ROHM半導體貿易（大連）有限公司，2006年成立了ROHM半導體（深圳）有限公司。為了迅速且準確應對不斷擴大的中國市場的要求，ROHM在中國構建了與ROHM總部同樣的集開發、銷售、製造於一體的一條龍體制。作為ROHM的特色，積極開展「密切貼近客戶」的銷售活動，力求向客戶提供周到的服務。自2010年下半年起陸續增設了西安、成都、重慶、武漢、長春等5家內陸地區的分公司之後，又於2014年新增了合肥分公司，目前在全國共設有21處銷售網點，其中包括香港、上海、大連、深圳這4家銷售公司以及其17家分公司（分公司：北京、天津、青島、長春、南京、合肥、蘇州、杭州、寧波、西安、武漢、東莞、廣州、廈門、珠海、成都、重慶）。並且，正在逐步擴大分銷網絡。

　　作為技術基地，在上海和深圳設有設計中心和QA中心，提供技術和品質支持。設計中心配備精通各類市場的開發和設計支持人員， 可以從軟體到硬體以綜合解決方案的形式，針對客戶需求進行技術提案。並且，當產品發生不良情況時，QA中心會在24小時以內對申訴做出答覆。

　　作為生產基地，1993年在天津（ROHM半導體（中國）有限公司）和大連（ROHM電子大連有限公司）分別建立了生產工廠。在天津進行二極體、LED、雷射二極體、LED顯示器、光傳感器的生產、在大連進行電源模塊、熱敏列印頭、接觸式圖像傳感頭、圖片連結模塊、LED照明模塊、光傳感器、LED顯示器的生產，作為ROHM的主力生產基地，源源不斷地向中國國內外提供高品質產品。

　　此外，作為社會貢獻活動中的一環，ROHM還致力於與國內外眾多研究機關和企業加強合作，積極推進產學研聯合的研發活動。2006年與清華大學籤訂了產學聯合框架協議，積極地展開關於電子元器件最尖端技術開發的產學聯合。2008年，在清華大學內捐資建設「清華ROHM電子工程館」，並已於2011年4月竣工。2012年，在清華大學設立了「清華-ROHM聯合研究中心」，從事「微能量裝置、矽發光體、生物傳感器、中國數字廣播（解調器）」等聯合研究項目。除清華大學之外，ROHM還與西安交通大學、電子科技大學、浙江大學和同濟大學等高校進行產學合作，不斷結出豐碩成果。

　　ROHM將以長年不斷積累起來的技術力量和高品質以及可靠性為基礎，通過集開發、生產、銷售為一體的紮實的技術支持、客戶服務體制，與客戶構築堅實的合作關係，作為紮根中國的企業，為提高客戶產品實力、客戶業務發展以及中國的節能環保事業做出積極貢獻。

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