導(dǎo)讀：MEMS器件廠商正全力布局九軸傳感器市場。看好移動(dòng)設(shè)備對加速度計(jì)、陀螺儀與磁力計(jì)等傳感器需求持續(xù)增長，包括意法半導(dǎo)體、Bosch Sensortec與InvenSense等業(yè)者皆已積極厚實(shí)產(chǎn)品組合，為九軸解決方案開發(fā)做好準(zhǔn)備，爭搶龐大商機(jī)。
九軸MEMS解決方案即將大舉導(dǎo)入移動(dòng)設(shè)備市場。隨著移動(dòng)設(shè)備室內(nèi)導(dǎo)航、手勢辨識(shí)等動(dòng)作感測應(yīng)用日趨普及，MEMS器件不僅出貨量持續(xù)翻倍上揚(yáng)，各家業(yè)者的產(chǎn)品線亦持續(xù)擴(kuò)大（見表1），且產(chǎn)品設(shè)計(jì)方式亦出現(xiàn)重大轉(zhuǎn)變；除持續(xù)整合各種器件、朝向多重感測的方向發(fā)展外，也開始導(dǎo)入微控制器（MCU）以實(shí)現(xiàn)智能控制，降低終端產(chǎn)品的耗電量。
整合MCU更省電智能，九軸MEMS明年登場
意法半導(dǎo)體MEMS技術(shù)營銷經(jīng)理郁正德表示，輕薄短小與更長的電池續(xù)航力，已是移動(dòng)設(shè)備原始設(shè)備制造商（OEM）戮力追求的目標(biāo)；而MEMS傳感器也在該趨勢中，逐漸演進(jìn)為多軸合一的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，但僅僅如此，仍無法大幅降低傳感器所帶來的耗電量，所以市場需要MEMS器件能具備智能開關(guān)功能，也因此造就MCU與多軸MEMS的整合需求。
事實(shí)上，多軸MEMS與MCU結(jié)合的設(shè)計(jì)概念過往就曾被業(yè)界提出，但卻存在著許多技術(shù)挑戰(zhàn)。主要由于MEMS與MCU所使用的半導(dǎo)體制程不同，且過去器件微縮的技術(shù)不如現(xiàn)今成熟，往往會(huì)使得整合后的器件尺寸過大，導(dǎo)致多軸MEMS中的磁力計(jì)加劇系統(tǒng)電磁干擾（EMI），影響移動(dòng)設(shè)備用戶體驗(yàn)。
為滿足市場對移動(dòng)設(shè)備零部件簡化的需求，意法半導(dǎo)體將于2013年推出整合ARM Cortex-M0 MCU核心的九軸MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器，其尺寸僅4毫米×4毫米，不僅可減少印刷電路板的占用空間，且透過MCU也可智能控制運(yùn)動(dòng)傳感器的開關(guān)功能，使其不會(huì)一直處于運(yùn)行狀態(tài)而耗電，并將各種傳感器所搜集到的訊號(hào)集中處理，分擔(dān)應(yīng)用處理器的負(fù)擔(dān)。
然而，整合MCU的智能九軸傳感器其成本勢必也較過往更高，是否能受到OEM青睞也成為業(yè)界關(guān)注的問題。郁正德分析，由于目前MCU與MEMS的產(chǎn)能都逐年快速成長中，市場競爭相當(dāng)激烈，導(dǎo)致價(jià)格亦一路下滑，因此未來高整合度MEMS在價(jià)格上的競爭力并不會(huì)輸傳統(tǒng)單顆的設(shè)計(jì)，預(yù)期將非常具有市場潛力。
融合九軸演算技術(shù)，應(yīng)美盛攻移動(dòng)設(shè)備市場
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另一方面，專注于消費(fèi)性電子領(lǐng)域的應(yīng)美盛（InvenSense）也發(fā)表該公司九軸MEMS解決方案：MPU-9150，以擴(kuò)大其市場占有率。該九軸MEMS成功整合加速度計(jì)、陀螺儀與磁力計(jì)的演算技術(shù)，可為移動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)高精確、低耗電量的用戶體驗(yàn)。
據(jù)了解，MPU-9150九軸MEMS由InvenSense自身六軸傳感器：MPU6050與AKM的AK8975磁力計(jì)所整合而成，尺寸為4毫米×4毫米×1毫米，采用LGA封裝。該公司同時(shí)也將AKM磁力計(jì)校準(zhǔn)演算法融入其運(yùn)動(dòng)感測應(yīng)用軟體平臺(tái)（MotionApps Software Platform）中，借此提供九軸運(yùn)動(dòng)感測功能。
另一方面，由于MPU-9150可將加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)的原始輸出值，融合成單一的感測數(shù)據(jù)流（Sensor Fusion Data Stream），因此，軟件開發(fā)者可輕易將運(yùn)動(dòng)感測界面功能運(yùn)用到開發(fā)程序中，開發(fā)各式各樣的應(yīng)用程序。
除意法半導(dǎo)體與InvenSense外，Bosch Sensortec也已開始加快腳步，新增其磁力計(jì)產(chǎn)品線，為日后九軸MEMS器件發(fā)展做好準(zhǔn)備。
搶進(jìn)九軸MEMS，Bosch Sensortec邁大步
繼今年6月推出六軸運(yùn)動(dòng)傳感器后，Bosch Sensortec再推出三軸磁力計(jì)：BMM150，借此構(gòu)筑該公司九軸傳感器產(chǎn)品線。
Bosch Sensortec全球營銷總監(jiān)Leopold Beer表示，BMM150面市后，該公司將成為唯一可自制加速度計(jì)、陀螺儀、壓力計(jì)與磁力計(jì)的MEMS供應(yīng)商，并可提供移動(dòng)設(shè)備OEM更完整的產(chǎn)品線；透過同一系列產(chǎn)品的軟、硬件溝通與整合，OEM將可輕松在產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)九軸空間自由度運(yùn)動(dòng)傳感器的所有功能。
由于移動(dòng)設(shè)備輕薄短小的設(shè)計(jì)風(fēng)潮大行其道，因此OEM對MEMS傳感器的尺寸與效能要求也日益嚴(yán)苛；尤其是關(guān)乎移動(dòng)導(dǎo)航應(yīng)用的磁力計(jì)，若無法進(jìn)一步將尺寸微縮，將會(huì)使系統(tǒng)飽受EMI之苦，因此各家MEMS供應(yīng)商皆戮力開發(fā)更小尺寸的磁力計(jì)。
Beer進(jìn)一步指出，BMM150采用晶圓級(jí)封裝（Wafer Level Chip Scale Package, WLCSP）技術(shù)，因此可實(shí)現(xiàn)邊長僅1.56毫米、高0.6毫米的精巧尺寸，將有助搶攻移動(dòng)設(shè)備市場商機(jī)。
磁力計(jì)邊長的微縮不僅可減少印刷電路板占用空間，且能降低磁力計(jì)對電路板上其他周邊器件的電磁干擾，使系統(tǒng)不穩(wěn)的機(jī)率大幅下降；而減低高度則可使行動(dòng)裝置更加輕薄，且更易于在狹窄的機(jī)體空間內(nèi)導(dǎo)入系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
然而，尺寸微縮卻也容易帶來效能不彰、散熱不易等缺點(diǎn)。特別是磁力計(jì)本身在進(jìn)行南北極方向定位時(shí)，需要相當(dāng)龐大的資料運(yùn)算，并且常常要與加速度計(jì)、陀螺儀等傳感器搭配應(yīng)用，都會(huì)使電源功耗快速攀升，因此，磁力計(jì)如何兼顧小尺寸與效能已是產(chǎn)業(yè)界關(guān)注重點(diǎn)之一。
為因應(yīng)此一技術(shù)挑戰(zhàn)，BMM150特別導(dǎo)入Bosch Sensortec獨(dú)特的FlipCore磁場量測技術(shù)，可為磁力計(jì)節(jié)省三分之一的功耗，且在10Hz的數(shù)據(jù)傳輸速率下，最低功耗消耗僅170微安培(μA)，量測范圍更可達(dá)±1300微特斯拉(μT)。
正當(dāng)各家MEMS器件廠商積極開發(fā)九軸解決方案之際，被業(yè)界稱為第十軸的壓力計(jì)也受惠室內(nèi)導(dǎo)航應(yīng)用興起，逐漸在市場上嶄露頭角。
室內(nèi)導(dǎo)航應(yīng)用添動(dòng)能MEMS壓力計(jì)身價(jià)翻紅
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在室內(nèi)導(dǎo)航應(yīng)用逐漸受到市場重視后，負(fù)責(zé)感測大氣壓力變化并提供使用者高度定位資訊的壓力傳感器，也將于明年大量導(dǎo)入智能手機(jī)中，成為繼加速度計(jì)、陀螺儀與磁力計(jì)后，另一備受看好的MEMS器件。
郁正德表示，隨著室內(nèi)地圖資訊日趨完整、無線區(qū)域網(wǎng)路（Wi-Fi）熱點(diǎn)越來越多與多軸MEMS成為移動(dòng)設(shè)備標(biāo)配等條件成熟，室內(nèi)導(dǎo)航的應(yīng)用生態(tài)已逐漸確立，將帶動(dòng)壓力傳感器需求明顯增加。
郁正德進(jìn)一步指出，透過加速度計(jì)、陀螺儀與磁力計(jì)等傳感器進(jìn)行室內(nèi)慣性導(dǎo)航，已是目前移動(dòng)設(shè)備中相當(dāng)普遍的應(yīng)用，但慣性導(dǎo)航卻僅限于室內(nèi)平面導(dǎo)航，而無法給予更為精準(zhǔn)的高度資訊，因此須倚重可感測大氣壓力變化的壓力傳感器，進(jìn)而強(qiáng)化室內(nèi)導(dǎo)航的精準(zhǔn)度。
事實(shí)上，過去幾年受限于應(yīng)用市場遲遲無法進(jìn)一步擴(kuò)大，壓力傳感器出貨量始終不大。郁正德不諱言，2011年時(shí)意法半導(dǎo)體出貨量僅一百萬顆，對公司營收的貢獻(xiàn)不多，但現(xiàn)今室內(nèi)導(dǎo)航應(yīng)用的生態(tài)系統(tǒng)已趨完整，預(yù)計(jì)2012年壓力計(jì)出貨量可望成長為近二千萬顆，而主要導(dǎo)入的終端裝置則以智能手機(jī)為大宗。
據(jù)了解，目前意法半導(dǎo)體的壓力傳感器已全面導(dǎo)入三星旗艦機(jī)Galaxy S3智能手機(jī)中。未來在室內(nèi)導(dǎo)航應(yīng)用日趨完整后，中高端智能手機(jī)將納為標(biāo)配將指日可待。
郁正德強(qiáng)調(diào)，要獲得客戶更多的青睞，壓力傳感器除須對高度變化的感測更為敏感、反應(yīng)速度必須更快外，價(jià)格方面也須持續(xù)壓低至1美元左右，且還要產(chǎn)能供應(yīng)無虞，才有機(jī)會(huì)爭食未來的商機(jī)大餅。
綜上所述，未來移動(dòng)裝置中的MEMS器件除持續(xù)邁向高整合度設(shè)計(jì)趨勢外，也將導(dǎo)入MCU以達(dá)到智能控制功能；而可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)導(dǎo)航應(yīng)用的壓力傳感器也將逐漸普及于移動(dòng)設(shè)備中，為消費(fèi)者帶來更佳的用戶體驗(yàn)。
