因為存在爆胎隱患，2000年8月普瑞斯通公司宣布召回650萬條裝配于福特生產(chǎn)的SUV車上的輪胎，這一事件已經(jīng)促使美國政府立法，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(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)。此外，美國還宣布到2012年全部新車必須使用防側(cè)翻的“電子穩(wěn)定控制技術(shù)”，以減少每年因車輛側(cè)翻造成死亡的人數(shù)。
根據(jù)統(tǒng)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(tǒng)的性能早已成為全球汽車模塊與整車制造商最為關(guān)心的話題。據(jù)市場研究公司BCCResearch預(yù)測，2012年全球汽車傳感器市場規(guī)模將從2007年的80億美元成長到135億美元，年復(fù)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(xù)增長。
碰撞保護中的安全氣囊觸發(fā)控制
目前在汽車安全系統(tǒng)中最普遍的一個應(yīng)用就是利用高g值MEMS加速度傳感器進(jìn)行安全氣囊的觸發(fā)。當(dāng)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(fù)雜的氣囊系統(tǒng)架構(gòu)，從而替代過去多個機電碰撞傳感器系統(tǒng)，為汽車提供更為先進(jìn)的安全保護。
樓氏電子(KnowlesAcoustics)資深新事業(yè)發(fā)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(chǎn)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(fā)更加有效。這可提高對氣囊的控制，觸發(fā)得當(dāng)可以最大程度保證車內(nèi)乘客的安全�！�
在此基礎(chǔ)上，美國精量電子(MeasurementSpecialties)還新推出采用特有微熔技術(shù)的張力傳感器，通過對安全帶張力的檢測來進(jìn)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(jiān)陳振認(rèn)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(shù)，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(shù)據(jù)，因此還被廣泛使用于汽車安全碰撞測試。
主動安全系統(tǒng)提高行車穩(wěn)定性
一般來說，涉及車身控制的汽車主動安全系統(tǒng)包括：汽車翻滾控制、汽車防滑穩(wěn)定性控制、防抱死系統(tǒng)、停車制動、胎壓監(jiān)測、懸架對車輛以及路況的自適應(yīng)調(diào)節(jié)等系統(tǒng)，而MEMS傳感器在主動安全系統(tǒng)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(jiān)測汽車與地面的相對位置，允許汽車調(diào)整懸架以及在汽車突然轉(zhuǎn)向、天氣不佳或路面不平坦時提供最大程度的穩(wěn)定性。
電子穩(wěn)定程序(ESP)是MEMS傳感器的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，該系統(tǒng)通過角度傳感器測量車輛的偏航率，并把它與轉(zhuǎn)向角和速度等參數(shù)進(jìn)行比較，可以檢測過度轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向不夠這樣的行駛狀況，可以在汽車轉(zhuǎn)彎時或汽車突然轉(zhuǎn)向這類突發(fā)事件過程中監(jiān)測汽車的橫搖效應(yīng)，使汽車懸架可進(jìn)行調(diào)整，以保持對車身穩(wěn)定性的控制，達(dá)到防側(cè)翻的目的。
陳振：通過擴大市場占有率來降低產(chǎn)品成本是對我們最大的挑戰(zhàn)。
精量電子目前可以提供非接觸連續(xù)量燃油液位傳感器、節(jié)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(jiān)陳振表示，用磁阻傳感器的非接觸測量技術(shù)替代傳統(tǒng)的滑動電位器技術(shù)是汽車角度位置傳感器發(fā)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(chǎn)品具有數(shù)子補償、放大處理、數(shù)字輸出，數(shù)據(jù)傳輸15比特，最高精度達(dá)0.05%，動態(tài)最大功耗僅1Ua，非常適合于胎壓檢測應(yīng)用。
新玩家和新應(yīng)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(wěn)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(jìn)入者。意法半導(dǎo)體(ST)亞太區(qū)模擬、功率及微機電系統(tǒng)事業(yè)部總監(jiān)PatrickBoulaud表示：“汽車電子應(yīng)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(xiàn)有系統(tǒng)方案的衍生應(yīng)用，我們新一代的加速度傳感器將完全符合AEC-Q100等國際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，充分確保汽車應(yīng)用中半導(dǎo)體器件的質(zhì)量、可靠性，并向著0PPM（零缺陷）的目標(biāo)邁進(jìn)。”據(jù)了解，這款新產(chǎn)品目前已有樣品，預(yù)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(yīng)用推出壓力傳感器產(chǎn)品。
他還強調(diào)說：“ST的MEMS傳感器在消費電子市場積累了豐富的經(jīng)驗，工藝上已十分成熟，我們有很好的ASIC設(shè)計開發(fā)能力，良率與可靠性的進(jìn)步也十分迅速，ST對于進(jìn)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(yīng)用。每年不少交通事故的產(chǎn)生是由于汽車前擋風(fēng)玻璃的結(jié)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(fēng)玻璃溫度和廂體露點檢測，準(zhǔn)確的控制擋風(fēng)玻璃的結(jié)霧，據(jù)介紹，這款產(chǎn)品現(xiàn)已被世界絕大多數(shù)中高擋車所采用。
MEMS黏度傳感器是另一款最新推出的產(chǎn)品。此類傳感器用于在汽車正常行駛時監(jiān)控發(fā)動機內(nèi)部液體的黏度，通過監(jiān)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(yīng)軸承和機械軸的磨損狀況，監(jiān)控旋轉(zhuǎn)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(jìn)行適當(dāng)機械維護，提高發(fā)動機的壽命與行車安全。
據(jù)陳振介紹，精量電子最新的油品傳感器現(xiàn)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(shù)和溫度，解決了長期困繞的機油無法實時在線監(jiān)測的世界性難題，特別有助于重型卡車和工程車輛的發(fā)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(xué)傳感器也有望在未來幾年出現(xiàn)。
車用傳感器系統(tǒng)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(lǐng)域，傳感器同樣面臨著“瘦身”。MEMS技術(shù)本身的一大進(jìn)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(shù)的進(jìn)步，基于MEMS傳感器的模塊還可以進(jìn)一步集成各種信號調(diào)理技術(shù)，精量電子的陳振就表示：“我們最新的傳感器產(chǎn)品，已經(jīng)包含放大和數(shù)字輸出。這種技術(shù)革命，將是無止境的�！�
將同一類應(yīng)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(fā)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(yīng)的準(zhǔn)則來控制汽車的排放廢氣的標(biāo)準(zhǔn)。比如說現(xiàn)在施行的US02,US04,US07,Euro4and4.5,Euro5.降低NOx的排放。降低發(fā)動機的廢氣排放，就要引進(jìn)一個重要的參數(shù)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(fù)合傳感器，為歐四發(fā)動機的的尾氣排放控制，提供了重要手段�！盇DI技術(shù)市場經(jīng)理張松剛對此表示認(rèn)同，他補充說：“多種傳感器的整合還有助于進(jìn)一步降低成本。此外，通過wire實現(xiàn)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(fù)使用�！�
總體來看，安全、環(huán)保、節(jié)能、小型化和智能化是傳感器發(fā)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(tǒng)傳感器有望是一種一體化的傳感器系統(tǒng)，它采用公共信號來操作多個系統(tǒng)，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(tǒng)提供信號。這種新型的傳感器系統(tǒng)將高度依賴于先進(jìn)的軟件系統(tǒng)來實現(xiàn)，從而進(jìn)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(yè)界公認(rèn)的發(fā)展大方向，但是對于將IC與傳感器進(jìn)一步整合的提議卻遭到普遍質(zhì)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(chǎn)品卻有局限性(取決于應(yīng)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(rèn)為傳感器的應(yīng)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(shè)計能使客戶的靈活性最大�！盇ssimakopoulos還指出，保持處理器和傳感器分離更有利于在生產(chǎn)過程中保持高產(chǎn)率。
意法半導(dǎo)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(jié)構(gòu)，一個是電子結(jié)構(gòu)，二者采用完全不同的半導(dǎo)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(yīng)商做過單芯片方案，現(xiàn)在也都轉(zhuǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。加之MEMS產(chǎn)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(chǎn)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(shè)計是提高良率關(guān)鍵
開發(fā)MEMS傳感器的挑戰(zhàn)在于滿足器件供應(yīng)的市場對價格和性能的要求。MEMS研發(fā)和資本開銷巨大，MEMS的故障率較高，而良率較低是業(yè)界面臨的普遍性難題，Assimakopoulos認(rèn)為提高良率的關(guān)鍵是要在生產(chǎn)設(shè)計方面采取正確的方法。
他說：“提高M(jìn)EMS器件的良率對于獲得最有效的生產(chǎn)成本模型非常重要。樓氏電子采用fabless商業(yè)模型，我們向合作供應(yīng)商們提供MEMS元器件設(shè)計，然后在我們自己的工廠完成封裝。在生產(chǎn)管理和MEMS器件設(shè)計過程中，深思熟慮、謹(jǐn)慎執(zhí)行是獲得高產(chǎn)率的關(guān)鍵因素。我們經(jīng)常出現(xiàn)的情況是開發(fā)MEMS設(shè)備而不考慮FAB進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的實際工藝，其實在開發(fā)的初始階段，這些問題就都應(yīng)想清楚，不能顧此失彼。”
意法半導(dǎo)體的Boulaud還補充說：“MEMS從原理來講，是將機械結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)通用產(chǎn)品，針對不同的具體應(yīng)用，ASIC的Re-Design算法補償也是不一樣的,因此目前僅少數(shù)有經(jīng)驗的大廠可以做到�！�
精量電子的陳振指出：“對整個MEMS行業(yè)而言，原材料的上漲和降低生產(chǎn)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(yōu)價位的傳感器。通過擴大市場占有率來降低產(chǎn)品成本是對我們最大的挑戰(zhàn)�！�
