訪ST模擬、MEMS及傳感器事業(yè)部副總裁，MEMS傳感器業(yè)務總經理Andrea Onetti

 

第二波浪潮——工業(yè)

 

MEMS產品產業(yè)在過去幾年里有過非常風光的增長歷程，尤其是手機產業(yè)的帶動。但手機產業(yè)在過去一兩年里沒有像以前那樣出現數量增長的紅利，因為第一，應用于手機的MEMS總量差不多持平，沒有增長;第二，在單機里，沒有新型的MEMS應用加入，造成單機MEMS的價值沒有提升，單機的傳感器數量也保持穩(wěn)定。

　　  

ST模擬、MEMS及傳感器事業(yè)部副總裁，MEMS傳感器業(yè)務總經理Andrea Onetti

　　

因此業(yè)界有這樣一種質疑聲：下一波MEMS怎么樣？現在看起來，下一波MEMS產業(yè)浪潮可能在工業(yè)和汽車、自動駕駛。這個市場不單單讓傳感器單個價值的增加，在數量上也是非常可觀的。

　　

 

MEMS產品第一波真正作為市場的井噴，是在2005年左右，主要驅動力是“智能手機”，由于智能的需求，傳感器為手機的新功能立下了汗馬功勞。

　　

但在過去的兩三年里，業(yè)內一直在講物聯(lián)網、云服務，這些領域目前的關注點是“數據”，很多智能終端產品在采集數據，很多公司都在花巨資投入云服務。在工業(yè)和汽車方面，最近出現了自動化、智能化趨勢，涵蓋智能工業(yè)、智能駕駛、無人駕駛等。如果這些最終實現，傳感器是必不可少的，而且傳感器在其中的作用比第一波的傳感器在手機里的作用大得多。

　　

工業(yè)與消費類電子的差別

　　

在過去的20年，消費類應用使不同類別的MEMS傳感器實現了從雛形，到大批量生產、直至大批量應用的過程，這些傳感器包括加速計、陀螺儀、慣導模塊、磁力計、氣壓計、溫度計、氣體壓力計、以及最近幾年越來越多的環(huán)境類傳感器。

　　

第二波將在汽車和工業(yè)類里面越來越多，要求的性能和精度更高。因為工業(yè)類對性能和精度的特殊要求，可能同一類別的工業(yè)傳感器和消費類傳感器有幾倍的差別!

　　

　　

這對于整個產品的定義、規(guī)劃、制造、研發(fā)都會帶來新的挑戰(zhàn)。

　　

*制造。要達到高性能和高精度主要通過兩個方面：1.純粹工藝的提升;2.測試和校正工藝/能力提升。

　　

其中測試和校正是可以大為挖掘的地方，因同一類別的傳感器，如果施予的校正方法和校正點位不一樣，可以達到更好的性能輸。而與其它半導體制造不同，其它半導體廠家產品的校正更多在于測試，主要是為了把不良品給剔除。而MEMS制造由于含有機械元素，因此校正的主要目的是要恢復參數，去拉到需要的規(guī)格范圍之內。

　　

ST的特點在做的時候可以同時并行處理很多細節(jié)，例如友商做10個，ST可以一下做100個，這就意味著效率的提升，從而節(jié)約器件的成本。另外，具備了這樣的能力，ST可以按照客戶的應用需求，更加靈活地去配置校正要達到什么樣的參數輸出——有的可以放寬精度，達到成本更好;有的可以提高精度，達到性能更高。

　　

        

*高性能。目前為止，大部分人對MEMS生產的理解還是在過去消費類市場里的應用。例如，作為聲音采集的器件，到目前為止，麥克風主要用來采集人的聲音，主要集中在20 Hz~20k Hz頻率范圍。但在智能制造、智能工業(yè)中，是機器與機器之間的對話、互動，同樣要去檢測聲音，需要把聲音采集的帶寬上升到80k Hz，這樣才可以采集到水管是否漏水及一些在機器當中要去檢測的信息。

　　

再例如，人機界面互動的應用場景，即使對于同一款傳感器，它的應用不一樣，規(guī)格也會有區(qū)別。

　　

*生命周期。消費類電子的生命周期較短，有的只有兩三年;但整個工業(yè)設備的生命周期會跨過五年、十年、甚至更長。那么在這類應用里的產品，需要確保產品的生命周期與最終設備的生命周期是吻合的。針對這樣的需求，ST做出了鄭重的承諾，所有在工業(yè)類里產品的生命周期超過十年。

　　

可見，隨著傳感器走出消費類應用，走近工業(yè)類應用，產品應用需求的變化導致了對于產品的需求不一樣，因此MEMS廠商向客戶做出的承諾也不同。

　　

把機器升級到智能，前裝和后裝的市場分析

　　

第一種是在新機器設備開發(fā)的時候就把傳感器裝進去，就可以把連接具體什么樣的傳輸方式定義好。根據市場報告，每年約有七八千萬設備的市場容量，其中約有40%~50%的設備是智能的。

　　

然而，整個行業(yè)里最大的市場在于既有的機器設備，有的裝了幾年，有的裝了幾十年。這時，可以通過無線和傳感器的方式把機器設備進行有效的連接。這部分的市場前景更大，約有8億的機器設備。但現在其改裝的比例卻很低，只有1%、2%。這個改裝過程會隨著云服務的發(fā)展逐漸體現出來，相信這會是指數型增長的趨勢。最近在歐洲的一個展會上，大家介紹的都是智能化的生產設備，預計在未來的一到三年之內，改裝市場的占比也會達到雙位數。

　　

需要特別指出的是，如果真的在現有設備上加裝元器件，例如加一個傳感器單元，也不可能兩三個月就去換一個，所以低功耗非常重要。ST的傳感器是從消費類衍生過來，功耗方面可以做得很好，既使是電池供電的應用，裝上去以后整個的生命周期有效期達到幾年以上。

 

       

ST的高精度傾角計等新產品

　　

說了這么多理論，ST到底有何面向工業(yè)的明星產品?近日，ST推出了一款高精度傾角計——IS3DHHC，是2018年第一款亮相的新型傳感器，特點是新型低噪3軸加速度計，為工業(yè)傾角計廠商提供經濟實惠的高精度傳感器解決方案。

　　

據悉，在此之前，ST的3軸陀螺儀和6軸慣導模塊已經在市場上應用，此次介紹的工業(yè)用傾角計的需求有了變化。

　　

傾角計不是一個新產品，先前主要是用在重型車輛的搬運，例如鏟車。最近又看到一種新型的運動傳感器，它不單單用于檢測，甚至用于有些智能自動安裝設備過程中，這種安裝設備是由自動化/電腦控制、甚至遠程遙控的。它可以知道設備在安裝的整個過程中是否符合安裝的流程，是否安裝到足夠的精度，是否在安裝的過程中碰到什么異常狀態(tài)。要達到這些標準，對傾斜、偏差的精度要求很高，要求有非常高精度的加速度計，可以用傾角計來實現這類檢測。

　　

運動傳感器只是一個開端。在ST的產品規(guī)劃中，智能工業(yè)應用的布局超過了運動傳感器本身，例如溫度傳感器和濕度傳感器等對于傳感器本身的參數提升、高精度是很重要的。

　　

　　

傳感器的性能提升還有一個很重要的因素，如果你的校正得好，也可以提升精度，那怎么樣才能校正好?在做校正的過程當中，“溫度”是個很重要的參數，實際應用場景下，溫度并不是在常規(guī)下，有時會低到零下幾十度，或高到上百度。傳感器的特性會在不同溫度下有不同的表現，如果可以通過很好的溫度校正，就可以使整個的性能達到更優(yōu)的狀態(tài)。

　　

ST后續(xù)的布局里除了有運動、振動、角度測量的MEMS傳感器外，還有溫/濕度、氣壓、聲音等。

　　

案例：馬達感測+本地AI

　　

說了這么多，是否有些應用案例?

　　

在智能工業(yè)里用最多、最普遍的就是馬達，在馬達檢測中有多種信息可以去檢測，諸如速度、加速度、噪音、角速度、力矩、電流、電壓等，可以單獨或同步進行。理論上，這些信息可以告知系統(tǒng)馬達是否工作在正常狀態(tài);同時，既然是智能化，這些采集的數據都可以傳輸給后臺的云端去做數據處理。一般情況下，工廠里人停機不停，馬達一直開著。如果24小時一直在傳輸數據，會產生很大的數據量。而后臺的云一直在做滿負荷計算，也有很大的成本。

　　

有沒有更好的方法呢?我們可以按照不同應用的需求量身訂做。例如要檢測振動，可以加一個加速度傳感器/模塊;想要檢測噪音，可以加一個麥克風模塊;檢測溫/濕度，加溫/濕度模塊;……總之，不同類別的信息可以通過多種傳感器進行本地采集，然后在本地的模塊里進行信號處理，即可以進行“預處理”，即本地化的人工智能判別 (local AI)。當本地化的幾個人工智能判別綜合起來覺得有異常，不符合先前定義的工作狀態(tài)表征時，再上報到云。因此平時產生的是小數據量。這樣整個系統(tǒng)就相對變得精簡，而且真正采集到的信號多元性可以提升。

　　

　　

ST目前已有Local AI的方案，具體分為兩個層面。ST的傳感器已經是智能的傳感器，一部分是傳感部分，另外一部分是做信號處理的。ST已在傳感器的信號處理部分做了一些“預處理”，簡單來講，已經可以告訴你振動幅度多大，而不只是告訴你加速度值是多少;并已經濾掉了一些噪音或者不需要的信號。ST馬上又會推出讓客戶可以進行二次開發(fā)的傳感器，這是可編程的傳感器，經過簡單的配置，就可以實現不同功能的需求。

　　

在ST整個公司層面，ST的MCU(微控制器)部門有專門的、更復雜的AI算法，其開發(fā)與ST的傳感器是緊密合作。

　　

再次指出的是，ST所有Local AI的架構都會將低功耗作為第一優(yōu)先考慮的前提，因為Local AI主要針對現有機器的改裝，而后裝市場一般都是電池供電的應用。

　　

MEMS廠商的競爭焦點有二

　　

一個是“供應鏈”。因為在智能制造、智能工業(yè)、汽車，特別是工業(yè)領域，很多都是客戶定制化的，產品的需求在數量上跨度很大，從幾十片、幾百片到上百萬片，都是客制化的。

　　

在這方面，ST有全控的供應鏈體系、有很好的測試校正能力、有可靠的供應鏈去服務市場大小不同的需求。

　　

第二，是否有多品種的產品，以適合差異化的應用與客戶需求。

　　

相比友商，ST有廣泛的產品布局，并不只是做幾個類別的MEMS產品，幾乎在MEMS傳感器里的布局是最廣的，ST有能力把不同類別的都可以做到工業(yè)應用里面，滿足各種應用需求的規(guī)格，特別是在高精度這部分。

　　

ST制造的特點

　　

ST在MEMS產品制造過程中，特點是所有制造部分由ST 100%掌控，包括生產、校正和測試等，好處是可以保證交貨期。另外方便多傳感器的整合優(yōu)化。

　　

ST也在研發(fā)和推出更智能的傳感器，這在不少的應用里都可以在整體功能的集成和成本的控制方面帶來優(yōu)勢。

　　

ST有很大的產能。截至目前為止(注：2018年5月初)，ST已經向市場總共出貨超過130億顆MEMS產品，目前每天出貨超過500萬片?？梢?，ST還有大規(guī)模制造的經驗，有足夠的基于產能的投資和產線的能力，另外內部還有很好的靈活性，便于在不同產品之間進行調配，因此，即使工業(yè)類應用的量后續(xù)爆發(fā)起來，需要大的產能支持，ST也可以有很好的基礎來支撐。

　　

小結

　　

智能工業(yè)時代，MEMS的機會剛剛開始，需要更高的性能和精度，滿足多種工業(yè)場景需求，這需要制造、測試/校正等技術的進一步提升。擅長大規(guī)模制造消費類MEMS傳感器的ST已做好了進軍工業(yè)的準備，例如進一步拓展產品線，有效地控制成本，并作出了十年供貨承諾。