传感器：与IC趋于集成MEMS遍及高端

汽车电子控制系统的“正常运转”离不开传感器的保驾护航，通过传感器可将各种诸如压力、流量、位置、高度、距离、速度、转速、温度等信号传递到动力系统、安全系统等控制单元，达到汽车正常驾驶的目的。正因为需要各种不同的信号，因而汽车传感器种类繁多，目前一辆普通家用轿车上约安装几十到近百只传感器，而高端轿车上的传感器数量可达二百多只。多年来，用于测量压力、温度和速度等量值的传感器一直是汽车电子的主角，但汽车功能的提升使得传感器已超越将感应信号送回控制单元这样一种水平，传感器的“智能化”已然呼之欲出。 传感器与IC集成是重点 而传感器提高智能化的必然选择就是IC与传感器集成，这已成为业界关注重点。目前这样的产品很多，如飞思卡尔、英飞凌、NXP等很多厂商推出的胎压传感器芯片就集成了传感器和IC。其他应用包括压力传感器芯片、磁性传感器芯片等都是集成的。 英飞凌传感与控制部门主管John McGowan表示，TPMS传感器的要求是坚固耐用、寿命长、成本合理。英飞凌开发的TPMS传感器是将一个用于数据处理和信号调制的CMOS ASIC与一个压电式压力测量元件放在一个公共的引线框架内。他还介绍，通过将处理功能与传感器整合在一起，能确保温度补偿、自校正和失效模式检测等功能的精确性。在成本控制方面，可通过在单芯片上集成多种功能和特性以及量产方面来着力。并且这种智能传感器允许将更小的中央处理器从数据运算中解放出来，从而能进行更快的处理。 拿到欧洲上亿元订单的汽车传感器的合资公司森太克技术总监庞川表示，IC与传感器集成的好处就在于减少体积、降低干扰。他还表示，集成方式分两种：一种是SoC，集成度高，但是由于传感器和IC的工艺有差别，实现难度比较大。另一种是SOP，实现起来比较容易，主要是封装技术过关。 对于今后传感器都会与IC集成，庞川认为这需要看是不是有必要，集成度高是好，但市场需求多样化，因而可灵活对待。“比如供应A传感器和B片的集成，但是我可能要的是A传感器和C片的搭配，那就还得分别采用。”庞川表示。 MEMS传感器先在高端普及 而传感器与IC集成关键在于MEMS技术。庞川表示，MEMS技术是一种传感元件的加工技术，很多新类型的传感器都会采用这种加工技术。庞川介绍，MEMS技术将在高端应用普及，目前除了压力传感器、流量传感器等使用MEMS技术传感元件越来越多，磁性传感器使用MEMS元件也在增加。而最近的热点是氧气传感器，原来的功能是只能测量理空燃比范围附近值，现在的热点是宽空燃比范围测量，这需要采用一些新技术。 他还表示，高端传感器产品采用MEMS技术的会越来越多，至于低端产品，则没有必要改变原有的设计。 封装技术至关重要 但MEMS传感器及传感器IC集成的架构并非“万无一失”。业内人士表示，它带来了可靠性方面的隐忧，如何确保在任何负载、温度和振动条件下的稳定和可靠性是个问题，此外在不断降低成本方面也面临着不少挑战。“因而，对于使用MEMS技术生产的传感元件，在技术上要考虑三个方面：一是结构设计上要合理；二是加工技术过关；三是封装技术。”庞川指出。 而对于封装技术业界有不同看法，飞思卡尔相关人士介绍，对用于汽车动力控制和安全气囊的加速度计的挑战是用户希望整合在一起的传感器和控制器IC能有更小的封装。由于无法将全部功能都集成在一块硅片上，所以需要对裸片进行堆叠，以便优化工艺。从封装的角度来审视传感器，就是不将其放在一块硅片上，而是分放在处理器和传感器两个芯片上。但也有厂商认为，单硅片方案提供的简化封装将具有优势。真正的单芯片方案将G传感器（加速计）、温度传感器或流量传感器与信号处理部件放在同一块芯片上，从而可以实现最少的空间。 飞思卡尔还表示，未来传感器的其他应用很可能将包括更多的基于陀螺仪的器件。这些陀螺仪将以MEMS为基础，随着产量的增加，MEMS的加工成本将降下来。