无疑地,MEMS组件正处于高速起飞的时间点。这些微型化组件为电子产品赋与了感测或致动的灵敏功能,为新兴应用开辟了一条康庄大道。今日市场上充斥着各种MEMS解决方案,并以CMOS硅晶组件为大宗,然而,若要强调高灵敏度和高稳定性,石英型传感器则是不二的选择。
「就是这么一颗小小的组件,带给许多产品无穷的想象空间。」Epson Toyocom营业统括商品企画战略部部长宫泽健把弄着手中比指甲更小的QMEMS石英感测组件,感触地指出:「我们投入十多年的研发心力,总算看到它在市场上发光发热。」
宫泽健分析指出,评估一颗传感器的好坏,可以用五个S来看,即Speed(响应物理量变化的速度)、Sensitivity(对变化响应程度的敏感度)、Selectivity(只针对特定变化响应的选择能力)、Straight Response(响应物理变化量的准确性)、Stability(保持不受外部环境影响的稳定性),而这些特性都与组件选择的材料息息相关。
相较于硅晶制程,石英晶体因拥有高度稳定的温度特性,一直是提供精确频率的来源。当它用来做为传感器,自然也能提供更优异的表现。因看好石英型传感器的优势,EpsonToyocom从1995年就开始运用其QMEMS技术来投入陀螺仪传感器的开发,经过八年,才在2003发表商用化的double-T架构陀螺仪产品。
「开发微型化的石英型传感器需跨越相当高的门坎。」
宫泽健表示,这段长时间的努力并没有白费,这种高感度、高稳定性的组件一推出市场,即受到特定产业应用的青睐,尤其是在相机影像稳定系统、汽车安全侦测、游戏动作感测、惯性导航及遥控直升机等领域获得很大的成功。
「在高阶数字相机的光学防手震应用上,我们的市占率高达七成以上。」宫泽健肯定地指出,愈高阶、愈重视质量的角速度感测应用,就愈会想到Epson Toyocom的产品。
在汽车安全防护的感测应用上,即可以看到这种迫切的需求性。随着大众对汽车安全的要求声浪逐渐高涨,愈来愈多的汽车已将驾驶安全装置列为标准配备。美国、欧洲及日本已立法规定汽车必须配备如电子车身稳定系统 (electronic stabilitycontrol,ESC)等主动式安全系统,侦测车辆打滑,同时导正车身。
![《图一 宫泽健:「大众市场将会要求更高的质量与性能表现,而这正是QMEMS传感器的强项所在。」》](/art/2011/03/151835321314/P1.jpg)
《图一 宫泽健:「大众市场将会要求更高的质量与性能表现,而这正是QMEMS传感器的强项所在。」》 |
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此外,有愈来愈多的制造商也开始安装被动式安全防护,例如侦测车辆翻覆的翻覆防护系统及侧边窗门安全气帘。这些安全系统必须能够正确地感应车体打滑、车辆翻覆、以及其他处于危险的车辆状态,而每样都需要倚靠测量角速度来得知车辆状态变化,因此,陀螺仪传感器的需求也跟着水涨船高。
「不论是主动或被动式的安全防护系统,都能因采用我们的QMEMS陀螺仪而得到最佳的表现,进而保障人身的安全。」
在高阶市场的成功,奠定了往更宽广市场发展的基础。宫泽健强调:「目前大众市场处于学习尝试的阶段,也就是先懂得怎么用MEMS,下阶段则会开始要求更高的质量与性能表现,而这正是 QMEMS传感器的强项所在。」
为了避开低价竞争的恶性环境, Epson Toyocom选择朝高附加价值发展。其作法包括多样化的产品线、小型化发展蓝图和创新应用开发等。以日前推出的超小型惯性测量装置(IMU)来说,即提供了六轴感测的功能:在三个轴在线采用了三个±300deg/s角速度传感器及三个±3G加速度传感器。有了它,各种动作分析、控制或惯性导航功能都能轻松实现。
为了满足小型化的需求,Epson Toyocom进一步采用尺寸极小的表面黏着组件(SMDsurface mountdevice)技术,使其石英振荡器陀螺仪封装后的尺寸仅5.0mm x 3.2mm,小到足以放在指尖;而下一代产品还会做到更小。此外,完全密封的封装方式使其拥有绝佳的环境耐受力,并同时具有石英晶体振荡器的高稳定性及低耗电睡眠模式等优异特点。
在产品的创新上, Epson Toyocom也已成功运用QMEMS技术开发出绝对压力传感器,能提供绝佳的精准度及分辨率,甚至可以感测到小至3公分的高度改变。宫泽健表示,这款产品已不限于工业量测,其微小的尺寸已足以用于行动装置,并针对其细微压力及高度变化的感测能力,开发出全新的功能,如防盗、动感游戏或导航辅助等令人耳目一新的应用。
创新 double-T架构的 QMEMS陀螺仪
相较于一些石英厂商以音叉型石英晶体来设计陀螺仪传感器,Epson Toyocom提出创新的double-T架构,透过简单的设计即可获得有效的感测,同时亦能将噪声减到最少。相较于音叉型架构,double-T架构能让传感器的感度与稳定性大幅改善,不会产生振动泄漏,也容易做到平衡调节( Balance Tuning)、归零偏移低;此外,由于有中央重心的支持,也能够做到薄型化的设计要求。