手机和平板将给MEMS传感器带来60亿美金的市场机会
2013-08-02 08:49:35   来源：微迷   评论：0   点击：

译者：中国微纳技术俱乐部 华文

手机和平板电脑对于陀螺仪和MEMS麦克风的需求推动了近期MEMS市场的增长，随后将是压力传感器和惯性测量单元。展望未来，大量新兴传感器也将引入智能手机和平板电脑市场。

图1 应用于手机和平板电脑的MEMS市场规模

手机和平板市场的MEMS传感器去年爆发性增长了5亿美元，达到了22亿美金。Yole预期其复合年增长率将持续维持在18.5%左右，到2018年将达到60亿美金。这意味着届时应用于移动市场中传感器数量几乎是4倍的增长，而且价格也将持续下降。

该市场的成长动力来自于智能手机取代一般功能手机，以及更多传感器逐渐普及于各种应用。除了惯性测量单元（IMU）外，陀螺仪与麦克风很快地也将被广泛采用；压力传感器用于垂直定位；而RF MEMS则用于改善多频、多协议的性能。IMU在单一封装中结合了加速度计和陀螺仪，有时还加进本地处理性能。MEMS扬声器要获得广泛应用，还需要好几年的时间。

同时，智能手机充当这大脑的作用，管理来自各个可穿戴智能设备和分立传感器传的数据。这也将给传感器市场的价值链带来影响。

目前，手机和平板领域的MEMS器件主要是惯性传感器（占60%）和MEMS麦克风（占20%）占主导，但我们预计到2018年，60%的份额将被包括RF MEMS、MEMS光学器件、压力传感器和温湿度传感器在内的其他传感器占据。

惯性传感器将面临更多集成，MEMS麦克风竞争日趋激烈

我们可以看到六轴惯性测量单元已经逐渐取代了分立的加速度计和陀螺仪，随着芯片尺寸的不断减小，集成磁力计的9轴组合传感器的渗透率也在提高。

虽然目前陀螺仪的功耗还是比较高，但是随着高通、博通、CSR等芯片公司把惯性传感器数据融合进来，用于室内导航和情境感知，这将给惯性传感器带来更广泛的应用空间。

随着手机厂商对陀螺仪和组合传感器的需求越来越大，提供全方位的惯性传感器和解决方案对于惯性传感器的玩家们来说就显得尤为重要了。加速度计厂商急需进入陀螺仪的市场，但要做出一个芯片尺寸在3mm x 3mm并且不与其他公司的IP冲突的IMU并非易事。

ST、Bosch、Invensense等大厂商之所以能掌控了手机市场的40%份额，主要归结于他们完整的产品线。我们也期待着很快有更多的竞争者进入这个领域。

图2 2012年全球MEMS厂商在手机和平板电脑市场中的份额

首先是传统模拟IDM大厂，包括Maxim和Fairchild，通过收购进入了惯性测量单元市场。同时，像Qualtre这样拥有独特技术的公司也可能是潜在的挑战者，凭借Apls的资金和产能的投入，据称，Qualtre的陀螺仪产品预计在明年进入市场。由于Qualtre的加速度计也是采用同样BAW的技术和工艺， 所以我们也同样期待其组合产品的推出。

但是，这些后来者想要在现有的市场上取得较大的市场份额还需要时间。甚至Bosch这样的MEMS大厂，也在力推其陀螺仪和组合产品，但相比前两大巨头ST和InvenSense，他们也仅仅获得了个位数的市场占有率。

随着用软件来演算与校正在多传感器系统上的物理量变得越来越复杂，手机公司开始引入传感器中枢（Sensor Hub）这个概念来解放原来需要由高功耗的应用处理器来完成的运算。传感器中枢其实是一种智能传感器信息处理架构，通过在系统中加装一颗32位微控制器，执掌传感器物理量的运算；并导入传感器融合软件，负责加速度计、陀螺仪、压力计和磁力计等MEMS器件的校正与转换，从而优化多轴MEMS传感机制的精度，同时也减轻了应用处理器的工作负担。

陀螺仪在手机的另一个典型应用是相机防抖功能，这个在数码相机市场已经非常成功的应用被进入到智能手机中，使得高端智能机实现差异化。

通常是在摄像头模组中集成了第二个专门用来实现光学防抖功能的陀螺仪，手机公司则不需要修改原有陀螺仪的相关软件就可以实现集成。另外一个低成本的做法是利用现有的陀螺仪来实现图像防抖。

MEMS麦克风也将继续迅猛的涨势，随着越来越多的智能手机和平板加入第二个MEMS麦来实现降噪功能，甚至是第三个MEMS麦来配合用作定向录音。

Knowles虽然依然是这个市场的领导者，但是去年还是被其他厂商抢走了19%的市场份额。其中，中国厂商AAC取得了显著的增长，AAC采用了英飞凌的MEMS芯片技术生产MEMS麦克风，使其在原有的驻极体麦克风市场领域取得成功。此外，Bosch的子公司Akustica、Wolfson、ADI、ST/Omron也都在这个市场角逐。如果看到InvenSense公司有一天也会进入这一业务领域，请不要惊讶，因为这可以丰富其手机客户的产品线。

压力传感器和RF MEMS将有广泛应用

随着定位功能的市场需求，压力传感器在智能手机领域也将会有一个快速的增长。GPS计算海拔高度一般误差都会有十米左右，而如果在树林里或者是在悬崖下面时，有时候甚至接收不到GPS卫星信号。而气压的方式可选择的范围会广些，可以用来测量气象站以及户外运动时的海拔高度。

除了以上这些，室内导航的应用最终将使得压力传感器成为智能手机的标配，但同时也对于功耗和价格都提出了一定的要求。因此，那些能将压力传感器与惯性测量单元集成的厂商将有很大的优势。

在RF方面，LTE射频模块中的BAW双工器将继续快速增，几家RF MEMS厂商的可调天线调谐器使得频带的选择更加灵活。虽然目前来说只有少量应用，但是随着频带的增多，RF MEMS的需求量也将增长。

其中有几家公司值得我们关注。WiSpry采用的硅基可调节电容阵列，可以动态地匹配手机天线的阻抗。DelfMEMS的频带选择开关也可能被集成在下一代智能手机的天线开关模块和可调谐RF元件中。另外一家厂商，Cavendish Kinectics定位于高端LTE多频多模手机应用的可调RF天线也在测试中，其产品预计年底可以在其合作伙伴的平台上看到。

在MEMS时钟领域，SiTime公司以一款SiT15xx系列32kHz MEMS振荡器进入了移动市场。但在TCXO的计时设备中，他们面对着来自大的基带芯片制造商的竞争，因为这些基带芯片制造商通过补偿自己的基带芯片的方法，用晶振来替代TCXO的之前的工作。然而，当特定需求的市场里，这样的方法不再有效，而必须使用TCXO，这时候MEMS的性能更加接近需要。

目前，Sand 9已经将时钟的频率波动从10-20PPM降低到2.5ppm, 但是这个对于像GPS这样的应用来说并不够，通常GPS要求时钟频率低于0.5ppm。Sand 9和Discera也同时瞄准了除手机市场之外的别的应用，包括工控和网络设备领域。

更多新型传感器的引入

一些新型的传感器也将被用到智能手机中，我们看到三星旗舰机型Galaxy S4中就用到了Sensirion的温湿度传感器。

温湿度传感器目前最主要的用途是个人移动气象站，还可以用来检测环境舒适程度，在极端的温度和湿度的环境下，提醒你及时补充水分和调节空间温湿度，或给出你皮肤护理的建议，这些应用在亚洲市场的空间会远大于欧美市场。我们并不担心，广大app开发者一定会找到更加充分利用温湿度感器的更多有趣的应用。

在其他新型MEMS传感器领域，技术的成熟和大规模市场化还有待时间。

MEMS自动对焦在对焦速度、功率和精度上的优势将带动MEMS自动对焦摄像头模组的需求，今年我们可以在市场上看到相关的产品。但由于工艺还有待成熟以及成本的居高不下使其大规模应用面临着挑战。

MEMS扬声器一直是个非常有挑战的领域，我们依然可以期待除了Audio Pixel之外的别的厂商进入这个领域。ST目前看来还只是为Audio Pixel做代工，Knowles凭借在MEMS麦克风市场的优势有可能会进入这个市场，但看起来，MEMS扬声器的产品化至少需要2年的时间。

随着成本的下降，红外热像仪被集成到手机上也将是一个有趣的应用，其传递的温度信息可以用来检测液体和气体的泄漏来提高能源效用，以及楼宇中的热异常现象。

其他环境检测传感器包括Alps和Rohm研发的用于个人健康和皮肤保健的紫外线传感器。Synkera开发的气体传感器，用于空气检测以及气体泄漏报警，但是，降低气体传感器的功耗一直是一个很大的挑战，因为我们需要一定的能量将吸附在传感器表面的气体除去才能进行第二次探测。

高通则继续其在低功耗MEMS显示屏领域的努力，并通过向夏普投资6100万美元，将夏普的IGZO（铟镓锌氧化物）节能面板技术与高通子公司Pixtronics的MEMS显示技术整合，开发下一代低功耗MEMS显示屏。

图3 展望2018年，智能手机中可能应用的各种MEMS器件