Miniaturyzacja przyspiesza rozpowszechnianie się technologii MEMS

Zdaniem tej firmy coraz więcej układów MEMS trafiać będzie do platform mobilnych - w smartfonach obecnie zintegrowanych jest średnio 12 układów MEMS, a niedługo ich liczba wzrośnie do około dwudziestu. Według Yole Developpement największym dostawcą MEMS-ów obecnie jest STMicroelectronics, u którego w konsumenckie układy zaopatrują się Apple i Samsung.

Niewiele niższą sprzedaż mikroukładów notuje Bosch, dostarczając je na rynek konsumencki i samochodowy. Na dalszych miejscach plasują się Texas Instrument oraz HP, specjalista w produkcji drukarek atramentowych i opartych na MEMS-ach wkładów do nich.

Nowe rodzaje sensorów

Rys. 1. Prognoza rynku MEMS na lata 2012-2018 (w mld dol., źródło: Yole Developpement)

Analitycy przewidują, że średni wzrost rynku MEMS w ciągu najbliższych pięciu lat wyniesie 13%. Nowe rodzaje miniaturowych sensorów obejmują m.in. moduły autofocus do aparatów fotograficznych, mikrogłośniki, zintegrowane dziewięcioosiowe akcelerometry do telefonów i półprzewodnikowe układy do energy harvesting - pozyskiwania energii wolnodostępnej na potrzeby wszelkiego rodzaju urządzeń bezprzewodowych.

Obecnie szybko rośnie popyt na czujniki ciśnienia do nawigacji wewnątrzbudynkowej oraz domowe czujniki wilgotności, jakie mają się stać powszechne w ciągu najbliższych kilku lat. W opinii firmy analitycznej IHS, szybki rozwój czeka także cyfrowe kamery termowizyjne, służące do wykonywania zdjęć przy słabym oświetleniu oraz czujniki składu gazów w zastosowaniach od analizy wydechu po zanieczyszczenie powietrza.

Urządzeniami najbardziej przyczyniającymi się do rozwoju MEMS pozostaną telefony i tablety. Poza akcelerometrami i magnetometrami nowe rodzaje sensorów MEMS są tworzone na bazie koncepcji sensor hub - mikrokontrolera z blokiem IP do przetwarzania sygnałów z różnego rodzaju sensorów analizujących otoczenie, w jakim znajduje się urządzenie, w połączeniu z monitorowaniem aktywności użytkownika. Przykładowo może to być nawigacja wewnątrz budynków, sterowanie urządzeniami za pomocą gestów, kompas 3D czy właśnie czujniki ciśnieniowe.

Sytuacja na rynku zmienia się dynamicznie i cały czas pojawiają się nowe rodzaje MEMS-ów. Rynek obecnie zdominowany jest przez rywalizację Apple’a i Samsunga, które walczą ze sobą na płaszczyznach gotowych urządzeń konsumenckich, ale także regularnie tocząc bitwy w sądach. Coraz częściej zaznacza się konkurencyjna oferta różnych dostawców chińskich. Według danych prezentowanych podczas jesiennego kongresu MEMS w Kalifornii rynek MEMS wzrośnie z 12 mld dol. w 2012 r. do około 22 mld dol. w roku 2018.

Mikroelektronika w samochodzie

W samochodach czujniki MEMS i inne odgrywają obecnie strategicznie ważne role, od sterowania pracą silnika i kontrolą bezpieczeństwa pasażerów po komfort i dynamikę jazdy. Zapotrzebowanie na czujniki zmienia się i stale wzrasta. Dawniej w autach używano głównie czujników analogowych i było ich raczej niewiele, obecnie stosowane są głównie cyfrowe, co generalnie oznacza poprawę wydajności i niezawodności tych urządzeń.

Przykładowo, jeszcze w połowie lat 90. w sterowaniu pracą silnika wykorzystywano średnio 10 sensorów, natomiast od 2012 r. jest ich już ponad 30. Obecnie i w przyszłości za wiodącą technologię czujników uznaje się właśnie MEMS, choć ważne są także czujniki bezprzewodowe, radarowe i inne.

Samochodowy rynek mikroukładów rośnie z wielu powodów, należą do nich sama dynamika produkcji samochodów na świecie, postęp technologiczny, preferencje klientów oraz regulacje prawne. MEMS-y znajdują zastosowanie m.in. w coraz bardziej popularnych układach wspomagania kierowcy (ADAS), a także samochodach elektrycznych i hybrydowych (HEV).

Nowe układy konsumenckie przeznaczone do samochodów zaprezentował ostatnio lider MEMS-ów motoryzacyjnych, Robert Bosch. Jednym z nich jest inercyjna jednostka pomiarowa (IMU) do zastosowań w samochodzie niezwiązanych z bezpieczeństwem. Przykładowym podzespołem IMU jest układ SM130, w którym w 3×4,5-milimetrowej obudowie 16-bitowy trójosiowy żyroskop jest zintegrowany z 12-bitowym akcelerometrem. Znajdzie on zastosowanie w stabilizacji obrazu wyświetlaczy HUD na szybie przedniej, w systemach do nawigacji oraz telematycznych systemach kontroli ruchu.

Pierwsze doświadczenia Boscha z układami MEMS zaczęły się od precyzyjnych układów motoryzacyjnych, takich jak aktywatory poduszek powietrznych. Innym przykładem jest opracowana kamera na podczerwień o prędkości zapisu 9 klatek na sekundę.

Marcin Tronowicz