为缩短面向商业应用的MEMS惯性传感器的开发周期,我们可以复用为同类汽车产品开发的技术。这种方法提供的附加优势是可以让商业产品保持与汽车产品同样高的质量水平。因此,商用低g加速计已经从汽车领域派生出来,其好处是获得更短的设计周期和更高的产品质量,同时实现更低的成本。
特别地,采用双芯片(传感器和信号调节芯片)方法开发的惯性传感器使人们很容易复用现有技术。例如,为模拟器件或微控制器等其他产品开发的IC技术可以复用到信号调节IC上。双芯片方法的另一优势是能获得更短的产品设计周期,因为传感器与IC设计可以同时进行,从而缩短晶圆加工时间。
汽车与商用惯性传感器市场在某个加速度感应范围内是重叠的,通常是低于8个g的低g领域,不过汽车加速计要求从1个g(用于倾斜等场合)直至250个g或更高(用于碰撞检测等)的感应范围。简而言之,商业应用涉及人体通常经历的更为温和的加速环境,而不是由金属碰撞所导致的冲击波。
此外,商用OEM市场比专业的汽车市场更多样化且更分散。最近,越来越多的消费类产品,包括手机、便携式硬盘驱动器、视频游戏机、汽车导航系统及数码相机等,已经开始使用惯性传感器来检测倾斜、运动、冲击、振动及放置等情况。随着目前许多手机装配依赖惯性传感器的游戏、照相机、GPS、计步器及防窃等功能,消费类应用正成为惯性传感器的一个巨大市场。
在商用市场,低价格是客户选择供应商的首要考虑因素,而且有时他们会尽力砍价直至达到其目标价格为止。所以,降低消费类传感器产品的成本对于产品进入市场是非常关键的。削减成本的传统方法是减少裸片尺寸与测试时间,提高良品率,采用低成本封装,进行大批量生产以及减少开发时间与成本等。
汽车与商用传感器市场的区别还体现在它们如何评价低g应用中性能、可靠性与成本的相对重要性。对安全至关重要的汽车应用要求最高水平的质量和可靠性。对商用市场最重要的因素则是成本、上市时间和低功耗。
为证明可接受的质量与可靠性水平,汽车惯性传感器最少必须通过由汽车工程协会所规定的资格认证。此外,这些部件常常需要经过额外及更严格的客户鉴定测试。
通过分析客户对各个故障部件的报告能进一步加强质量与可靠性流程。汽车市场要求详细检查所有的故障,包括进行彻底的故障分析及定期监视客户故障率等,这可以为零缺陷计划提供现实的保证。百万分之一的故障率仍是考虑的关键。
这整套质量与可靠性保证体系代价不菲。在某些方面,车用级加速计与军用B类产品相当。但不像军用市场,汽车用户仍要求低价格及快速交货时间,并将这些项目列为其要求的一部分,尽管它们的优先级较低。
由于消费类惯性传感器产品不要求具有与车用传感器一样高的性能,故其电路可以简化,这有助于减少裸片尺寸和测试时间并提高良品率。封装不仅要求成本低(例如采用塑料封装),而且还必须小而薄,以便用于手持式设备。此外,大批量生产有助于降低产品的单位成本。
商业市场对低成本及短产品周期具有无止境的追求,这可通过以下几种方法来满足。从汽车平台派生出来的商用器件拥有与原有产品一样的最高质量及可靠性。而原有产品已经摊销了其沉积成本(亦即以前发生的投资及支出成本)。此外,通过复用或削减汽车平台元件、构建模块及封装等,我们还可以缩短商用产品的上市时间,并降低其功耗。
在开发及生产惯性传感器时影响成本的三个最大因素分别为:鉴定、测试及老化(burn-in)。按照商业市场的惯例,老化可从生产流程中去掉。通过明智选择在某些阶段的测试参数可以进一步降低成本。其他阶段的参数可以由设计来保证。
作者:Virgil P. LaBuda
低g惯性传感器产品高级工程师
Akihiro Ueda
新产品开发项目经理
Freescale半导体公司惯性传感器事业部
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