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未来，手机中的传感器将何去何从？
eaoogle_wsn 发表于 2015/10/26 21:35:34 690 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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Yole认为目前正逐步走向多传感器（现有的和新兴的传感器）集成，形成三大类组合传感器。实际上，这三类集成传感器已有雏形：密闭封装（Closed Package）组合传感器、开放腔体（Open Cavity）组合传感器、光学窗口（Open-eyed）组合传感器。
十多年前，手机中的传感器用量开始增长。除了麦克风，首先是图像传感器进入手机，随后是惯性传感器、光学传感器、压力传感器和气体传感器，现在传感器越来越多，如某些手机集成四个MEMS麦克风，还有的手机集成六轴惯性测量单位（IMU）和加速度计。新的传感器也出现了，如3D景深传感器、红外传感器等。
集成多种类型的传感器具有高度挑战性，包括封装尺寸、功耗、成本、处理能力等方面。因此，Yole认为目前正逐步走向多传感器（现有的和新兴的传感器）集成，形成三大类组合传感器。实际上，这三类集成传感器已有雏形：密闭封装（Closed Package）组合传感器、开放腔体（Open Cavity）组合传感器、光学窗口（Open-eyed）组合传感器。
惯性传感器、环境传感器和光学传感器的封装方式
密闭封装组合传感器是简单且发展较为成熟的，主要是惯性传感器，如多轴加速度计、陀螺仪和磁力计。该类传感器主要感测运动，必须密闭，以避免外界环境对传感器的干扰，如湿度、颗粒物等。未来，也可能集成其它传感器。但我们认为，大多数应用将使用六轴或九轴惯性传感器，可能外加一颗加速度计，以提供电源管理，保证低功耗的永远在线（always-on）功能。21世纪初，美新（MEMSIC）和意法半导体（ST）最先将加速度计推到手机中，使得惯性组合传感器成为最成熟、最常用的集成器件。对于加速度计和陀螺仪，集成是在硅片上实现的，并通过系统级封装（SiP）将专用集成电路（ASIC）和磁力计集成在一起。目前发展趋势是：硅片上实现更多集成；系统级封装实现不太适合在硅片上集成（原因是成本高）的芯片。
开放腔体组合传感器需要与外界联通以感知环境信息。例如，压力传感器可以和湿度传感器、气体传感器集成。但是，如果将它们与惯性传感器集成，将会有重大挑战。因为两类传感器之间存在潜在的串扰，开放腔体造成环境湿气和颗粒物进入封装，从而引起惯性传感器工作异常。但是可以借鉴MEMS麦克风的解决方案，它既需要开孔，又需要避免外界环境对MEMS可动结构的影响。所以，我们认为MEMS麦克风先将和压力传感器、湿度传感器、气体传感器集成。这将形成一种非常重要的组合传感器，能够理解我们周围的环境状况。这些传感器的集成主要采用系统级封装，因为大部分传感器采用不同的制造工艺，在单片硅晶圆上的集成成本过高。然而，你永远不知道创新将带来什么。新的技术，如Vesper的压电薄膜MEMS麦克风技术，可能被应用到压力传感器，颇具潜在机遇。
第三类是光学窗口组合传感器。摄像头（图像传感器）是手机中最昂贵的传感器模组，也是手机的重要卖点。目前，每年升级的摄像头主要是拍摄照片，但是光学感测功能潜力更大。许多波长正在被“开发利用”，以实现人脸和虹膜识别、3D地图、测距、红外和多光谱成像。当然，未来还需要新的硬件研发。手机中逐渐形成两个光学窗口组合传感器，包括前置和后置的图像传感器，也将集成现有的光学传感器，如接近传感器、环境光传感器和3D景深传感器等。光学窗口组合传感器需要将硅结构最优化，包括为应用定义合适的光电二极管。但是大多数采用系统级封装集成IC、图像感测芯片、光学器件、自动对焦和图像稳定。组合传感器/模组才刚刚兴起，这意味着摄像头从图像采集转移到感测功能正在“路上”。我们相信实际发展将大大快于预期。
其它传感器将发生什么变化？例如指纹传感器。我们认为它们将和手机中的其它部件集成。例如指纹传感器与触摸屏集成，或者被其它传感器取代（图像传感器实现人脸识别或虹膜识别，以替代指纹识别）。否则，如果您仔细研究每种传感器，发现它们都可以在上述三种组合传感器集成方法中找到合适的位置。
这三大类组合传感器的集成将何时发生呢？密闭封装组合传感器已经大行其道。光学窗口组合传感器迫在眉睫，因为摄像头模块正在发生重大变化，预计将需要2~3年时间。多种开放腔体的环境传感器集成情况尚不明确，需要更多的市场分析。
近期值得注意的是密闭封装组合传感器。由于惯性传感器的价值已经严重下滑，从分立传感器转向组合传感器，但是三轴分立传感器，甚至六轴组合传感器的价格已经非常低了。现在，传感器的价值来源于“功能”，包括实现该功能的软件。大多数MEMS厂商还没意识到这一点。MEMS厂商需要清楚他们卖什么：仅仅是传感器，还是功能？保持长期盈利能力是比较困难的。
