全美高速公路安全管理署(NHTSA)不久前预测，该机构关于从2012年开始全部新款客车都要装备电子稳定控制系统(ESC)的要求，每年将挽救多达1万名乘客的生命。其实在上述规定出现之前，飞思卡尔就已经在积极开发能实现ESC的复合型MEMS传感器。
 
“电子稳定控制系统已经成为欧洲汽车的标准设备，它在欧洲的表现一直非常成功。”飞思卡尔的MEMS汽车传感器业务经理Dave Monk表示。“至于我们的ESC MEMS芯片，我们计划把低g传感器与陀螺仪组合在一起，这样除了加速度以外，我们将获得角动量输出。”
 

Monk分析：飞思卡尔的ESC芯片将利用正在推动MEMS发展的两种趋势：多个感应单元集成在一个封装之中，以及集成更多的智能技术，以把决策功能嵌入在感应点并实现传感器网络通讯。
 

飞思卡尔计划在其汽车MEMS产品以及面向消费应用的智能多传感器MEMS芯片中顺应这些趋势。这些消费应用包括便携媒体播放器、手机、全球定位系统、医疗监视器和E911定位设备。
 

过去与现在

大约从1970年，飞思卡尔的前身(摩托罗拉半导体部门的实验室)就开始进行MEMS开发工作。到20世纪80年代初，摩托罗拉投产了它的第一款MEMS器件，这是一种无补偿模拟压力传感器，基于压阻变换器，可以根据压力变化提供40~60mV的低输出。到1987年，上述传感器的温度补偿版本投产，采用了激光调整电阻。到1992年，集成了双极电子器件的第三种传感器问世，可以提供0~5V的输出。
 

“我们所有早期的MEMS芯片都是利用单晶硅经过体型微加工制成的。”Monk表示。他还介绍说，第一种传感器中的三个产品目前都仍在生产和销售。
 

在198?年左右，摩托罗拉的MEMS生产手段添加了表面微加工，最初是用于生产用来触发安全气囊的加速计芯片。该器件是两轴MEMS传感器，1992年左右投产。三轴版本于1996年投产。
 

该公司接着推出了表面微加工电容压力传感器，用于测量轮胎压力。第一款产品于2003年上市。2005年，飞思卡尔(2004年从摩托罗拉分拆出来)推出了它的第一款表面微加工消费级加速计。
 

随后飞思卡尔开发出了其专有的MEMS工艺，开创了自己的时代。这项工艺采用了硅绝缘体晶圆，以利用DRIE(deep-reactive ion etching)形成高纵横比MEMS加速计单元。
 

“在MEMS产品线上我们采用七种工艺。”Monk表示，“其中三种是体型微加工；三种是表面微加工。第七种使得横向传感器能够通过机械方式实现过阻尼，另外由于电容极板较大，可以提供更高的信噪比。”
 

飞思卡尔表示，其DRIE工艺实现的MEMS机械结构厚度是表面微加工出来的结构的10倍。Monk表示：“DRIE使MEMS结构的厚度可达25微米，而采用表面微加工的MEMS结构只有2微米。”这使得DRIE结构“从机械角度看更加稳定，并把电容提高了一个量级，因为电容是与电容器极板的面积成正比的”。
 

走向智能化

飞思卡尔计划推动MEMS的主要趋势：在汽车及消费应用中，在封装中容纳多个感应单元，并把MEMS裸片与智能控制器集成在一起。
 

“汽车应用中有两个领域很适合具有多个感应单元的MEMS传感器：胎压监控和稳定性控制。”Monk表示，“在压力传感方面，我们计划把多个MEMS感应单元放置在一个封装之中，该封装不仅能读出轮胎的充气程度，而且可以利用一个加速计和集成控制器来确定它所在的轮胎。
 

飞思卡尔计划在一个封装中容纳四个裸片：一个MEMS裸片用于压力传感，另一个MEMS裸片用于三轴加速计，一个ASIC裸片用于控制，还有一个无线发射器裸片。对于消费器件，飞思卡尔计划再增加一个微控制器裸片。
 

“在消费领域，手机等便携无线产品中将使用大量的多单元MEMS芯片。”Monk表示，“我们计划采用不同的MEMS单元，用于相机稳定、自动移行、位置感应、高度测量和电源管理。各种现有的消费产品，如媒体播放器，都可以使用这些器件。高尔夫球棍和棒球球棒等体育用品，及无线医疗监视器等新产品，也能使用复合型MEMS器件。”
 

飞思卡尔在加拿大和日本以及美国生产MEMS器件。后端装配、调整和测试在韩国与马来西亚进行。