InvenSense为开创下世代消费性电子产品(CE)市场之MEMS运动处理技术的领导商。如今,许多CE产品已开始采用以三轴加速器(3-axis MEMS accelerometers)为主之运动感测产品。这些运动传感器的功能有限,仅能用来感测最基本的动作,如在Apple iPhone用来侦测手机拿法以决定图片的直立或横式,或在Nintendo Wii移动遥控器来控制游戏功能。InvenSense的技术则将市场由单纯的运动感测带入下世代的运动处理新纪元。
运动处理技术(motion processing)提供真实的1:1运动感测,相较于其他方案,运动处理技术提供更高效率及更多功能,并促成发展下世代更完整的游戏方案,如Wii MotionPlus、由手势控制之手机的开发、3D遥控器与其他种种创新的消费性产品应用。
陀螺仪为运动处理技术采用新世代质块震动MEMS角速度的感测组件。在InvenSense开发出高整合性陀螺仪之前,由于传统之陀螺仪成本高、体积大、结构脆弱,在机械架构或价格考虑上,无法适用于CE产品的主流市场。
InvenSense是针对掌上型CE产品市场需求,发展出多轴角速度陀螺仪的先驱。在2006年,InvenSense便推出世界第一个高效能的双轴陀螺仪,于2007年,InvenSense更发展出针对CE应用之业界最小的双轴陀螺仪,为今日之产业设下指标。如图。.
InvenSense所以能持续推出“世界第一”的MEMS产品,归功于独特与专利之Nasiri-Fabrication制程平台。此技术的关键在于能够将MEMS组件与集成电路组件以晶圆层级直接结合,完全密封MEMS组件,并使MEMS与CMOS晶圆有直接的电气互连(electrical interconnections)。
单一晶圆整合制程利用标准CMOS现有铝金属,达成数千个组件的完全密封,同时提供数十万个MEMS感测组件之电极与CMOS电子电路之间的电气互连(如图)。此技术是InvenSense在成本与效能上的竞争优势。其他制程方式需更高的成本且效率较低,因其制程方式包含添加玻璃陶质原料之硅上盖的密封方式(addition of a silicon cap with a glass-frit seal),使用吸气剂(getter)来维持真空穏定度(residual gas getters for vacuum reliability),以陶质封装的密封方式,以及用多芯片方式组合MEMS与 CMOS的包装。Nasiri-Fabrication制程平台以六层光罩的硅体达成高速校正与整合电子电路之MEMS系统阶段测试,此为InvenSense的另一成本优势。
InvenSense另一项领先其他竞争者的关键性技术优势在于专利的反相式(out-of-plane)共振结构。此共振结构为双质量震荡、调节叉式设计(vibrating, dual-mass, tuning fork design)的基石,该设计能够满足消费性市场产品低价位的需求。
震动质量陀螺仪乃基于Coriolis加速效应而形成于两共振结构模式间的能量转换,这个能量转换在旋转参考平面形成与旋转速度成正比。震荡质量陀螺仪通常具有一对震动质量,这一对震动质量会被驱动成相同大小、反方向的震荡。当陀螺仪被旋转时,Coriolis力会产生与旋转速度垂直并成正比的震动力,此震动力可用电容方式感测技术量测取得。
受众多专利保护之Nasiri-Fabrication制程平台,运用创新的MEMS制程技术、硅块(bulk silicon) 制程、低成本、晶圆阶段之包装(wafer-level packaging)与整合技术,达成低价位、单芯片的运动处理方案。
Nasiri-Fabrication制程平台支持广泛的MEMS产品,包括陀螺仪、加速器、旋转感测组件(rotation sensors)、激动器(actuators)、与其他可能的MEMS组件。这个制程特别适合需要激动器的电容式感测MEMS形式或组件。不像许多MEMS惯性传感器制造过程,在与配合芯片之间需要许多连接与焊接,Nasiri-Fabrication制程平台直接焊接MEMS与CMOS,使MEMS与CMOS线路可直接连接。虽然使用市售之晶圆设备,但焊接技术则是唯一,并受专利保护。此焊接使MEMS晶圆的铝金属以低温焊接方式与CMOS晶圆结合,无需增加多一层的铝金属层。Nasiri-Fabrication制程平台将晶圆阶段之整合与包装,在单一制程步骤完成,造成整合小体积、高效能、坚固与低成本的业界新指标。此制程完美的晶圆层级包装与高密封之敏感MEMS结构,带来了耐高温及防潮的功效。
数家主要之MEMS晶圆厂,已可依据Nasiri-Fabrication制程平台,量产相当大的数量,不像其他竞争之陀螺仪技术会受到限制。