2022年MEMS传感器为国产传感器发展打开了新的大门-北京中科飞龙传感技术有限责任公司

2022年MEMS传感器为国产传感器发展打开了新的大门

2022-05-09

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2022年MEMS感应器获得长足经济发展的同时，国产MEMS制造商也面世更多新品，中高端MEMS感应器将有更多国产化替代选择。

过去的两年，红外线太空船和微流控元件消费市场就在新冠肺炎大流行中获得了现象级的大幅快速增长。此外，禽流感带来的居家隔离、远程办公，促进了5G部署、非接触音视频交互和信息中心等应用应用领域经济发展，从而加速了射频滤波器、MEMS振荡器、MEMS话筒等元件的持续快速增长；但是，由于消费市场需求端的急剧萎缩，整体消费类MEMS消费市场小幅下降2.6%，亚洲汽车消费市场猛踩刹车，使得这些消费市场相关的压力感应器、惯性力感应器市场需求下跌。

2019~2025年MEMS消费市场预测（按终端消费市场细分）（来源：Yole）

根据Yole预测，受新冠禽流感等纷繁形势的影响，2020年MEMS消费市场营收年同比预计今年下降5.2%，其中消费(-2.6%)、汽车(-27.5%)和通信(-20.5%)消费市场负快速增长，工业(11.5%)、医疗(10.6%)、国防和航天(4.7%)消费市场继续快速增长。总体而言，2021年起预计今年将从阴霾中走出，到2025年亚洲MEMS消费市场规模将快速增长至177亿美元，2019~2025年期间的直线型年快速增长率为7.4%。

另一方面，新冠肺炎禽流感确实阻碍了MEMS消费市场营收的快速增长，但却并没有影响MEMS核心技术和应用应用领域的中长期变迁趋势。MEMS和感应器仍在向着小型化、网络化、网络化、高效能和智能化变迁，具体来说有以下几个经济发展趋势：

（1）MEMS和感应器呈现多项机能高度网络化和组合化的趋势。由于设计空间、成本和耗电量预算日益紧缩，在同一衬底上内置多种敏感元元件、制成能检验多个参量的多机能组合MEMS感应器沦为重要解决办法。

（2）感应器智能化及边缘计算。软件正沦为MEMS感应器的重要组成部分，随著多种感应器进一步内置，愈来愈多的信息需要处理，软件使得多种信息结合沦为可能。MEMS商品经济发展必将从控制系统应用应用领域的定义开始，开发具有软件结合机能的智能感应器，促进人工智能在感应器应用领域更广阔的应用应用领域。

（3）感应器高效能及自供能市场需求日趋增加。随著物联网等应用应用领域对感测市场需求的快速快速增长，感应器使用数量急剧增加，能耗也将随之翻倍。降低感应器耗电量，使用环境能量收集实现自供能，增强续航能力的市场需求将会伴随感应器经济发展的始终，且日趋强烈。

（4）MEMS向NEMS变迁。随著终端电子设备模组化、种类多样化，促进微电子加工核心技术特别是纳米加工核心技术的快速经济发展，智能感应器向更小体积变迁是大势所趋。与MEMS类似，NEMS（纳机电控制系统）是专注纳米尺度应用领域的碳化硅控制系统核心技术，只不过体积更小。

（5）新敏感材料的兴起。薄膜型压电材料具有更好的工艺技术连续性、更高的可靠性、更高的良率、更小的面积，可用于MEMS执行器、扬声器、触觉和触摸界面等。未来MEMS元件的驱动模式预计今年将从传统的静电梳齿驱动转向压电驱动。

（6）更大的积体电路体积。相比于目前业界普遍应用应用领域的6英寸、8英寸积体电路制造工艺技术，更大的积体电路体积能很大程度上降低成本、提高产量，并且积体电路体积的扩大与晶片特征体积的缩小是相应促进和互相促进的。例如，用12英寸积体电路工艺技术线制造的MEMS商品已经出现。

接下来，让我们管窥红外线、音视频、液体和体育运动（惯性力）等热门感应器应用领域，聚焦这些应用领域的优质民营企业如何进行MEMS和感应器核心技术创新，重塑产业链。

我国红外线太空船制造商重塑亚洲产业新格局

新冠禽流感危中藏机，禽流感使红外线电流表枪、红外线热像仪等无接触快速电流表电子设备沦为防疫刚需，红外线电流表以迅雷不及掩耳之势覆盖了全民生活，更沦为亚洲禽流感防控的决胜核心技术。我国红外线太空船制造商抓住机遇，在保障亚洲地区禽流感防控市场需求的同时远销海外，获得了亚洲客户的广泛认可，代表我国芯参与亚洲抗疫。在此背景下，我国牌电流表商品及红外线太空船制造商的营业收入和利润快速增长显著，销售量远超去年同期，实现了跨越式大经济发展，重塑了亚洲红外线行业新格局。

根据麦姆斯进行咨询观察统计，2020年亚洲红外线热成像太空船销售量消费市场份额情况：美国FLIR以35%的消费市场占有率排名第一，而亚洲地区的海康威视、高德红外线、睿创碳化硅、大立信息技术分别位列第二、第三、第四及第七位，总体已占据亚洲消费市场份额的近45%，下图展示了2020年我国主要就制造商的销售量预测占比。纵观产业格局，我国红外线热成像太空船制造商已经可以与国外制造商分庭抗礼。

2020年我国主要就红外线热成像太空船销售量预测占比

（来源：麦姆斯进行咨询）

而在燃气堆红外线太空船方面，此前主要就依赖于进口商品，典型制造商如德国海曼、日本石塚、日本欧姆龙、日本松下、瑞士泰科、比利时迈来芯和我国台湾众智等。由禽流感带来的巨大消费市场机遇，使得上海微核心技术工研院、烨映电子（已进行上市辅导备案拟科创板IPO）、创芯海微、森霸感测、炜盛信息技术、西人马等众多亚洲地区制造商一度处于卖断货的状态。此外，相关制造商也在积极布局燃气堆模组核心技术，以期拓展智能家居、智慧安防、智慧零售等更加广阔的应用应用领域应用领域。

江苏创芯海微信息技术有限公司是一家专注于红外线太空船研制、生产与服务的创新型信息技术民营企业，商品主要就包括燃气堆红外线太空船晶片、TOPCB及SMDPCB商品、长距离元件、相关模组和模组商品等，主要就应用应用领域于人体电流表、出入口监控、智能空调、微波炉、智能手机、智能家居、可佩戴电子设备等消费市场。创芯海微研制团队的红外线核心技术研制可追溯至2010年以前，是我国较早一批从事MEMS红外线燃气堆核心技术的研制团队之一。

创芯海微WA2智能红外线电流表装饰品

2021年初，创芯海微发布了这款适用于群体红外线便携式电流表的燃气堆电流表装饰品WA2。WA2智能红外线电流表装饰品是这款具有区域成员体温监测管理和行程溯源机能的非接触式红外线电流表型可佩戴智能商品。该商品使用创芯海微自主研制的MEMS燃气堆红外线感应器和红外线电流表模组，可实现高精度、高可靠和高效率的无接触温度测量。将WA2智能红外线电流表装饰品商品与手机蓝牙连接，通过手机微信小程序上传温度信息至云端后台，可以生成体温变化图表。WA2智能红外线电流表装饰品还内置了行程溯源机制，能在发生禽流感时，应有关部门要求提供更多行程轨迹信息，为迅速排查密切接触人员提供更多依据。

此外，2021年创芯海微还将发布50至100厘米的长距离电流表太空船、单点轻量化电流表太空船、8 x 8和32 x 32模组红外线太空船，和红外线光源、湿度感应器、液体感应器等多款新商品。

禽流感显著提高了社会对红外线电子设备的认知度和下游应用应用领域应用领域的潜在机会，后禽流感时代，红外线太空船市场需求预计今年将由突击爆发转为长期持续、稳定快速增长的新阶段。

智能音视频交互日益普及，MEMS话筒再上新台阶

随著5G时代提前到来，人工智能+物联网（AIoT）电子设备的大爆发和创新人工智能音视频应用应用领域的不断涌现，音视频人机交互正沦为广泛智能电子设备的重要入口，快速改变人们的生活。而MEMS话筒作为音视频人机交互入口的核心元件，具备体积小、耗电量低、性能优、连续性高、成本低等优点，被业界誉为智能电子设备的听觉细胞。

据麦姆斯进行咨询统计信息显示，MEMS话筒消费市场规模从2010年的15.9亿元人民币一路快速增长到2019年的86.8亿元人民币，直线型年快速增长率高达20.75%。随著近些年我国MEMS话筒制造商的长足进步，2019年，楼氏电子的消费市场份额下滑至36%，以歌尔股份、瑞声信息技术、敏芯股份、共达电声、芯奥微、华景感测为代表的我国大陆制造商和以钰太信息技术、美律为代表的我国台湾制造商沦为亚洲MEMS话筒的主要就参与者，进入了苹果、华为等主流智能手机品牌制造商供应链，合计消费市场份额占据亚洲消费市场的半壁江山。

近年，得益于苹果AirPods 2音视频唤起机能和AirPods Pro主动静音机能的广受关注，真无线立体声（TWS）音箱已沦为继智能手机、智能音箱之后，为MEMS话筒消费市场注入强劲快速增长动力的第三大功臣。

2019年第一季度至2020年第三季度亚洲TWS音箱消费市场

（来源：Counterpoint）

根据Counterpoint发布的消费市场跟踪信息，尽管面对新冠禽流感带来的经济危机，不断快速增长的移动视频应用应用领域，和智能手机制造商取消音箱插孔（甚至不附赠音箱），仍促进亚洲TWS音箱消费市场在2020年第三季度的季度环比快速增长了24%，预计今年2020年的整体销售量将略高于最初的消费市场预期。

另一方面，禽流感带来的非接触式市场需求促进了门禁控制、电梯控制、信息显示等应用应用领域逐渐向音视频交互转变，愈来愈多的智能音视频电子设备支持永久在线（Always On）的音视频唤起。此外，在家办公、远程办公已成气候，人们愈来愈接受线上会议、视频办公等新常态，这对轻量化话筒模组和音视频捕获演算法提出了新要求。综合来看，2020年新冠禽流感突如其来的短期挑战，并没有对MEMS话筒的消费市场市场需求带来多大影响，预计今年2021年MEMS话筒销售量仍将实现两位数的快速快速增长。

支持Always On音视频唤起的电子设备，一般使用CPU/AP/DSP以10 ms间隔反覆启动并侦测用户的音视频信息，以判断是否有唤起音视频输入。这种CPU/AP/DSP不间断工作方案，使控制系统静态电流很大（>10 mA），缩短了电子商品的电池续航时间。我们的新款MEMS话筒ZT6311内建音视频活动监测（Voice activity Detection，VAD）机能，使用多模式（Multi-mode）模拟前端（AFE），VAD演算法消耗的静态电流极小，可大大提升电子商品的电池续航时间。钰太信息技术有限公司副总经理庄育民在接受麦姆斯进行咨询专访时表示，高品质远场拾音需要轻量化话筒模组，MEMS话筒灵敏度正负误差需要控制在±1 dB以內。另外，主动静音还要求MEMS话筒低频响应好，钰太信息技术可以做到最低10 Hz有响应。

无锡芯奥微感测核心技术有限公司销售副总顾悦在受访麦姆斯进行咨询专访时表示：TWS音箱目前已经被各大智能手机制造商和AIoT民营企业认可为未来两年最可见快速增长的智能终端，依然将是MEMS话筒未来两年的重要快速增长点。除此之外，高度网络化的智能可佩戴电子设备和更多应用应用领域场景下的智能家居，也将有力促进MEMS话筒的市场需求快速增长。芯奥微自2010年起从事MEMS感应器的研制和生产，现已逐步经济发展成我国知名的MEMS话筒专业品牌制造商。

针对当前热门应用应用领域对MEMS话筒提出的新要求，顾悦补充说：主动静音和高品质拾音市场需求，对MEMS话筒的信噪比（SNR）、声学过载点（AOP）、更低的低频截止频率和相位连续性提出了更高的要求。为此，芯奥微将在2021年面世系列高SNR（70~72 dB）、高AOP的智能数字话筒，和这款超高效能的模拟话筒（<30 uA）。

TDK在2020年中面世了这款亚洲超高效能的脉冲密度调制（PDM）话筒InvenSense T3902，这款话筒在3.5mm x 2.65mm x 0.98mm的PCB中提供更多了效率极高的185 µA超高效能模式（Always On）、64.5 dB的高信噪比和120 dB的高声学过载点，支持远场通信（视频和电话会议），可在嘈杂的环境中实现清晰的音视频捕捉。T3902是目前消费市场上耗电量最低的PDM话筒，旨在满足轻量化、超高效能音视频消费市场不断快速增长的市场需求。TDK InvenSense音视频商品董事总经理Kieran Harney评价称，TDK在可佩戴电子设备和物联网应用领域具备强大的实力，全系列MEMS话筒使我们沦为解决客户音视频挑战的理想合作伙伴。

MEMS液体感应器，为新兴的健康和环境应用应用领域打开了大门

随著智能化、信息核心技术的经济发展，工业转型升级、水文、空气品质改善、智能家居、医疗器械开发等各个应用领域对液体感应器的市场需求持续升级，新兴的细分应用应用领域不断涌现。

目前消费市场上的液体感应器，以积体电路、高分子、催化燃烧、光学等核心技术为主。其中，光学原理（红外线、光散射等）的液体感应器出现及应运较晚，核心技术难度较大、成本较高，目前所占消费市场份额较小。根据Yole统计，2017年亚洲液体感应器消费市场中高分子、红外线、积体电路核心技术共同占据了95%以上的消费市场份额，其中，高分子、积体电路、红外线核心技术的液体感应器占比分别达44.2%、38.3%和15.1%，催化燃烧、光电离子探测、超声波液体感测核心技术的消费市场份额占比较低，分别为1.5%、0.5%和0.4%。

亚洲液体感应器领先民营企业主要就集中在美国、日本和欧洲地区，主要就包括：城市核心技术、费加罗、安费诺、博世、盛思锐、艾迈斯积体电路等。亚洲地区民营企业在核心技术水平上整体仍处于追赶阶段，研究和产业化相对成熟的应用领域主要就是积体电路和催化燃烧液体感应器，这两类在亚洲地区消费市场占有率较高，并具有较强的国际竞争力，在高分子和红外线液体感应器应用领域起步晚，缺乏控制系统深入的研究，相较国际制造商影响力较弱。亚洲地区液体感应器代表民营企业主要就有：汉威信息技术（旗下炜盛电子）、四方光电、攀藤信息技术、慧闻信息技术、睿感（ScioSense）、戴维莱感测、重庆碳化硅、合肥碳化硅等。

未来，各种液体检验原理都会被用于环境中多种污染物的检验和评估。MEMS和丝网印刷核心技术为液体感应器的模组化打开了大门，使这些小型化液体感应器能内置进入智能手机和可佩戴电子设备等消费电子商品。与此同时，液体感应器也将在物联网经济发展中扮演关键角色，采暖、通风和空调（HVAC）控制系统、空气净化器、智能窗户、汽车、医疗器械、大气水文、石油化工产业及其他应用应用领域都将使用液体感应器来改善人们的生活品质。根据Yole预测，亚洲液体感应器消费市场规模到2022年将快速增长至10亿美元，2018年~2023年期间的直线型年快速增长率为7.3%。

TDK面世的亚洲第一款直接MEMS液体感应器TCE-11101

TDK面世这款可以直接准确检验家居、汽车、物联网、医疗保健和其他应用应用领域中CO2浓度的模组化超高效能MEMS感应器TCE-11101。TCE-11101内部内置ASIC提供更多自动校准、信息上报，和I2C接口用于信息输出和元件配置。这使它可以非常容易地内置到几乎任何应用应用领域中，它的高效能优势，也使它可以在电池供电的电子设备中使用。

TDK InvenSense新兴业务部门高级总监Sreeni Rao博士评价称：TCE-11101结合了TDK独一无二的新材料核心技术、MEMS工艺技术、人工智能演算法，提供更多了一个体积远远小于传统感应器（5mm x 5mm x 1mm）、耗电量小于1mW并能精确测量CO2液体浓度的解决办法，提供更多了非常宽的检验范围（400 ppm到50000 ppm）。TCE-11101大大扩展了在各种新应用应用领域和现有应用应用领域中的CO2检验用例。

重庆碳化硅感测核心技术有限公司是一家专注于MEMS液体感测解决办法，集研制、生产、销售为一体的高新核心技术民营企业。重庆碳化硅营销总监李佳枫在接受麦姆斯进行咨询专访时表示：MEMS液体感应器模组化、网络化、智能化、低成本的优势，更适合智能家居、水文、可佩戴/手机、安防、农业、医疗健康、汽车电子市场需求，实现有害液体预警侦测及节能减排。重庆碳化硅MEMS液体感应器在连续性、重复性、长期稳定性达到国际先进的同时，持续投入模组化、智能化开发，2021年将量产业界更小体积PCB（2.5mm x 2.5mm x 1mm）的MEMS液体感应器。

重庆碳化硅面世的MEMS VOC液体感应器

体育运动感应器高度网络化和组合化，人工智能提高商品附加值

体育运动感应器是一类将物体体育运动参数转换成电子信号的元件，以会量、传感器、高度计、independently为代表的MEMS体育运动感应器已经无处不在。在MEMS和感应器呈现多项机能高度网络化和组合化趋势下，体育运动感应器也不例外。如今，分立式体育运动感应器，尤其是消费类单轴、3轴会量和independently，消费市场已经趋于饱和、价格不断侵蚀，而6轴、7轴、9轴甚至以上（3轴会量+3轴传感器+3轴independently+气压/温湿度感应器）复合式体育运动感应器消费市场逐渐兴起。

复合式感应器拥有一些分立式感应器无法比拟的优势，例如：使用同一颗ASIC处理信号，并将多个感应器晶片PCB在一起，可降低成本；如果两种感应器晶片工艺技术相同或相近，可以做成单晶片，极大减小感应器体积；将滤波、信息结合和人工智能等演算法内置，提高商品附加值。

根据Yole预测，2019~2025年期间，分立式会量、传感器、independently的直线型年快速增长率分别为1%、-0.2%和1%，快速增长几乎停滞甚至陷入负快速增长，而复合式体育运动感应器的直线型年快速增长率可达4.1%，消费市场规模到2025年预计今年将快速增长至11.8亿美元。

据麦姆斯进行咨询此前报道，2020年12月，博世子公司Bosch Sensortec发布了亚洲第一款自自学人工智能感应器：BHI260AP。这是这款革命性的自自学体育运动感应器，亚洲第一款用于可佩戴和耳佩戴电子设备的自自学人工智能感应器，其独特的自自学和个性化机能，使用户能通过定制化健身活动轻松训练电子设备。一体化解决办法不仅降低了开发时间、成本和复杂性，最重要的是，还通过自动追踪降低了耗电量。

亚洲第一款自自学人工智能感应器：BHI260AP

这款感应器使可佩戴和耳佩戴电子设备制造商能通过感应器中的自自学人工智能软件，提供更多高度个性化的健身追踪。它能识别和适应各种动作，并自学任何基于重复、循环动作的新健身活动。因此，用户既是培训人员，也是学员。

自自学人工智能感应器将改变用户与健身电子设备的互动方式，从单纯的单向方式转变为互动的训练方式。Bosch Sensortec首席执行官Stefan Finkbeiner博士说，这种新型感应器结合了Bosch Sensortec在智能体育运动感应器方面的长期经验，和我们在创新软件开发应用领域的强大能力。

美新积体电路商品、消费市场及销售副总裁卢牮在接受麦姆斯进行咨询专访时表示：多年以来，高灵敏度、高精度、低漂移等硬件指标一直是感应器行业必备要素，被整个行业孜孜以求；随著物联网愈来愈普及，我们看到多感应器结合愈来愈沦为重要方向，并且随著电子设备的造型愈来愈轻巧，在极低能耗下的Always On愈来愈沦为商品设计的挑战。美新积体电路曾经在各个时期面世过多款引领行业的超高效能超小体积的商品，我们将继续坚持这些特色。

对于2021年体育运动感应器新商品计划，卢牮介绍称：美新积体电路在2021年第2季度面世MC3500系列会量，在秉承美新积体电路一贯的超高效能超小体积的特色优势下，结合强大的演算法机能，无论其机能还是耗电量都将超越国际领先的竞争对手，其嗅探模式下小于0.4 μA的耗电量，更将Always On发挥到极致。此外，凭借极具挑战的0.7 mm的超薄厚度，能确保可佩戴电子设备的造型轻巧美观。

2020年，美新积体电路的AMR地磁商品线成长很快，已经是亚洲主要就的制造商之一，2021年第3季度面世下一代商品，对控制系统耗电量、机能接口进行升级。未来我们还将突破6轴惯性力感应器，不断加强演算法能力和子控制系统应用领域的投入。在产业形态上，美新将坚持IDM策略，进一步做强封测和先进组装能力，进一步依托无锡和绍兴工厂把磁感应器和加速度商品线做大做强。

苏州明皜感测信息技术有限公司消费市场总监陆晓青在接受麦姆斯进行咨询专访时表示：MEMS感应器终将朝着小型化、高内置度的方向经济发展。国际一线制造商已经能实现控制系统级9轴惯性力感应器PCB，并且在逐步向9+轴方向变迁，如9轴惯性力感应器与液体、气压、温湿度感应器内置商品，相比之下，亚洲地区制造商目前最多为6轴商品，且PCB体积较国际商品还存在不小差距。面对未来室内外导航、自动驾驶和个人佩戴电子设备等对惯性力感应器的高精度、小体积、高效能、多机能的市场需求，明皜感测即将面世这款主打超高效能的3轴会量，并正在布局这款6轴惯性力感应器。

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在感应器核心技术经济发展

不断的增速的当下，时代机遇与风口兼备，在此感谢文中提到的TDK、汉威信息技术、慧闻信息技术、四方光电、睿感、重庆碳化硅、合肥碳化硅感知、苏州明皓等民营企业将携带新品参加我国感应器与物联网产业联盟举办

的【深圳国际感应器与应用应用领域核心技术展览会（Sensor Shenzhen)】。顺应时代潮流，肩负时代使命，相信该展会将是今年不可错过的一场行业盛宴~~

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