MEMS传感器是神马?
2022-05-07
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我们先把MEMS感应器做一个简单的介绍:

MEMS的全称是小型电子零件机械控制系统(Micro-ElectroMechanicalSystem),微机电控制系统是指可批量制作的,将小型机构、小型感应器小型执行器信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的小型元件控制系统。你可以把它理解为利用现代积体电路工艺和材料,用微米核心技术晶片仿制小型机械,并将其与对应电路内置为一个整体的核心技术。所以它是以积体电路仿制核心技术为基础经济发展起来的一种先进的仿制核心技术平台。

优点:相对于现代的机械,它们的尺寸更小,最小的不少于一个厘米,甚至仅仅为几个微米,其厚度就更加微小。采用以硅为主的材料,电气操控性优良,硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当,密度与铝类似,热传导率吻合钼和钨。采用与器件(IC)类似的生成核心技术,可大量利用IC生产中的成熟核心技术、工艺,进行大批量、低成本生产,使性价比相对于现代机械仿制核心技术大幅度提高。

现代的驻极体话筒


MEMS话筒

如果前面的文字理解不了,从这上面这个现代麦克和MEMS话筒的图片可以看出来了,之前的七八种机械配件就全部内置在了一块很小的MEMS感应器晶片了了。所以这个体积是小,重量也轻。由于是晶片仿制,一致性好、功耗低,更易于批量生产。核心技术指示那就高了。

MEMS感应器的出现极大的满足了大家对商品小体积、高操控性指示

MEMS感应器的分类:

MEMS感应器的种类繁多,分类方法也很多。下面是按照工作原理分类如下:


其中每一种MEMS感应器又有很多种细分方法。如会量,按检测质量的体育运动方式划分,有角振动式和线振动式会量等,种类繁多,常见的MEMS感应器阻力感应器快速感应器、微机械传感器惯性力感应器、MEMS硅话筒等等; MEMS感应器的品种多到可以以万为单位,且不同MEMS之间参量较多,没有完全标准的工艺。这种行业特性让MEMS感应器仿制民营企业前期的研制投入过大,单品种的销量很难放大。以惯性力感应器为例,其消费需求市场盈亏平衡体量为月产1000万只,即民营企业须至少每月生产1000万只惯性力感应器才能保持不亏本状态,根据调查,国内绝大多数民营企业都远低于这一体量。国内最小的纯MEMS感应器子公司美新至今是亏损的。所以只有民营企业做的越大它的投资回报率能力才越强。

MEMS感应器应用专业领域

MEMS感应器作为获取信息的关键元件,对各式各样传感装置的小型化起着巨大的推动作用,已在太空卫星、运载火箭、航空航天电子设备、飞机、各式各样工程车、生特医学及消费需求电子零件商品专业领域中得到了广为应用专业领域。MEMS感应器典型应用专业领域如下图。


智能机上,MEMS感应器提供在声音操控性、场景切换、手势识别、方向定位、温度/阻力/湿度感应器广为应用专业领域;在电动车上,MEMS感应器借助气囊碰撞感应器轮胎气压监测控制系统(TPMS)和工程车稳定性控制增强工程车操控性。;医疗保健专业领域,通过MEMS感应器研成功制出小型胰岛素注射泵,并使心脏搭桥移植和人工细胞组织沦为现实中可实际采用的治疗方式;在可佩戴应用专业领域中,MEMS感应器可实现体育运动追踪、心跳速率测量等。

MEMS感应器典型应用专业领域举例:


随着电子零件核心技术经济发展,MEMS的应用专业领域专业领域越来越广为,由最早的工业、军用航空应用专业领域走向普通的消费需求消费需求市场。 军用与航空属于所谓的高商业价值MEMS应用专业领域专业领域这两个专业领域的用量太小了,一年也就四千万美元左右,快速增长空间也是有限的。医疗保健电子零件上的MEMS元件商业价值也不错,它的感应器的平均销售价格远高于其它可比的MEMS专业领域整体来看,一年高商业价值MEMS产业经济发展的营业收入将达至3万美元左右。应用专业领域广为的当属于电动车电子零件产业经济发展消费需求电子零件应用专业领域消费需求市场,这两大专业领域占了MEMS感应器消费需求市场的60%以上。我们下面预测一下这两个主要就应用专业领域专业领域

电动车电子零件MEMS感应器


电动车电子零件产业经济发展被认为是MEMS感应器的第一波应用专业领域高潮的推动者,MEMS感应器电动车应用专业领域的快速经济发展主要就是受益于各国政府全面面世电动车安全规定(比如指示所有电动车采用TPMS控制系统)和电动车智慧化的经济发展趋势。亚洲平均每辆电动车包含10個感应器,在高档电动车中,大约采用25至40只MEMS感应器,车越好,所用的MEMS就越多,BMW740i电动车上就有70多只MEMS。MEMS感应器可满足电动车环境苛刻、可靠性高、精度准确、成本低的指示。其应用专业领域方向和消费需求市场需求包括工程车的防抱死控制系统(ABS)、电子零件车身稳定程序(ESP)、电控悬挂(ECS)、电动手刹(EPB)、斜坡起动辅助(HAS)、轮胎气压监控(EPMS)、引擎防抖、工程车倾角计量和车内心跳检测等等。

目前,阻力感应器快速计、传感器与流量感应器四类元件合计占电动车MEMS控制系统的99%。其五年快速增长率均在3-12%。MEMS阻力感应器电动车应用专业领域最多的感应器电动车用MEMS阻力感应器的价格大概在5~7美元。在电动车专业领域,MEMS阻力感应器营业收入2013年预计今年达至12.6万美元,占当年整体产业经济发展营业收入的74%。至少18个电动车应用专业领域专业领域将促进阻力感应器快速增长,包括:轮胎阻力电子零件稳定控制控制系统中的刹车感应器,侧面气囊,与日益严格的排放标准相关的引擎控制,大气阻力与废气再循环阻力

营业额计算,最小的五种电动车MEMS应用专业领域按降序位列是:ESC,安全气囊,进气歧管绝对阻力(MAP),TPMS与翻滚探测。

亚洲电动车MEMS营业收入预估 (以100万美元计)


整体來看,2010-2015年我国仍将是亚洲第三大电动车MEMS感应器用戶,领先于日本列入其它地區的众多国家。北美將继续位居第一,欧洲位列第二。预计今年2015年整体汽車MEMS营业额达至30万美元,比2012年的24万美元增長25%。我国电动车MEMS感应器远远快于亚洲的平均快速增长速度。15年中國汽車MEMS营业额快速增长到3.879万美元,而2010年是1.943万美元

电动车电子零件用MEMS感应器供应商预测


2012年10大电动车MEMS感应器仿制的营业收入 (以百万美元计)

如表1所示,Bosch2012年电动车MEMS营业收入高达6.25万美元,遥遥领先于第二名日本Denso的2.96万美元。前10名供应商的合计营业收入为21万美元,去年整体电动车MEMS产业经济发展营业收入为23万美元,10大供应商合计份额吻合94%。所以电动车用MEMS的产业经济发展渗透率高的。没有一家源自我国商家

Bosch电动车上MEMS感应器的成功不仅是他的核心技术水平高,商品线宽,不仅是最小阻力传感仿制,也是低压专业领域MEMS的头号仿制,尤其是在电子零件稳定控制(ESC)控制系统专业领域,该子公司快速计、传感器阻力感应器主要就仿制。为了顺应趋势,把快速计与传感器PCB在一起(女团感应器)以降低ESC控制系统生产商整体成本.

消费需求电子零件MEMS感应器

随着消费需求电子零件专业领域经济发展商品创新不断涌现,特别是受益于智能机智能智能手机电板的快速经济发展消费需求电子零件已经取代电动车专业领域沦为MEMS最小应用专业领域消费需求市场

Yole Developpement研究报告预估,2013至2018年间,亚洲消费需求电子零件MEMS感应器消费需求市场将以18.5%的年直线型快速增长快速增长,到2018年将达至64万美元

应用专业领域智能手机智能智能手机计算机中的MEMS感应器几乎占了消费需求电子零件MEMS感应器消费需求市场的90%。消费需求市场体量将从2013年的28.5万美元快速增长到2019年的64万美元销售量将从2013年的58亿个快速增长到2019年的189亿个


亚洲智能机智能智能手机计算机用MEMS消费需求市场(数据来源:Yole Developpement2013/07)

MEMS感应器消费需求电子零件专业领域应用专业领域包括体育运动/坠落检测、导航数据补偿、游戏/人机界面、电源管理、GPS增强/盲区消除、速度/距离计数等等,这使其渗透力远远少于现代意义上的积体电路晶片,那些MEMS核心技术都在很大程度上提高了用户体验。在所有的专业领域中,智能手机是MEMS最小应用专业领域专业领域应用专业领域最多的感应器快速计、传感器与MEMS硅话筒,其中会量是该消费需求市场中第一大应用专业领域商品。而近期传感器快速增长迅速,已经沦为会量后的第二大应用专业领域商品。MEMS话筒营业额2014年已经吻合10万美元,IHS表示亚洲MEMS话筒消费需求市场仍将连续5年维持18%的年直线型成长率(CAGR)。还有许多MEMS感应器正处于研制阶段或刚进入消费需求市场的,例如independently、指纹感应器、环境感应器、MEMS智能手机摄像头等。


ST(意法积体电路)是亚洲消费需求电子零件与移动终端消费需求市场无可争议的冠军。该子公司自2009年以来就雄踞榜首,去年强劲快速增长22%,占整体消费需求市场的27%。传感器快速计是其主要就商品前几大商家渗透率相对电动车类MEMS又低了不少,主要就是因为消费需求类MEMS指示相对较高

亚洲MEMS感应器供应商预测

IHS iSuppli公布2012年亚洲前二十大MEMS仿制排行


2013年Bosch的MEMS营业额成长了26%,达至10万美元沦为亚洲MEMS最小仿制,Bosch是知名的车用MEMS仿制,2013年电动车应用专业领域消费需求市场在该子公司整体MEMS销售中占据74%;IHS指出,Bosch的会量不只在我国智能机消费需求市场称霸,也供应苹果(Apple)iPhone 5s与5ciPad Air。此外Bosch 也是三星(Samsung)智能手机智能智能手机计算机采用阻力感应器第一大仿制,该子公司已经开始量产在单PCB结合会量传感器的6轴惯性力感测元件(IMU),供应给Sony、三星与 HTC等客户。

IHS估计2013年亚洲MEMS消费需求市场销售达至89.6万美元。2013年亚洲前二十大MEMS仿制总计销售收入为69.9万美元,占据整体消费需求市场销售收入的78%。这个渗透率还是高的。在这榜上的基本上都是欧美和日系商家。这个榜单上唯一源自我国供应商是AAC位列在第十九位,它的营业额主要就源自于MEMS硅话筒

亚洲MEMS感应器供应商位列前30位,智能手机智能智能手机计算机占各个供应商比例


由于消费需求电子零件MEMS感应器价格指示较高,很多商家并没有进入这个应用专业领域专业领域,这今后留给了我国供应商的机会。位列第29名的是我国歌尔股份电子零件,它的营业额主要就源自于MEMS硅话筒,是亚洲位列第三的MEMS硅话筒源自另外一家我国MEMS感应器商家,美新积体电路子公司并没有上榜,美新积体电路子公司的2012年的营业额是6400万美元,应该是吻合这个榜单。

MEMS感应器消费需求市场经济发展态势

美国著名消费需求市场研究子公司Yole Développement预估,作为智能感知时代的重要硬件基础, 2014年MEMS感应器消费需求市场体量达至130万美元预计今年到2018年,MEMS消费需求市场产值将以12%~13%的直线型快速增长快速增长至225万美元,单位销售量达至23.5亿。

2014年消费需求应用专业领域体量达至59万美元,到2019年预计今年少于100万美元,年直线型快速增长率约11.2%。在今后消费需求应用专业领域依然会是MEMS感应器消费需求市场最小消费需求市场。而成长最快的是医疗保健消费需求市场,将从今年的24.5万美元快速增长至2019年的72万美元左右,年直线型快速增长率近30%!

在今后5到10年内,消费需求类MEMS主要就应用专业领域专业领域仍然是智能机智能智能手机计算机MEMS的应用专业领域专业领域将逐渐扩大,包括正在兴起的可佩戴电子设备、物联网等。虽然可佩戴电子设备现在它的比例还比较小,目前还不到10%,现在苹果、三星、华为都已经纷纷面世许多佩戴商品,有点像当初的智能机面世进的状态,今后肯定会沦为MEMS感应器快速增长最快的消费需求市场还有关于物联网,可能要5到10年以后,智能家居、智能城市有了很好的经济发展,物联网在MEMS感应器应用专业领域方面会有很好的经济发展在这之前很难看到在物联网方面MEMS感应器经济发展

商业价值MEMS感应器消费需求市场2013年的消费需求市场销售收入从2012年的15万美元增至16万美元预计今年2013年仍将持续其快速增长态势,据消费需求市场研究机构IHS报告显示,2013年将快速增长6.3%。其中测试测量、军事和民用航天、医疗保健电子零件和工业应用专业领域四个专业领域将会占2013年高商业价值MEMS消费需求市场销售收入的80%。前十大高商业价值MEMS仿制所占的消费需求市场份额刚刚少于42%。由于高商业价值MEMS感应器消费需求市场的高度分散,21种商品甚至可以用于少于100种不同的应用专业领域,为各式各样内置供应商留下足够的生存空间,在买进那些MEMS积体电路之后,内置供应商将其PCB感应器,其平均售价可以达至数万美元。

备注:Yole Développement的统计数据比HIS的数据上大了30%,他们判断的快速增长趋势是一样的。这不影响我们的预测


今后各式各样MEMS感应器预测

阻力感应器广为应用专业领域电动车和工业消费需求市场,如今消费需求电子零件消费需求市场对其需求量也越来越多,因此阻力感应器将继续保持最小的MEMS消费需求市场体量。Yole Développement预测预估,明年MEMS阻力感应器消费需求市场体量达至20万美元,2018年将突破30万美元智能机采用到很多MEMS元件,如会量传感器、硅话筒、BAW滤波器和双工器,医疗保健保健行业采用的生物感应器、微流量感应器应用专业领域也很广为快速增长也很快。

还有一个特殊的品种女团感应器。随着核心技术的进步,大家对商品操控性指示也在提升,比如室内导航,单纯采用会量的方案就只能准确地描述线性(直线体育运动如果需要旋转体育运动(有转弯变化的体育运动),需要设计者同时用到传感器会量。还有就是本身一个商品会有不同的功能需求,会配置几个MEMS感应器那些商品设计上空间越来越小,女团使MEMS感应器控制系统具有天然优势。女团MEMS感应器能节约成本(如会量传感器在一个PCB内共享ASIC)。随着消费需求电子零件消费需求市场女团式MEMS感应器的需求日益剧增,女团式MEMS感应器消费需求市场经济发展速度将远远高于其他MEMS元件。国际上大子公司InvenSense、ST等都大量的面世女团感应器。Yole Développement预估今后6年,女团MEMS感应器直线型快速增长率将高达43%,到2018年消费需求市场体量将突破20万美元

根据消费需求市场研究机构YoleDéveloppement的报告显示,受到智能机和微流控应用专业领域驱动,新兴MEMS今后6年直线型快速增长率高达53%,2018年将少于20万美元,占整个MEMS消费需求市场体量的10%。YoleDéveloppement定义的新兴MEMS包括:化学和辐射感应器、扫描微镜、硅基微流控、MEMS开关、触摸屏、AOCMEMS、IDMEMS、能量收集器、微显示器、超声波MEMS、操纵杆、小型燃料电池。

2013~2019年各式各样类MEMS感应器消费需求市场预估


我国的MEMS感应器经济发展态势预测

我国作为亚洲最小电子零件商品生产基地,消耗了亚洲四分之一的MEMS元件,吸引了亚洲的目光。就目前来看,我国大部分MEMS及感应器仍依赖进口,在2013年亚洲top 50 MEMS仿制我国供应商仅有三家,AAC、Goertek和美新。位列最高的AAC营业额也没有少于1亿美金。最近六、七年以来,国内对MEMS惯性力感应器研制热度很高,尤其是2005年~2008年,而且大多集中在国内的顶尖研究机构。清华大学、北京大学、中科院、电子零件26所等,还有许多海外归国人员创下了许多MEMS感应器民营企业如美新积体电路、苏州敏芯微电子零件、深迪积体电路(上海)有限子公司等。我国的MEMS产业经济发展生态控制系统也正逐步完善,从研制、开发、设计、代工、封测到应用专业领域产业经济发展链已基本形成,上海、苏州、无锡都形成了研制中心。那些MEMS民营企业虽然销售量低,许多中低端消费需求消域还是有些竟争力了。MEMS话筒仿制AAC, Goertek, Gettop等通过收购英飞凌的MEMS和ASIC晶片然后自己PCB。美新(MEMSIC)的会量independently,深迪(Senodia)的independently传感器,明皜(MiraMEMS)会量independently、6轴电子零件罗盘,矽睿(QST)会量independently

由于MEMS感应器消费需求端的应用专业领域已经由高端消费需求市场逐步扩散到许多中低端智能手机、可佩戴电子设备。这一块的应用专业领域消费需求市场今后也很大。我国MEMS子公司由于与国际大子公司核心技术差距,今后会集中进攻中低端消费需求MEMS专业领域。在那些指示不高的专业领域还是有很强的竟争力。



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