技术的感知基础和数据来源,已成为推动经济社会持续健康发展的关键基础与重要引擎。本文梳理了MEMS概念与分类、技术优势、应用领域及市场格局,探讨了MEMS产业链现状和特点,分析了产业高质量发展机遇与趋势,并对我国怎么来实现产业升级提出了建议。
MEMS全称Micro Electromechanical System,即微机电系统,是将微电子与精密机械结合发展的工程技术,尺寸在1微米到100微米量级,核心功能是将物理信号转换为电子设备能够识别的电信号,大多数都用在传感器。这需要MEMS器件具有通道、孔、悬臂、膜、腔等一系列结构以测量环境变量,涵盖机械(移动和旋转)、光学、电子(开关和计算)、热学、生物等功能结构,涉及众多交叉学科。
MEMS传感器发展经历了三个阶段:1990~2000年的汽车电子化浪潮,点燃了MEMS传感器的需求;2000~2010年的消费电子浪潮,推动MEMS传感器呈现多品类、多功能一体化的发展形态趋势;2010年至今的物联网及人工智能浪潮,带动了MEMS传感器单品放量、软硬协同化发展。
MEMS传感器的种类非常之多,根据测量量不同可分为:MEMS物理传感器、MEMS化学传感器、MEMS生物传感器三大类,每一种MEMS传感器又有很多细分类别,如图2所示。常见的MEMS传感器有压力传感器、加速度传感器、微机械陀螺仪、惯性传感器、MEMS硅麦克风等等。MEMS传感器的品种多到以万为单位,且不同MEMS之间参量较多,没有完全标准的工艺。
MEMS继承了集成电路的先进制造工艺,相比传统产品,具有微型化、成本低、效能高、可大批量生产等优势,产能高,良品率高。微米量级的特征尺寸使MEMS传感器能轻松胜任某些传统机械传感器所不能够实现的功能,是微型传感器的主力军,正加速应用于大众生活及工业生产的各个方面。
作为获取信息的关键入口,MEMS传感器已在汽车、消费电子、航空航天、生物医学等领域中得到了广泛的应用。
汽车:在20世纪90年代,MEMS首先在汽车工业开始应用,汽车电子被认为是MEMS传感器第一波应用高潮的推动者。受益于汽车行业安全规定及信息化、智能化浪潮,MEMS传感器在汽车领域得到快速的提升,其应用方向和市场需求包括车辆的防抱死系统、电子车身稳定程序、电控悬挂、电动手刹、斜坡起动辅助、胎压监控、引擎防抖、车辆倾角计量和车内心跳检测等。根据相关调研数据,目前平均每辆汽车包含10-30个MEMS传感器,而在高档汽车中大约会采用30甚至上百个MEMS传感器。
消费电子:随着消费电子的大发展及产品创新不断涌现,该领域已经取代汽车成为MEMS最大的应用市场。MEMS传感器在消费电子科技类产品中可用于运动/坠落检测、导航数据补偿、游戏/人机界面交互、电源管理、GPS增强/盲区消除、速度/距离计数等,应用较多的品类为MEMS麦克风、3D加速器、MEMS射频组件、GPS陀螺仪、小型燃料电池与生化芯片等。多种MEMS传感器的综合应用可增加电子设备的娱乐性及智能性,改善交互性能,极大的提升了用户体验。
图3 MEMS传感器在智能手机领域的应用(图片来自:Yole Development,民生证券)
航空航天:MEMS在航空航天领域主要有状态传感器和环境传感器之分。状态传感器主要是针对飞机姿态、燃料用量、生命活动、各种活动机件的即时位置等进行监测。环境传感器主要是针对温湿度、氧气浓度、流量大小等方面做测量。通过提供有关航天器的工作信息,MEMS传感器起到故障诊断、提供决策依据、保障正常飞行的作用。近期事故频出已全球停飞的波音737MAX飞机,故障根本原因之一是迎角传感器产生读数输出错误,导致了系统不能起到严格的保护作用。小小传感器对航空航天安全的重要性可见一斑。
生物医疗:随着体外诊断、药物研究、病患监测、给药方式和植入式医疗器械等领域发展,医疗设施需要迅速提高性能、减少相关成本、缩小尺寸。MEMS技术使医疗设施可以做到微型化,医疗检测、诊断、手术和治疗过程能更加便捷、精准,甚至无痛。MEMS压力传感器能检验测试包含血压、眼内压、颅内压、子宫内压等在内的人体器官压力水平。MEMS惯性器件最大多数都用在心脏病治疗设备。MEMS图像传感器普遍应用于包括CT扫描、内窥镜在内的医学成像设备中。MEMS技术在传感和执行功能上的优势,使其在医疗健康行业的应用广泛增长。
此外,MEMS技术在国防、工业、能源及环保等领域也有广泛应用,为各行各业提供自动化、智能化的数据接口,赋能智能社会。依据相关市场调查与研究数据,全球MEMS市场结构中消费电子领域占比最高,增长空间最大的是生物医疗领域。
市场调查公司Yole Development公布了2018年全球MEMS 产品销售额TOP30的企业排行榜,如图4所示。多个方面数据显示,2018年总销售额比2017年增加了5%,至103亿美元(约人民币700.4亿元)。TOP30企业的销售额占据了全球MEMS市场规模约90%的份额。
图4 2018年MEMS厂家销售额排名TOP30,单位:百万美元(数据来源:Yole Development,华夏幸福产业研究院整理)
从头部企业看,“双博(博通博世)厮杀”效应显现。两家的营收均超过10亿美元,大幅领先后续厂商,形成寡头现象。TOP1博通从2013年开始飞速增长,并曾经因试图收购高通公司而名噪一时。博通主打射频类MEMS产品,智能手机快速普及导致射频MEMS产品量价齐升,这对博通保持首位起到了决定性作用。排名第二的博世主打运动类MEMS产品,双重布局于汽车和消费电子领域。据调研,几乎所有的新车都要搭载博世的5个MEMS,全球约50%的智能手机都要至少搭载博世的1个MEMS。同时博世有自己的MEMS制造基地,可以优化制造成本。可以预计,今后博通与博世的“斗争”将会愈演愈烈。
从颈部企业看,产品多元,竞争非常激烈。TOP3的意法半导体不仅提供车载、工业、民用等方面的MEMS产品,也为其他公司代工生产MEMS。作为老牌厂商的TOP4德州仪器市场占有率年年在下降,正在积极开拓车载等新市场。TOP5的QROVO也定位在射频MEMS赛道,目前正在积极弥补交付延迟问题。作为同样营收超5亿美元的TOP6惠普公司,正凭借MEMS喷墨头实现增长。此外,TOP30别的企业的产品还覆盖了声学MEMS(楼氏、歌尔股份、瑞声科技),辐射类MEMS(FLIR、ULIS),生物类MEMS(欧姆龙)、图像类MEMS(佳能、索尼),并纷纷在自己的赛道实现跨越和赶超。
中国企业两家上榜,分别是TOP11的歌尔股份(GCERTEK)和TOP23的瑞声科技(AAC)。两家企业主攻声学MEMS产品及系统集成,排名相较2017年没有变化。但受2018年下游市场智能手机销售疲软影响,两家企业2018年业绩不佳。预计未来两年在智能音箱、AR/VR等产品需求的带动下,可以期待两家企业亮眼的表现。
由于MEMS传感器产品品种类型多,应用领域要求差异大,因此各企业都有自已主攻的市场领域和一定的生存空间。总的来看,MEMS传感器市场被国外企业主导。
类似于集成电路行业,MEMS产业链也分为上游设计-中游制造-下游封装测试三大环节,如图5所示,各环节产业分工明确。大部分MEMS行业的主要厂商是以Fabless为主,例如博通、楼氏等。同时,也有IDM厂商垂直参与到整条产业链的所有的环节,可提高品牌整竞争力。
国内MEMS产业链布局完整,但总体而言产业还处于发展的起步阶段,产品在精度和敏感度等性能指标上与国外存在巨大差距,应用场景范围也多局限于传统领域。
设计环节:企业具备一定创造新兴事物的能力,但业务重合度高,产品定位中低端,行业整体营收规模偏小。MEMS设计属于产业链高的附加价值环节,国内企业产品以力学传感器为主,在市场中处于中低端水平。企业销售额普遍偏小,除美新半导体每年有2-3亿元的营收外,苏州敏芯、无锡芯奥微、南京高华等少数企业收入为千万级,其余绝大多数企业是百万级或尚未开始产品销售。
代工环节:技术授权建设产线的产能尚未开出,纯MEMS代工厂仍处于产业导入期。MEMS代工可分为中试线、IC代工和MEMS专业代工三种。中试线多以高校及科研院所为主体,作为产业共性研发技术平台,不以盈利为目的,产能有限。IC代工厂MEMS业务处于起步阶段,能力较为薄弱,国内具备一定规模的设计企业基本选择国外代工厂。MEMS专业代工方面,2015年底国内厂商耐威科技收购瑞典MEMS代工厂Silex Microsystems,从而一举掌握全球领先的MEMS代工技术。此外,罕王微电子、西安励德微系统等一批企业也相继进入专业MEMS代工领域。
封测环节:外购MEMS芯片封测模式较为成熟,以声学MEMS产品为主的企业具备一定国际竞争力。虽然国内MEMS代工落后于国际大厂,但封装测试技术起步较早,已取得不错的成绩,并具备国际竞争力。其中,以MEMS麦克风为基本的产品的歌尔股份和瑞声科技,由于商业模式为购买国外设计厂商的MEMS产品IP,委托代工制造后自己完成产品的封装测试及销售,因而存在一定的溢价空间,现已跻身全球MEMS TOP30的阵营。
从市场规模看,受益于人工智能、5G、物联网等新产业快速地发展带动,预计未来MEMS产业将有较快增长。
各大MEMS企业在2018年增长略低于预期,反映出半导体行业正在进行温和的调整。但随着人工智能、5G、物联网等新兴起的产业火热发展,消费电子、智能汽车等市场需求逐步复苏,新产品、新功能、新领域不断拓展,据Yole预测,MEMS市场将在2018年至2024年期间实现明显地增长:整体市场营收的复合年增长率约为8.3%,出货量的复合年增长率约为11.9%。
各细分产品预计增长情况如图6所示。总的来看,传统产品如惯性MEMS、压力MEMS及喷墨头MEMS增长空间存在限制;振荡器、指纹、热电MEMS等渗透率仍有较大提升空间,未来前景看好。
从技术和产品趋势看,MEMS传感器正在向四化——智能化、集成化、低功耗化、微型化演进。
加入信号处理功能,实现智能化。现代传感器作为电子科技类产品的“感知中枢”,通过加入微控制单元和相应信号处理算法,还可承担自动调零、校准和标定等功能,实现终端设备的智能化。
传感器呈现多项功能高度集成化和组合化。由于设计空间、成本和功耗预算日益紧缩,在同一衬底上集成多种敏感元器件、制成能够检测多个参量的多功能组合MEMS传感器成为重要解决方案。
传感器低功耗化需求日趋增加。随着物联网等应用对传感需求的迅速增加,传感器使用数量飞速增加,能耗也将随之翻倍。降低MEMS功耗,增强续航能力的需求将会伴随传感器发展的始终,且日趋强烈。
微型化不可逆,MEMS向NEMS演进。与MEMS类似,NEMS(纳机电系统)是专注纳米尺度领域的微纳系统技术,只不过尺寸更小。而随着终端设备小型化、种类多样化,MEMS向更小尺寸演进是大势所趋。
作为“More than Moore”的重要方向和突破口,并在人工智能、物联网等热点应用风口催化下,MEMS产业目前正处于巨大的战略机遇期。
从产业链环节看,国内缺乏对MEMS相关关键技术的自主研发和产业化能力。从企业规模看,2018年我国MEMS传感器制造企业大约有200家,大多属于初创类中小型企业。从产品结构看,国内MEMS公司在营业规模、技术水平、产品结构等与国外有明显差距,基本的产品集中在中低端的传统领域。
尽管我国MEMS传感器厂商面临挑战诸多,但从上游设计、中游制造、下游封测等领域国产替代的空间巨大。中国MEMS发展任重道远,中国应以巨大的市场应用为牵引,不断弥合人才缺口,研判和把握未来趋势,锚定自主创新之路,实现规模化崛起和赶超。
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,预计2021年收入将达到250亿元。相关报告:华经产业研究院发布的《2020-2025年中国裸眼3D显示器行业未来市场发展的潜力预测及投资战略研究报告》四、3D显示技术
目前繁琐的程序,通过相应的网络门户定制产品。5G正式投入商业使用一年多来,正逐渐将人们对
十年,传感器的数量将达到万亿级,其价值是不可估量的。随着汽车、消费电子和医疗电子的
热,无论是最上游的IC设计公司、晶圆代工厂、一直到最终端的封装测试厂,就连半导体机器设备商,也一头栽进
奠定了坚实的基础。[此贴子已经被admin于2009-9-2 9:51:55编辑过]
之一:高度集成性带来低成本显示驱动器IC与触控功能加以集成、整合的解决方案将是
方向。由于智能手机向中低端市场延伸,从市场形态看,触控产业也展现出低成本化的特征
之二:Smarter触控产品正在变得更准确、更加可靠,反应速度也更快。触控正在变得无处不在,当消费者一旦习惯了在屏幕上戳戳点点之后,新一代信息设备、智能家电、公共设备、工业
之三:整体解决方案成关键企业用户对触控产品的需求往往是客制化的,因此触控厂商均致力拟制整体解决方案。受产品智能化与低成本化影响,触控市场又表现出第三个
前景做出一定的说明。一、UPS不间断电源技术说明UPS由逆变器、电源保护设备等组件组成,主要使用在于电脑设备、网络系统等需要不间断供电
CRM、Microsoft CRM、Oracle CRM、SAP CRM等。然而在云计算
如何呢? 平台化产品和专业化服务将是主流CRM软件已经不单单是一个软件
如何?开发Multicom无线产品时需要面临哪些挑战?如何突破测试Multicom产品的难题呢?有没有一种解决方案可以既缩短测试时间又节约测试成本呢?
,针对不一样的行业的应用特点,开发出专业化的PLC产品,以此来提升产品的性能和降低产品的成本,提升产品的易用性和专业化水平;2
式TPMS传感器/发射器需要电池提供动力,因此不可避免地带来一些弊端,如电池的寿命有限和电池的存在很难降低发射器的重量等。从长远来看,无源
。企业利用现有的无线基础架构进行语音传输,可以加强移动性,从而带来极高的灵活性,同时大幅节省成本。”
完成高速的外设,所以32位MCU的执行及运算速度会更快,程序记忆体更大,一般适用于高档的产品,例如扫地机器人、高阶智能锁等。 二、MCU
产业的现状和特点,并根据物联网的几大细分市场的规模、增长潜力等维度,筛选出
六大潜力市场和六大潜力产品,并根据不同的产品领域评选出了十大优秀企业,最后给出了产业
,如无人侦察机(飞行器)、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。机器人正在为提高人类的生活品质发挥着重要的作用。
方向。封装中系统在一个封装中集成多个形式各异、相对独立义紧密相连的模块以实现完整强大的功能,具有较短
的商业信息。因为不管现状如何,拥有3.8亿智能手机的用户,这一个市场已经有很好的用户基础,迫使商家寻找各种各样的创新经营思路,这是商用Wi-Fi市场的
,大致有:1.低功耗CMOS化 MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW,而现在的单片机普遍都在100mW左右
请教一下各位老师,各个移动通信公司对4G和5G的频率分配是否还会有变化,
会稳定吗,我是移动号码,为了顾及通信质量,需要仔细考虑手机的频段优势再来选择手机型号。谢谢了!
下,无论是国有企业,还是民用企业,对高端的零部件的需求不断增大,导电滑环作为精密仪器其
嵌入式开发工具面临的挑战是什么一种新的调试体系结构CoreSight嵌入式开发工具
、发射及播出等方方面面都在某些特定的程度上受到了新技术的影响。本文将通过一系列分析广播电视技术的特点,深入分析新技术对广播电视的影响,指出新技术在广播电视技术中的应用,并分析广播电视技术在
.关键词: 微机电系统; 基础研究; 微加工技术;微型传感器;现状及展望[此贴子已经被作者于2009-3-17 15:33:50编辑过]
我们知道,气候平均状态随时间的变化、能源和环境问题是人类社会一同面对的长期问题。空气污染、臭氧层空洞、能源匮乏、气候变暖等问题频频出现在新闻头条。其中,交通运输领域的温室气体排放、能源消耗
规划》将于近期出台,将重点支持智能工业、智能农业、智能物流、智能交通、智能电网、智能环保、智能安防、智能医疗与智能家居九大领域
是智能化、微型化、集成化、多功能化以及新材料和新工艺制成的新型传感器。
市场上的元器件服务商,本着线上线下更好的服务客户为宗旨,以线上使用者真实的体验作为公司业务的核心驱动水准。
如何?物联网用途广泛,遍及智能交通、环境保护、***工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监视测定、路灯照明管控、景观照明管控、楼宇照明管控、广场照明管控、老人护理、个人
最近两年,不了解是否是受疫情的影响,好像任何一个人都在聊物联网,聊无接触,聊各个行业的物联网解决方案,聊物联网硬件,它的
60~90kW的直流桩即将被市场淘汰。在伴随着一个最新的新能源客车补贴方案的推出,我们大家可以预见到
和展望随着盾构施工的需要和科学技术的慢慢的提升,超大直径盾构机的研发正在向自动化、智能化和多模式等方向
。自动化——超大直径盾构的上述工作任务量较大、施工作业的安全风险较高目前,相关
的小型化速度也一日千里。另一方面,车载电子设备、产品也需要轻薄型元件,因此轻薄短小的竞争也因此逐渐成向白热化。
特点分析磁传感器也称电流传感器,可以在家用电器、智能电网、电动车、风力发电等等,在我们生活中都用到很多磁传感器,比如说电脑硬盘、指南针,家用电器等等。磁传感器全球每年产值大概在
)运动IC在走向更高的集成度、更小的芯片尺寸、更低的成本以及更高的性能和可靠性。这些
会持续下去。Yole预测固态传感器和执行器市场将实现强劲增长,到2023年达到千亿美元级,出货量达1850亿颗。光学
是实现高度复杂的集成。任何类型的微传感器和任何类型的微执行器都可以与微电子学以及光子学、纳米技术等融合在一个单一的基底上。 将微传感器、微执行器和微电子及其他技术,可以集成到一个单一的微芯片上,预计
产品将演变为低、中、高三类而不再局限于中高端。 除此之外,文中还认为:
产品将演变为低、中、高三类而不再局限于中高端。 除此之外,文中还认为: