يشير نظام MEMS (أنظمة الإلكترونيات الميكانيكية الدقيقة) إلى الأجهزة أو الأنظمة الدقيقة أو النانوية التي يمكن إنتاجها على دفعات وتضمين أجهزة الاستشعار الدقيقة، والمحركات، والهياكل الميكانيكية، ومصادر الطاقة، ومعالجة الإشارات، ودوائر التحكم، والأجهزة الإلكترونية المتكاملة عالية الأداء، والواجهات، والاتصالات.

تُعدّ مستشعرات الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) مجالاً بحثياً متطوراً ومتعدد التخصصات، تم تطويره استناداً إلى تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة. وهي مستشعرات جديدة تُصنّع باستخدام تقنيات الإلكترونيات الدقيقة والتصنيع الدقيق.

بالمقارنة مع أجهزة الاستشعار التقليدية، يتميز هذا الجهاز بصغر حجمه وخفة وزنه وانخفاض تكلفته وانخفاض استهلاكه للطاقة وموثوقيته العالية، كما أنه مناسب للإنتاج الضخم وسهولة دمجه وذكائه.

At the same time, the feature size on the order of microns allows it to complete certain functions that cannot be achieved by traditional mechanical sensors.

MEMS technology is one of the revolutionary high technologies in the 21st century.

كان اختراع الترانزستور من قبل مختبرات بيل في الولايات المتحدة عام 1947 هو أصل تطور الصناعة بأكملها؛ وفي عام 1987، اخترعت جامعة كاليفورنيا، بيركلي، المحرك الصغير، والذي يعتبر بداية تكنولوجيا MEMS؛ وفي عام 1993، تم استخدام منتجات مقياس التسارع الصغير من ADI بكميات كبيرة في الوسائد الهوائية المضادة للتصادم في السيارات، ودخلت MEMS رسميًا مرحلة التصنيع.

منذ عام 2016، شهدت تكنولوجيا وصناعات الاستشعار المحلية تطوراً سريعاً. وفي الوقت نفسه، وبفضل تقنيات إنترنت الأشياء، وشبكات الجيل الخامس، والذكاء الاصطناعي، وغيرها من التقنيات المحلية، استمر تطوير أجهزة الاستشعار باتجاه الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة، والذكاء الاصطناعي، والشبكات، والأنظمة المتكاملة.

سلسلة صناعة الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة: تتضمن أربع حلقات رئيسية

The MEMS industry chain mainly involves four major links: design and R&D, production and manufacturing, packaging and testing, and system application.

يشمل الجزء العلوي من سلسلة صناعة MEMS البحث والتطوير وتوريد تصميم أجهزة MEMS والمواد ومعدات الإنتاج، ويشمل الجزء الأوسط التصنيع والمعالجة والتعبئة والتغليف واختبار أجهزة MEMS، ويستخدم الجزء السفلي منتجات MEMS لدمج المنتجات الإلكترونية الطرفية.

According to statistics, MEMS & sensor foundry production capacity will increase from 3.9 million pieces/month in 2019 to 4.7 million pieces/month in 2023.

المشهد التنافسي لصناعة أجهزة استشعار الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة

تُعد شركتا بوش وبرودكوم جروب الشركتين الرائدتين الرئيسيتين في سوق أجهزة استشعار MEMS العالمية، حيث تستحوذ كل منهما على حوالي 12٪ من حصة السوق.

تُعد الصين أكبر قاعدة إنتاج للمنتجات الإلكترونية وأكبر مستهلك لها. في عام 2019، استحوذت الصين على أكثر من نصف سوق أجهزة MEMS العالمية.

However, the domestic market is still dominated by foreign manufacturers, and only 6% of the top 10 manufacturers in the domestic market belong to domestic manufacturers. Among them, Broadcom, Bosch, and STMicroelectronics rank among the top three with market shares of 11%, 8%, and 4% respectively.

حصة هيكل صناعة أجهزة استشعار الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة

Judging from the proportion of the global MEMS industry structure in 2019, consumer electronics is the main application field, accounting for nearly 60%, and automotive electronics is the second largest application field, accounting for about 19%.

بالنظر إلى هيكل سوق MEMS في الصين في عام 2019، فقد شكلت الشبكات والاتصالات وأجهزة الكمبيوتر والإلكترونيات الاستهلاكية 50٪، بينما شكل قطاع السيارات 29٪.

بفضل النمو المطرد في إنتاج المنتجات الإلكترونية الاستهلاكية مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية في الصين، يتزايد الطلب على منتجات MEMS مثل مقاييس التسارع والجيروسكوبات والميكروفونات الدقيقة، مما يجعل الصين المنطقة الأسرع نموًا في سوق MEMS العالمي.

الالكترونيات الاستهلاكية

تُعدّ الإلكترونيات الاستهلاكية حاليًا أكبر سوق لتطبيقات صناعة الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) على مستوى العالم، وتتزايد حصتها السوقية في هذه الصناعة. وتُستخدم منتجات MEMS، بما في ذلك أنظمة MEMS للترددات الراديوية، والميكروفونات الدقيقة، ومستشعرات الضغط، ومقاييس التسارع، والجيروسكوبات، وغيرها، على نطاق واسع في منتجات الإلكترونيات الاستهلاكية، مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية.

توفر مستشعرات MEMS في الهواتف الذكية مجموعة واسعة من التطبيقات في أداء الصوت، وتبديل المشاهد، والتعرف على الإيماءات، وتحديد الاتجاه، ومستشعرات درجة الحرارة/الضغط/الرطوبة.

In 2019, the global MEMS market size in the consumer electronics field was approximately US$7.163 billion, with a compound annual growth rate of 8.4% from 2019 to 2024.

الكترونيات السيارات

The automotive electronics industry is considered to be the driver of the first wave of applications of MEMS sensors, which enhance vehicle performance with air bag collision sensors, tire pressure monitoring systems and vehicle stability control.

يُعدّ إدراك المعلومات البيئية أساس أنظمة مساعدة القيادة. تتطلب القيادة الذاتية من المستوى الأول/الثاني وحدة كاميرا واحدة فقط، و1-3 رادارات فوق صوتية وأجهزة ليدار، و0-1 مستشعر دمج. أما المركبات ذاتية القيادة من المستوى الرابع/الخامس، فستستخدم 7-13 رادارًا فوق صوتيًا وجهاز ليدار، و6-8 وحدات كاميرا، ووحدات V2X، وحلول دمج متعددة المستشعرات. وتتجاوز قيمة أشباه الموصلات الجديدة 1,000 دولار أمريكي.

الصحة الطبية

تُستخدم مستشعرات MEMS على نطاق واسع في المنتجات الإلكترونية البيولوجية والطبية، مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب، والأدوات الجراحية الدقيقة، والآلات الطبية، والأطراف الاصطناعية الذكية، وأجهزة قياس نسبة الجلوكوز في الدم، وأجهزة قياس ضغط الدم الرقمية، وأجهزة تحليل غازات الدم، وأجهزة قياس النبض الرقمية، وأجهزة مراقبة معدل ضربات القلب، ومقاييس الحرارة الرقمية، واختبارات الحمل، وأنظمة توصيل الأدوية عبر الجلد، وأنظمة غسيل الكلى، ومكثفات الأكسجين، وما إلى ذلك.

تستحوذ أجهزة استشعار الضغط، وأنظمة الموائع الدقيقة، ومقاييس التدفق، ومقاييس التسارع على حصة كبيرة من سوق الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة الطبية. وبلغ حجم سوق هذه الأنظمة عالميًا في المجال الطبي 844 مليون دولار أمريكي في عام 2019، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 7.5% خلال الفترة من 2019 إلى 2024.

إنترنت الأشياء

أدى انتشار إنترنت الأشياء إلى توسيع نطاق تطبيقات أنظمة MEMS بشكل كبير. وقد أدى إنترنت الأشياء إلى ظهور العديد من الأسواق الجديدة، مثل مكبرات الصوت الذكية، وأجهزة التلفاز الذكية، والأجهزة القابلة للارتداء، وغيرها. وفي الوقت نفسه، يتطور مستوى الذكاء باستمرار، مما يدفع إلى زيادة استخدام أنظمة MEMS في الأجهزة الفردية.

Proportion of device types in the MEMS sensor industry

في هيكل منتجات MEMS العالمي، تحتل MEMS الترددات الراديوية المرتبة الأولى بحصة تبلغ 19.2٪، ومن بين المنتجات الأخرى، تستحوذ أجهزة استشعار الضغط والميكروفونات ومقاييس التسارع على أكثر من 10٪.

China's market structure is similar to that of the world. Data shows that domestic RF MEMS product revenue accounted for 25.9% in 2019; pressure sensors accounted for 19.2%, ranking second, and microphones, inertial combinations, and accelerometers accounted for 7.1%, 8.9%, and 6.5% respectively.

ميمز ميكروفون

MEMS microphones are one of the fastest growing segments of the MEMS market. The prosperity of the MEMS microphone market mainly benefits from the development of smartphones, smart speakers and TWS headsets.

تُعدّ ميكروفونات MEMS من المكونات القياسية في الهواتف الذكية. بل إن بعض الهواتف الذكية المتطورة تستخدم من 3 إلى 4 ميكروفونات MEMS. ويمكن لمكبرات الصوت الذكية أن تحتوي على ما بين 2 إلى 8 ميكروفونات MEMS، بينما قد تحتوي سماعات الأذن اللاسلكية الحقيقية (TWS) على ما بين 4 إلى 6 ميكروفونات MEMS، مما يُسهم في نمو سوق ميكروفونات MEMS بشكل ملحوظ.

اتجاهات تطور صناعة أجهزة الاستشعار الكهروميكانيكية الدقيقة في الصين

التصغير

في ظل مستقبل تصغير المعدات وانخفاض استهلاك الطاقة، يعد التخفيض المستمر لحجم المنتج وتكلفته أحد أهم اتجاهات التطوير في صناعة أجهزة استشعار MEMS.

تتطلب التطبيقات النهائية لمنتجات مستشعرات الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) متطلبات أعلى لمنتجات أرق وأخف وزنًا. فمن جهة، يُحسّن مصنّعو هذه الأنظمة بنية التغليف ويُصغّرون حجم الجهاز مع ضمان أداء المنتج. ومن جهة أخرى، يُصغّرون أيضًا حجم الشريحة. وعندما يكون حجم الرقاقة الواحدة ثابتًا، فإن تصغير حجم الشريحة يزيد من إنتاجيتها ويُقلّل بشكل فعّال من متوسط ​​التكلفة. وفي المستقبل، مع تصغير حجم أنظمة MEMS، ستتحوّل هذه الأنظمة تدريجيًا إلى أنظمة كهروميكانيكية دقيقة (NEMS) وتحقق مزيدًا من التخفيضات في الحجم والتكلفة.

الاندماج

دمج وتكامل أجهزة الاستشعار المتعددة: يتزايد عدد أجهزة الاستشعار المثبتة على جهاز واحد تدريجياً. وفي الوقت نفسه، ولتحسين فعالية التعرف على الإشارات وجمعها، وزيادة درجة تكامل الأجهزة، بدأت أجهزة الاستشعار في تحقيق الدمج والتكامل (على سبيل المثال، يتم دمج مقاييس التسارع، والجيروسكوبات، ومقاييس المغناطيسية، ووحدات القياس بالقصور الذاتي لتشكيل مجموعة مستشعرات القصور الذاتي).

تتمتع الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة المرنة الحساسة للضغط بمزايا واضحة

بالمقارنة مع الحلول السعوية التقليدية، فإن أنظمة MEMS المرنة لديها متطلبات أقل فيما يتعلق بهيكل ومساحة المنتجات النهائية، ويمكنها تقليل تكاليف التجميع بشكل فعال، ولديها إمكانات تطبيق كبيرة في مجالات مثل اللمس الحساس للضغط في الهواتف الذكية، والمنتجات القابلة للارتداء، والقياسات الصناعية/الطبية.

سيناريوهات التطبيق المتنوعة

مع تطور تقنيات الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء، ستتنوع تطبيقات مستشعرات الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS). تُعدّ هذه المستشعرات من أهم المكونات الأساسية للذكاء الاصطناعي، فكلما كانت البيانات التي تجمعها هذه المستشعرات أغنى وأكثر دقة، كلما اكتملت وظائف الذكاء الاصطناعي.

في المستقبل، ستوفر المجالات الصناعية الجديدة مثل المنازل الذكية، والإنترنت الصناعي، وإنترنت المركبات، والمدن الذكية مساحة سوقية واسعة لصناعة أجهزة استشعار MEMS.

تنويه: هذه المقالة مقتبسة من "مختارات مركز لي جينغ الفكري"، الذي يدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يُرجى ذكر المصدر الأصلي واسم المؤلف. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذفها.

رقم هاتف الشركة: +86-0755-83044319
فاكس: +86-0755-83975897
بريد إلكتروني: 1615456225@qq.com
س: 3518641314 مدير لي

ف ف: 332496225 مدير تشيو

العنوان: الغرفة 809، المبنى ج، مبنى زانتاو للتكنولوجيا، رقم 1079 شارع مينزي، منطقة لونغهوا الجديدة، شنتشن