MEMS هو اختصار لـ Micro Electro Mechanical System، وهو نظام يدمج الدوائر الدقيقة والآلات الدقيقة على شريحة واحدة وفقًا لمتطلبات وظيفية محددة. يعتمد MEMS على تقنيات أشباه الموصلات التقليدية، مثل الطباعة الضوئية والتآكل، مع دمجها بتقنيات التصنيع فائقة الدقة، بالإضافة إلى المعرفة والأسس التقنية في مجالات الميكانيكا والكيمياء والبصريات وغيرها، مما يُمكّن أنظمة MEMS ذات الأبعاد المليمترية أو الميكرونية من امتلاك هياكل ميكانيكية وكيميائية وبصرية دقيقة ومتكاملة. يمكن تقسيم منتجات MEMS بشكل أساسي إلى مستشعرات MEMS ومحركات MEMS. تُستخدم المستشعرات للكشف عن الظواهر والإشارات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية وغيرها، بينما تُستخدم المحركات لتحقيق سلوكيات مثل الحركة الميكانيكية والقوة وعزم الدوران.  
      الشكل 1: مستشعر MEMS والتكبير المجهري الموضعي            المصدر: فيسبر       الشكل 2: مبدأ عمل مستشعر MEMS            المصدر: معهد تشيانزان لأبحاث الصناعة      

الشكل 3: تصنيف مستشعرات MEMS

المصدر: شركة سي سي آي دي للاستشارات

مستشعرات MEMS هي مستشعرات مصغرة تُصنع باستخدام تقنيات الإلكترونيات الدقيقة والميكانيكا الدقيقة. وتتنوع أنواعها، وهي من أكثر منتجات MEMS استخدامًا. يتم تحويل إشارة الإدخال وتصديرها إلى إشارة أخرى قابلة للمراقبة عبر عناصر استشعار دقيقة ووحدات نقل. وبالمقارنة مع المستشعرات المصنعة بالطرق التقليدية، تتميز مستشعرات MEMS بصغر حجمها وخفة وزنها وانخفاض تكلفتها واستهلاكها المنخفض للطاقة، بالإضافة إلى موثوقيتها العالية، وملاءمتها للإنتاج بكميات كبيرة، وسهولة دمجها، وقدرتها على العمل الذكي.  
       تتمتع مستشعرات MEMS بمجموعة واسعة من التطبيقات  
باعتبارها أداةً أساسيةً للحصول على المعلومات وتحقيق التفاعل، تلعب تقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) دورًا هامًا في تعزيز تصغير الأنظمة الميكانيكية. وقد شاع استخدام مستشعرات MEMS في إلكترونيات السيارات، والإلكترونيات الاستهلاكية، والفضاء، والطب الحيوي، والصناعة، وغيرها من المجالات. وتُعدّ الإلكترونيات الاستهلاكية والسيارات حاليًا من أبرز مجالات تطبيق MEMS. وبالنظر إلى هيكل سوق MEMS العالمي في عام 2019، نجد أن الإلكترونيات الاستهلاكية هي المجال الرئيسي للتطبيق، حيث تستحوذ على ما يقارب 60% من السوق، تليها السيارات بنسبة 19% تقريبًا. أما في الصين، فقد بلغت حصة سوق MEMS في عام 2019 نسبة 50%، بينما بلغت حصة قطاع السيارات 29%. مع الزيادة المستمرة في معدل انتشار مركبات الطاقة الجديدة وتطور إنترنت الأشياء والشبكات والاتصالات، شكلت إلكترونيات السيارات أكثر من نصف تطبيقات سوق أنظمة MEMS في عام 2019. ومع تطبيق تقنية الجيل الخامس (5G) والاتصال الشبكي الذكي، سيستمر معدل انتشار أنظمة MEMS في الازدياد، ومن المتوقع أن تتسع مساحة السوق في المجالات المذكورة أعلاه بشكل أكبر.  
      الشكل 4: هيكل سوق أنظمة MEMS العالمية في عام 2019            المصدر: Yole Development، Guotai Junan Securities Research       الشكل 5: هيكل سوق أنظمة MEMS في الصين عام 2019            المصدر: Yole Development، Guotai Junan Securities Research  
  تاريخ تطور أجهزة الاستشعار MEMS  
كانت المرحلة الأولى من عام 1990 إلى عام 2000. وقد شجع التزايد التدريجي في المعدات والتطبيقات الإلكترونية للسيارات على تنفيذ تطبيقات مستشعرات MEMS، مثل الوسائد الهوائية، وضغط الفرامل، وأنظمة مراقبة ضغط الإطارات، وما إلى ذلك. وقد أدى نمو الطلب على هذه التطبيقات إلى قيام الشركات في أوروبا واليابان والولايات المتحدة بالبدء في تطوير وإنتاج منتجات مستشعرات MEMS بكميات كبيرة والتي تستخدم حول السيارات؛
المرحلة الثانية هي من عام 2000 إلى عام 2010، مدفوعة بالتطور السريع للإلكترونيات الاستهلاكية. تتطلب منتجات الإلكترونيات الاستهلاكية مثل الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وما إلى ذلك أن تكون منتجات مستشعرات MEMS أصغر حجمًا وأقل استهلاكًا للطاقة؛
 
المرحلة الثالثة تمتد من عام 2010 إلى عام 2020. وقد أتاح التطور السريع لصناعة إنترنت الأشياء مجالاً واسعاً لنمو صناعة مستشعرات الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS). فبالإضافة إلى الإلكترونيات الاستهلاكية كالهواتف الذكية والأجهزة اللوحية، ستُستخدم مستشعرات MEMS على نطاق واسع في مجالات الواقع المعزز/الواقع الافتراضي، والساعات الذكية، والقيادة الذكية، والخدمات اللوجستية الذكية، والطب الذكي، وغيرها.
 
تبدأ المرحلة الرابعة في عام 2020. ومع تطور القيادة الذاتية، وشبكات الجيل الخامس، وانتشار إنترنت الأشياء، اتسع نطاق تطوير أنظمة MEMS بشكل أكبر. ومن خلال تحسين أداء منتجات مستشعرات MEMS، يمكن تلبية احتياجات التصميمات الأصغر حجمًا، والأقل استهلاكًا للطاقة، والأكثر كفاءة.  
     

الشكل 6: مراحل تطوير مستشعرات MEMS

المصدر: Aijiwei، Guotai Junan Securities Research

         

لقد دخلت هذه الصناعة للتو مرحلة النمو

من منظور حجم السوق، ووفقًا لإحصاءات وتوقعات شركة Yole، بلغ حجم سوق أنظمة MEMS العالمية 11.5 مليار دولار أمريكي في عام 2019. وقد تسبب جائحة كوفيد-19 في تباطؤ نمو السوق في عام 2020. ومن المتوقع أن يستأنف السوق نموه بدءًا من عام 2021، ليصل حجمه إلى ما يقارب 17.7 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2025، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 7.4% خلال الفترة من 2019 إلى 2025. وفي ظل التطور السريع الذي تشهده الصين في قطاعات الإلكترونيات الاستهلاكية وإلكترونيات السيارات والصناعة بشكل عام، تُعد الصين الدولة الأسرع نموًا في سوق أنظمة MEMS خلال السنوات الخمس الماضية، كما أنها أكبر منتج للمنتجات الإلكترونية في العالم. وتشهد الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية طلبًا هائلًا على منتجات MEMS، وتحتل الصين المرتبة الأولى عالميًا في شحنات الهواتف المحمولة. ويعتبر موردو مستشعرات MEMS، مثل مستشعرات الضوء والحركة التي تحتاجها صناعة الهواتف المحمولة، الصين السوق الأهم بالنسبة لهم. بحسب إحصاءات مركز الأبحاث CCID، بلغ حجم سوق الصين حوالي 60 مليار يوان في عام 2019، ما يمثل نحو 54% من السوق العالمية. ويستمر السوق المحلي في النمو بوتيرة أسرع من السوق العالمية، ومن المتوقع أن يتجاوز حجم سوق أنظمة MEMS في الصين 100 مليار يوان بحلول عام 2022.  
      الشكل 7: تسارع نمو سوق أنظمة MEMS العالمية           المصدر: Yole Development، CCID Consulting، Guotai Junan Securities Research      يوضح الشكل 8 أن الصين هي الدولة التي شهدت أسرع نمو في حجم سوق أنظمة MEMS خلال السنوات الخمس الماضية.            المصدر: شركة CCID للاستشارات، وبحوث شركة Guotai Junan للأوراق المالية      
من منظور هيكل المنتج، تتصدر حاليًا خمسة قطاعات رئيسية لأجهزة استشعار الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) السوق العالمية، وهي: الترددات الراديوية، والضغط، والميكروفون، ومقياس التسارع، والجيروسكوب، بنسبة تقارب 65%. أما في السوق الصينية، فتأتي القطاعات الخمسة الرئيسية في المرتبة التالية: الترددات الراديوية، والضغط، والميكروفون، والقصور الذاتي، ومقياس التسارع، وهو ترتيب مشابه للسوق العالمية. ووفقًا لتوقعات شركة Yole، تشمل قطاعات أجهزة استشعار الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) التي يتجاوز حجم سوقها مليار دولار أمريكي في عام 2024: الترددات الراديوية، والقصور الذاتي المركب، وبصمة الإصبع بالموجات فوق الصوتية، والضغط، والميكروفون، والطباعة النافثة للحبر.  
      الشكل 9: هيكل سوق MEMS العالمي في عام 2019 (حسب نوع الجهاز)            المصدر: Yole Development، Guotai Junan Securities Research       الشكل 10: حجم سوق صناعة الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة ومعدل النمو المركب من عام 2018 إلى عام 2024            المصدر: Yole Development، Guotai Junan Securities Research      

الشكل 11: حجم سوق أنظمة MEMS وتوقعاته في مختلف المجالات (100 مليون دولار أمريكي)

المصدر: Yole Development، Guotai Junan Securities Research

من منظور تطبيقات الأجهزة الطرفية، ووفقًا لتوقعات شركة Yole، من المتوقع أن ينمو سوق أنظمة MEMS الاستهلاكية العالمية من 6.87 مليار دولار أمريكي في عام 2019 إلى 11.14 مليار دولار أمريكي في عام 2025، مدفوعًا بتطور إنترنت الأشياء واستبدال الهواتف المحمولة بتقنية الجيل الخامس. كما يُتوقع أن ينمو سوق أنظمة MEMS للسيارات من 2.18 مليار دولار أمريكي في عام 2019 إلى 2.6 مليار دولار أمريكي في عام 2025، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 3% خلال هذه الفترة، مدفوعًا بزيادة انتشار السيارات الذكية. إضافةً إلى ذلك، يشهد الطلب في السوق نموًا متزايدًا في مجالات الصناعة والرعاية الصحية والاتصالات والدفاع الوطني والطيران.  
من منظور النضج التكنولوجي، لا يزال تطوير تقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) محلياً في مراحله الأولى. فعلى صعيد البحث والتطوير، ورغم أن الصين تحتل المرتبة الثالثة عالمياً من حيث عدد طلبات براءات الاختراع، إلا أن جودة هذه البراءات متدنية، كما أن عدد البراءات الأساسية قليل. علاوة على ذلك، فإن الجهات المتقدمة بطلبات البراءات هي في الغالب جامعات ومعاهد بحثية، ومستوى التصنيع منخفض، ولا تزال النتائج بحاجة إلى مزيد من التطوير. أما فيما يتعلق بالتغليف والتصنيع، فتفتقر الصين إلى الخبرة في مجال تصنيع المعدات الأصلية (OEM). ولا يفي معدل موثوقية وإنتاجية مستشعرات MEMS المصنعة من قبل شركات تصنيع المعدات الأصلية المحلية بمتطلبات الإنتاج على نطاق واسع، ولا تزال هناك فجوة بينها وبين تطبيقات السوق. أما من حيث حجم الشركات، فإن معظم الشركات المحلية هي شركات صغيرة ومتوسطة الحجم تعاني من نقص التمويل وضعف القدرة على استقطاب الكفاءات، مما يؤدي إلى ضعف قدراتها البحثية العلمية وصعوبة إقامة قنوات للتعاون مع الجامعات والمعاهد البحثية.
 
من منظور حجم الأعمال ومستوى الربحية، لا تزال هناك فجوة واضحة بين شركات أشباه الموصلات المحلية والشركات الأجنبية الرائدة. فقد حققت شركة برودكوم، وهي شركة عالمية رائدة، إيرادات تشغيلية بلغت 22.597 مليار دولار أمريكي في عام 2019، ما يعادل هامش ربح إجمالي قدره 55.2%. وبلغت إيرادات شركة إس تي ميكروإلكترونيكس التشغيلية في عام 2019 نحو 15.416 مليار دولار أمريكي، بهامش ربح إجمالي قدره 38.7%. أما شركة تكساس إنسترومنتس، فقد بلغت إيراداتها التشغيلية في عام 2019 نحو 14.383 مليار دولار أمريكي، وتجاوز هامش ربحها الإجمالي 50% أو حتى 60% في السنوات الأخيرة. وبالنظر إلى الشركات المحلية، نجد أن شركة جويرتك، الشركة المحلية الأولى، حققت إيرادات تشغيلية بلغت حوالي 5.068 مليار دولار أمريكي في عام 2019، بهامش ربح إجمالي لا يتجاوز 15.43%. وبمقارنة الشركات المحلية بالشركات الأجنبية العملاقة، لا تزال هناك فجوة كبيرة في حجم الإيرادات والربحية.   
      الشكل 12: هامش الربح الإجمالي التاريخي (%) لبعض شركات MEMS المدرجة            المصدر: ويند، غوتاي جونان للأبحاث المالية      
بالنظر إلى عدد المنافسين، نجد تنوعًا كبيرًا في أنواع مستشعرات MEMS وكثرة الشركات المصنعة. في عام 2019، هيمنت الشركات الأجنبية على سوق MEMS في الصين، حيث تنافست شركتا برودكوم وبوش بشدة. ومن بين المنافسين الرئيسيين الآخرين: STMicroelectronics، وTexas Instruments، وQorvo، وغيرها. وتستحوذ الشركات الأمريكية على أكثر من نصف السوق، بينما تتمتع الشركات الأوروبية والأمريكية واليابانية بتطور ملحوظ في مجالات تصنيع رقائق MEMS وتصنيع المكونات الكهروميكانيكية الدقيقة. وقد حققت الشركات المحلية أداءً جيدًا أيضًا، حيث احتلت شركة Goertek المرتبة ضمن أفضل عشر شركات عالمية في مجال تصنيع MEMS لأول مرة في عام 2019، بينما احتلت شركة AAC Technology المرتبة 22. أما في مجال تصنيع الرقائق، فقد تصدرت شركة Silex، وهي شركة قابضة تابعة لشركة Silex، القائمة. وبشكل عام، تتمتع الشركات الدولية بمزايا واضحة، إلا أن الشركات المحلية الصاعدة تسعى جاهدة للحاق بها.  
      الشكل 13: دخلت صناعة أجهزة استشعار MEMS المحلية للتو مرحلة النمو            المصدر: أبحاث جوتاي جونان للأوراق المالية      
استنادًا إلى التحليل السابق لحجم السوق، ونضج التكنولوجيا، وظروف العمل، وعدد المنافسين، وغيرها، نرى أن استبدال المنتجات المحلية في صناعة مستشعرات MEMS المحلية لا يزال في مراحله الأولى، وأن شركات MEMS المحلية تُسرّع من وتيرة نموها لمواكبة الشركات الرائدة في هذا المجال. ومع تطور إنترنت الأشياء، والسيارات الذكية، وتقنية الجيل الخامس، ستواصل صناعة مستشعرات MEMS المحلية نموها، ومن المتوقع أن تتسارع وتيرة استبدال المنتجات المحلية.  
         

يتمتع مصنعو أنظمة MEMS المحليون بمجال واسع للتطوير

1. تدعم السياسات الوطنية بقوة تطوير صناعة أجهزة الاستشعار الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS).  
تلعب مستشعرات MEMS دورًا بالغ الأهمية في التقنيات الحديثة، مثل إنترنت الأشياء، والتصنيع الذكي، والخدمات اللوجستية الذكية، وغيرها. وتُعد الصين أكبر سوق لمستشعرات MEMS في العالم، ويستحق سوقها اهتمامًا خاصًا نظرًا لحجمه وأهميته. ويجري العمل باستمرار على تحسين البيئة السياسية لتطوير صناعة المستشعرات الوطنية. ومع الترويج الفعال لاستراتيجية "قوة التصنيع" وخطة عمل "الإنترنت+"، ستزداد أهمية تكنولوجيا المستشعرات وصناعتها بشكل ملحوظ. ومن المتوقع أن تُصبح تكنولوجيا المستشعرات على رأس أولويات التنمية العلمية والتكنولوجية في الصين مستقبلًا.  
      الجدول 1: بعض سياسات صناعة أجهزة استشعار الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) الصادرة عن الدولة            المصدر: مجلس الدولة، اللجنة الوطنية للتنمية والإصلاح، وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات، أبحاث شركة غوتاي جونان للأوراق المالية  
       2. يساهم الطلب من الأسواق النهائية في تعزيز النمو المستمر لسوق صناعة الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS).  
يُعدّ قطاع الإلكترونيات الاستهلاكية أكبر سوق لتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS)، ويعود ذلك بشكل رئيسي إلى النمو المتزايد في سوق الهواتف الذكية والأجهزة القابلة للارتداء والمنازل الذكية. وباعتبارها أكبر قاعدة إنتاج للمنتجات الإلكترونية في العالم، تستهلك الصين ما يقارب نصف أجهزة MEMS العالمية. وقد ساهم النمو المتواصل في مبيعات منتجات الإلكترونيات الاستهلاكية الصينية التي تعتمد على تقنية MEMS، كالهواتف الذكية والأجهزة اللوحية، في دفع عجلة نمو صناعات MEMS، مثل أجهزة استشعار التسارع والميكروفونات. إضافةً إلى ذلك، ومع تطور القيادة الذكية ومركبات الطاقة الجديدة، شهد سوق MEMS في مجال إلكترونيات السيارات نموًا سريعًا، حيث بلغت حصته السوقية 17.8% في عام 2019، ليحتل بذلك المرتبة الثانية.  
تدعم الحكومة بقوة مجال الجيل الخامس (5G)، وقد أنشأت الصين سوقًا صناعية مزدهرة لهذا النوع من الاتصالات. ويبدي المستثمرون ثقةً وتفاؤلاً كبيرين في هذا السوق، مما يوفر مجالًا واسعًا لتطويره وتوسيع نطاق تطبيقاته. يُعدّ الجيل الخامس أساسًا لإنترنت الأشياء، كما أنه يُسهم في تسريع نموه. وقد أصبح إنترنت الأشياء التوجه الأبرز الذي تتطلع إليه جميع القطاعات، ويشهد قطاع إنترنت الأشياء العالمي نموًا متسارعًا. ويتصدر سوق إنترنت الأشياء في الصين قائمة الأسواق العالمية، ليصبح بذلك السوق الأكثر نشاطًا في تطبيقات إنترنت الأشياء على مستوى العالم. وتتوقع شركة CCID Consulting أن يستمر سوق الجيل الخامس في الصين في النمو بوتيرة متسارعة.  
      الشكل 14: توقعات الصين للاستثمار في تقنية الجيل الخامس من عام 2020 إلى عام 2025            المصدر: شركة CCID للاستشارات، وبحوث شركة Guotai Junan للأوراق المالية      
في مجال إنترنت الأشياء، يقود السوق النمو السريع لسوق مستشعرات الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS). تلعب هذه المستشعرات دورًا محوريًا في ربط العالمين التناظري والرقمي، إذ تُمكّننا قدرتها على استشعار البيئة المحيطة وجمع البيانات منها من فهمٍ موضوعي وشامل للتشغيل الطبيعي لمختلف الأجهزة والأنظمة. ووفقًا لإحصاءات الرابطة العالمية لأنظمة الاتصالات المتنقلة (GSMA)، ارتفع عدد أجهزة إنترنت الأشياء عالميًا من ملياري وحدة في عام 2010 إلى 12 مليار وحدة في عام 2019. وفي المستقبل، ومع انتشار تقنية الجيل الخامس (5G) وتطوير تقنية Wi-Fi 6، يُتوقع أن يكون سوق إنترنت الأشياء واعدًا للغاية. وتتوقع GSMA أن يصل عدد أجهزة إنترنت الأشياء عالميًا إلى 24.6 مليار وحدة بحلول عام 2025، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 12.7% خلال الفترة من 2019 إلى 2025.  
      الشكل 15: يتزايد عدد أجهزة إنترنت الأشياء بسرعة (الوحدة: مليار)            المصدر: GSMA، Guotai Junan Securities Research      
في المجال الطبي، تسببت جائحة كوفيد-19 في كوارث هائلة للعالم أجمع، إلا أن ذلك أدى إلى نمو سوق أجهزة استشعار MEMS الطبية بشكل ملحوظ. فسواءً تعلق الأمر بمقاييس الحرارة الإلكترونية، أو أجهزة التشخيص، أو أجهزة التنفس الاصطناعي، فإن هذه الأجهزة الطبية لا تنفصل عن مستشعرات MEMS، مما أدى إلى نمو حجم السوق في هذه المجالات بسرعة. وتتوقع شركة Yole أن ينمو سوق MEMS الطبي بنسبة 10.6% في عام 2020. بالإضافة إلى ذلك، زادت الجائحة من اهتمام الناس بالصحة، وسرّعت من نمو سوق الأجهزة الطبية الاستهلاكية. كما شهدت الأجهزة الطبية القابلة للارتداء، التي تراقب مؤشرات الجسم باستمرار، تطورًا سريعًا. وبسبب إجراءات الوقاية والسيطرة على الجائحة، ساهم الارتفاع الكبير في الطلب على الخدمات غير التلامسية، والتوزيع الآلي، ومصانع المعالجة الآلية، بشكل غير مباشر في تعزيز النمو السريع لصناعة MEMS. علاوة على ذلك، فإن ميل الناس إلى تطوير الأتمتة يعني أنه حتى لو انتهت الجائحة يومًا ما، سيظل الناس يعتمدون على الخدمات غير المأهولة والآلية القائمة على تقنية MEMS. لذلك، لن تنكمش هذه الصناعة، بل ستواصل نموها.  
 
     

تنويه: هذه المقالة مُعاد نشرها من "Semiconductor Circle". وهي لا تُمثل آراء شركة Sacco Micro أو قطاع صناعة أشباه الموصلات، بل تُعبر فقط عن وجهة نظر الكاتب الشخصية. يُقصد بإعادة نشرها ومشاركتها دعمًا لحماية حقوق الملكية الفكرية. يُرجى ذكر المصدر الأصلي واسم الكاتب عند إعادة النشر. 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