Los sistemas MEMS (Sistemas Microelectromecánicos) se refieren a dispositivos o sistemas a micro o nanoescala que se pueden producir en lotes e integran microsensores, actuadores, estructuras mecánicas, fuentes de alimentación, procesamiento de señales, circuitos de control, dispositivos electrónicos integrados de alto rendimiento, interfaces y comunicaciones.

Los sensores MEMS constituyen un campo de investigación multidisciplinario de vanguardia, desarrollado a partir de la tecnología microelectrónica. Se trata de sensores innovadores fabricados mediante tecnologías de microelectrónica y micromecanizado.

En comparación con los sensores tradicionales, presenta características como tamaño reducido, peso ligero, bajo coste, bajo consumo energético, alta fiabilidad, idoneidad para la producción en masa, fácil integración e inteligenteización.

Al mismo tiempo, el tamaño de sus características, del orden de micras, le permite realizar ciertas funciones que no pueden lograrse con los sensores mecánicos tradicionales.

La tecnología MEMS es una de las tecnologías de vanguardia más revolucionarias del siglo XXI.

La invención del transistor por Bell Labs en Estados Unidos en 1947 fue el origen del desarrollo de toda la industria; en 1987, la Universidad de California, Berkeley, inventó el micromotor, considerado el comienzo de la tecnología MEMS; en 1993, los productos de microacelerómetros de ADI se utilizaron en grandes cantidades en los airbags anticolisión de los automóviles, y la tecnología MEMS entró oficialmente en la etapa de industrialización.

Desde 2016, la tecnología y la industria de sensores nacionales se han desarrollado rápidamente. Al mismo tiempo, impulsadas por el Internet de las Cosas, el 5G, la inteligencia artificial y otras tecnologías nacionales, los sensores han seguido evolucionando hacia la tecnología MEMS, la inteligencia, la interconexión y la sistematización.

Cadena de la industria MEMS: que involucra cuatro eslabones principales

La cadena de valor de la industria MEMS comprende principalmente cuatro eslabones principales: diseño e I+D, producción y fabricación, embalaje y pruebas, y aplicación de sistemas.

La fase inicial de la cadena de valor de la industria MEMS incluye la investigación y el desarrollo, así como el suministro de diseño de dispositivos MEMS, materiales y equipos de producción; la fase intermedia incluye la fabricación, el procesamiento, el embalaje y las pruebas de los dispositivos MEMS; y la fase final utiliza productos MEMS para integrar productos electrónicos terminales.

Según las estadísticas, la capacidad de producción de las fábricas de MEMS y sensores aumentará de 3.9 millones de piezas al mes en 2019 a 4.7 millones de piezas al mes en 2023.

Panorama competitivo de la industria de sensores MEMS

Las dos principales empresas líderes en el mercado mundial de sensores MEMS son Bosch y Broadcom Group, que ocupan cada una alrededor del 12% de la cuota de mercado.

China es la mayor base de producción de productos electrónicos y el mayor consumidor de los mismos. En 2019, China representó más de la mitad del mercado mundial de dispositivos MEMS.

Sin embargo, el mercado interno sigue estando dominado por fabricantes extranjeros, y solo el 6% de los diez principales fabricantes del mercado nacional son de origen local. Entre ellos, Broadcom, Bosch y STMicroelectronics se sitúan entre los tres primeros, con cuotas de mercado del 11%, el 8% y el 4%, respectivamente.

Estructura de la industria de sensores MEMS Cuota

A juzgar por la proporción que ocupaba la estructura de la industria MEMS a nivel mundial en 2019, la electrónica de consumo era el principal campo de aplicación, representando casi el 60%, y la electrónica automotriz era el segundo campo de aplicación más importante, representando alrededor del 19%.

A juzgar por la estructura del mercado chino de MEMS en 2019, las redes y comunicaciones, los ordenadores y la electrónica de consumo representaron el 50%, y el sector automovilístico el 29%.

Gracias al constante crecimiento de la producción de productos electrónicos de consumo, como teléfonos inteligentes y tabletas, en China, la demanda de productos MEMS, como acelerómetros, giroscopios y micromicrófonos, también está aumentando, lo que convierte a China en la región de más rápido crecimiento en el mercado global de MEMS.

la electrónica de consumo

Actualmente, la electrónica de consumo constituye el mayor mercado de aplicación en la industria MEMS global, y su cuota de mercado dentro de toda la industria MEMS está en aumento. Los productos MEMS, que incluyen MEMS de radiofrecuencia, micromicrófonos, sensores de presión, acelerómetros, giroscopios, etc., se utilizan ampliamente en productos electrónicos de consumo como teléfonos inteligentes y tabletas.

En los teléfonos inteligentes, los sensores MEMS ofrecen una amplia gama de aplicaciones en rendimiento de sonido, cambio de escena, reconocimiento de gestos, orientación y sensores de temperatura/presión/humedad.

En 2019, el tamaño del mercado global de MEMS en el sector de la electrónica de consumo fue de aproximadamente 7.163 millones de dólares estadounidenses, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 8.4% entre 2019 y 2024.

Electrónica automotriz

Se considera que la industria de la electrónica automotriz es la impulsora de la primera oleada de aplicaciones de sensores MEMS, que mejoran el rendimiento de los vehículos con sensores de colisión para bolsas de aire, sistemas de monitoreo de presión de neumáticos y control de estabilidad del vehículo.

La percepción de la información ambiental es fundamental para los sistemas de asistencia a la conducción. La conducción autónoma de nivel L1/2 solo requiere un módulo de cámara, de uno a tres radares ultrasónicos y lidars, y de cero a un sensor de fusión. Los vehículos autónomos de nivel L4/5 incorporarán de siete a trece radares ultrasónicos y lidars, de seis a ocho módulos de cámara, módulos V2X y soluciones de fusión multisensor. El valor de los nuevos semiconductores supera los 1,000 dólares estadounidenses.

Salud médica

Los sensores MEMS se utilizan ampliamente en productos electrónicos biológicos y médicos, como marcapasos, instrumentos quirúrgicos de precisión, máquinas médicas, prótesis inteligentes, medidores de glucosa en sangre, esfigmomanómetros digitales, analizadores de gases en sangre, pulsómetros digitales, monitores de frecuencia cardíaca, termómetros digitales, pruebas de embarazo, sistemas de administración transdérmica de fármacos, sistemas de diálisis y concentradores de oxígeno, etc.

Los sensores de presión, la microfluídica, los caudalímetros y los acelerómetros representan una parte importante del mercado de MEMS médicos. El tamaño del mercado global de MEMS en el sector médico fue de 844 millones de dólares estadounidenses en 2019, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 7.5 % entre 2019 y 2024.

Internet de las cosas

La popularización del Internet de las Cosas ha ampliado enormemente los escenarios de aplicación de los MEMS. El Internet de las Cosas ha generado numerosos mercados nuevos, como altavoces inteligentes, televisores inteligentes, dispositivos portátiles, etc. Al mismo tiempo, el nivel de inteligencia también mejora constantemente, impulsando el aumento del uso de MEMS en máquinas individuales.

Proporción de tipos de dispositivos en la industria de sensores MEMS

En la estructura global de productos MEMS, los MEMS de radiofrecuencia ocupan el primer lugar con una cuota del 19.2%, y entre otros productos, los sensores de presión, los micrófonos y los acelerómetros representan más del 10%.

La estructura del mercado chino es similar a la del resto del mundo. Los datos muestran que los ingresos nacionales por productos RF MEMS representaron el 25.9% en 2019; los sensores de presión representaron el 19.2%, ocupando el segundo lugar, y los micrófonos, las combinaciones inerciales y los acelerómetros representaron el 7.1%, el 8.9% y el 6.5% respectivamente.

Micrófono MEMS

Los micrófonos MEMS constituyen uno de los segmentos de mayor crecimiento en el mercado de MEMS. El auge de este mercado se beneficia principalmente del desarrollo de los teléfonos inteligentes, los altavoces inteligentes y los auriculares TWS.

Los micrófonos MEMS son una configuración estándar en los smartphones. Algunos smartphones de gama alta incluso utilizan de 3 a 4 micrófonos MEMS. Un altavoz inteligente puede incorporar de 2 a 8 micrófonos MEMS, y unos auriculares TWS pueden tener de 4 a 6, lo que impulsa un fuerte crecimiento en el mercado de micrófonos MEMS.

Tendencias de desarrollo de la industria de sensores MEMS de China

miniaturización

En el futuro de la miniaturización de equipos y el bajo consumo de energía, la reducción continua del tamaño y el coste de los productos es una de las tendencias de desarrollo importantes de la industria de sensores MEMS.

Las aplicaciones posteriores de los sensores MEMS exigen productos más delgados y ligeros. Por un lado, los fabricantes de MEMS mejoran la estructura de encapsulado y reducen el tamaño del dispositivo, manteniendo el rendimiento del producto. Por otro lado, también reducen el tamaño del chip. Cuando el tamaño de la oblea individual es fijo, la reducción del tamaño del chip aumenta su rendimiento y reduce eficazmente el coste medio. En el futuro, a medida que el tamaño de los MEMS se reduzca, estos sistemas (microelectromecánicos) se transformarán gradualmente en sistemas (nanoelectromecánicos) y lograrán reducciones continuas de tamaño y coste.

Integración:

Fusión y colaboración multisensorial. El número de sensores instalados en un solo dispositivo aumenta gradualmente. Al mismo tiempo, para mejorar el reconocimiento y la recopilación de señales, así como el grado de integración de los dispositivos, los sensores comienzan a fusionarse y colaborar (por ejemplo, acelerómetros, giroscopios, magnetómetros y unidades de medición inercial se combinan para formar un grupo de sensores inerciales).

Los MEMS flexibles sensibles a la presión tienen ventajas evidentes.

En comparación con las soluciones capacitivas tradicionales, los MEMS flexibles tienen menores requisitos en cuanto a la estructura y el espacio interno de los productos finales, pueden reducir eficazmente los costes de ensamblaje y tienen un gran potencial de aplicación en campos como la sensibilidad a la presión de los teléfonos inteligentes, los productos portátiles y la medición industrial/médica.

Escenarios de aplicación diversificados

Con el desarrollo de la inteligencia artificial y la tecnología del Internet de las Cosas, los escenarios de aplicación de los sensores MEMS se diversificarán. Los sensores MEMS constituyen un componente fundamental del hardware para la inteligencia artificial. Cuanto más completos y precisos sean los datos recopilados por los sensores, más completas serán las funciones de la inteligencia artificial.

En el futuro, nuevos campos industriales como los hogares inteligentes, el Internet industrial, el Internet de los vehículos y las ciudades inteligentes ofrecerán un amplio mercado para la industria de los sensores MEMS.

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