سیستم‌های MEMS (سیستم‌های مکانیکی میکروالکترون) به دستگاه‌ها یا سیستم‌هایی در مقیاس میکرو یا نانو اشاره دارند که می‌توانند به صورت دسته‌ای تولید شوند و میکروحسگرها، محرک‌ها، ساختارهای مکانیکی، منابع تغذیه، پردازش سیگنال، مدارهای کنترل، دستگاه‌های مجتمع الکترونیکی با کارایی بالا، رابط‌ها و ارتباطات را در خود جای دهند.

حسگرهای MEMS یک حوزه تحقیقاتی پیشرفته چند رشته‌ای هستند که بر اساس فناوری میکروالکترونیک توسعه یافته‌اند. آن‌ها حسگرهای جدیدی هستند که با استفاده از فناوری‌های میکروالکترونیک و میکروماشین‌کاری ساخته می‌شوند.

در مقایسه با حسگرهای سنتی، دارای ویژگی‌هایی مانند اندازه کوچک، وزن سبک، هزینه کم، مصرف برق کم، قابلیت اطمینان بالا، مناسب برای تولید انبوه، ادغام آسان و هوشمندسازی است.

در عین حال، اندازه‌ی ویژگی در حد میکرون به آن اجازه می‌دهد تا عملکردهای خاصی را انجام دهد که توسط حسگرهای مکانیکی سنتی قابل دستیابی نیستند.

فناوری MEMS یکی از فناوری‌های پیشرفته انقلابی در قرن بیست و یکم است.

اختراع ترانزیستور توسط آزمایشگاه‌های بل در ایالات متحده در سال ۱۹۴۷، منشأ توسعه کل صنعت بود؛ در سال ۱۹۸۷، دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، میکروموتور را اختراع کرد که آغاز فناوری MEMS محسوب می‌شود؛ در سال ۱۹۹۳، محصولات میکرو شتاب‌سنج ADI به مقدار زیادی در کیسه‌های هوای ضد برخورد خودرو مورد استفاده قرار گرفت و MEMS رسماً وارد مرحله صنعتی شدن شد.

از سال ۲۰۱۶، فناوری و صنعت حسگرهای داخلی به سرعت توسعه یافته‌اند. در عین حال، با هدایت اینترنت اشیاء داخلی، 5G، هوش مصنوعی و سایر فناوری‌ها، حسگرها به توسعه خود در جهت MEMS، هوش، شبکه‌سازی و سیستماتیک شدن ادامه داده‌اند.

زنجیره صنعت MEMS: شامل چهار حلقه اصلی

زنجیره صنعت MEMS عمدتاً شامل چهار حلقه اصلی است: طراحی و تحقیق و توسعه، تولید و ساخت، بسته‌بندی و آزمایش و کاربرد سیستم.

بخش بالادستی زنجیره صنعت MEMS شامل تحقیق و توسعه و تأمین طراحی، مواد و تجهیزات تولید دستگاه‌های MEMS است، بخش میان‌دستی شامل ساخت، پردازش، بسته‌بندی و آزمایش دستگاه‌های MEMS است و بخش پایین‌دستی از محصولات MEMS برای ادغام محصولات الکترونیکی ترمینال استفاده می‌کند.

طبق آمار، ظرفیت تولید MEMS و ریخته‌گری حسگر از ۳.۹ میلیون قطعه در ماه در سال ۲۰۱۹ به ۴.۷ میلیون قطعه در ماه در سال ۲۰۲۳ افزایش خواهد یافت.

چشم‌انداز رقابتی صنعت حسگرهای MEMS

دو شرکت اصلی پیشرو در بازار جهانی حسگرهای MEMS، بوش و گروه برادکام هستند که هر دو حدود ۱۲٪ از سهم بازار را در اختیار دارند.

چین بزرگترین پایگاه تولید محصولات الکترونیکی و بزرگترین مصرف‌کننده محصولات الکترونیکی است. در سال ۲۰۱۹، چین بیش از نیمی از بازار جهانی دستگاه‌های MEMS را به خود اختصاص داد.

با این حال، بازار داخلی هنوز تحت سلطه تولیدکنندگان خارجی است و تنها ۶٪ از ۱۰ تولیدکننده برتر بازار داخلی متعلق به تولیدکنندگان داخلی هستند. در میان آنها، Broadcom، Bosch و STMicroelectronics به ترتیب با سهم بازار ۱۱٪، ۸٪ و ۴٪ در بین سه شرکت برتر قرار دارند.

سهم ساختار صنعت حسگر MEMS

با توجه به نسبت ساختار صنعت جهانی MEMS در سال ۲۰۱۹، لوازم الکترونیکی مصرفی با نزدیک به ۶۰ درصد، حوزه اصلی کاربرد و لوازم الکترونیکی خودرو با حدود ۱۹ درصد، دومین حوزه کاربردی بزرگ هستند.

با توجه به ساختار بازار MEMS چین در سال ۲۰۱۹، حوزه‌های شبکه و ارتباطات، رایانه و لوازم الکترونیکی مصرفی ۵۰ درصد و حوزه خودرو ۲۹ درصد از این بازار را به خود اختصاص داده‌اند.

با بهره‌گیری از رشد مداوم تولید محصولات الکترونیکی مصرفی مانند تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها در چین، تقاضا برای محصولات MEMS مانند شتاب‌سنج‌ها، ژیروسکوپ‌ها و میکروفون‌های میکرو نیز در حال افزایش است و چین را به سریع‌ترین منطقه در حال رشد در بازار جهانی MEMS تبدیل می‌کند.

لوازم الکترونیکی مصرفی

در حال حاضر، لوازم الکترونیکی مصرفی بزرگترین بازار کاربرد در صنعت جهانی MEMS است و سهم بازار آن در کل صنعت MEMS در حال افزایش است. محصولات MEMS شامل MEMS فرکانس رادیویی، میکروفون‌های میکرو، حسگرهای فشار، شتاب‌سنج‌ها، ژیروسکوپ‌ها و غیره به طور گسترده در محصولات الکترونیکی مصرفی که توسط تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها ارائه می‌شوند، استفاده می‌شوند.

در گوشی‌های هوشمند، حسگرهای MEMS طیف گسترده‌ای از کاربردها را در عملکرد صدا، تغییر صحنه، تشخیص حرکت، جهت‌یابی و حسگرهای دما/فشار/رطوبت ارائه می‌دهند.

در سال ۲۰۱۹، اندازه بازار جهانی MEMS در حوزه لوازم الکترونیکی مصرفی تقریباً ۷.۱۶۳ میلیارد دلار آمریکا بود که نرخ رشد مرکب سالانه آن از سال ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۴، ۸.۴ درصد بود.

الکترونیک خودرو

صنعت الکترونیک خودرو به عنوان محرک اولین موج کاربردهای حسگرهای MEMS در نظر گرفته می‌شود که عملکرد خودرو را با حسگرهای برخورد کیسه هوا، سیستم‌های نظارت بر فشار تایر و کنترل پایداری خودرو افزایش می‌دهد.

درک اطلاعات محیطی اساس سیستم‌های کمک‌رانندگی است. رانندگی خودران سطح L1/2 فقط به ۱ ماژول دوربین، ۱-۳ رادار و لیدار اولتراسونیک و ۰-۱ حسگر فیوژن نیاز دارد. خودروهای خودران سطح L4/5، ۷-۱۳ رادار و لیدار اولتراسونیک، ۶-۸ ماژول دوربین، ماژول‌های V2X و راه‌حل‌های فیوژن چند حسگری را معرفی خواهند کرد. ارزش نیمه‌هادی‌های جدید بیش از ۱۰۰۰ دلار آمریکا است.

سلامت پزشکی

حسگرهای MEMS به طور گسترده در محصولات الکترونیکی بیولوژیکی و پزشکی مانند ضربان‌سازها، ابزارهای جراحی دقیق، ماشین‌های پزشکی، پروتزهای هوشمند، دستگاه‌های سنجش قند خون، فشارسنج‌های دیجیتال، آنالایزرهای گاز خون، پالس‌های دیجیتال، مانیتورهای ضربان قلب، دماسنج‌های دیجیتال، آزمایش‌های بارداری، سیستم‌های دارورسانی پوستی، سیستم‌های دیالیز و متمرکزکننده‌های اکسیژن و غیره استفاده می‌شوند.

حسگرهای فشار، میکروفلوئیدیک‌ها، جریان‌سنج‌ها و شتاب‌سنج‌ها سهم عمده‌ای از بازار MEMS پزشکی را به خود اختصاص داده‌اند. اندازه بازار جهانی MEMS در حوزه پزشکی در سال ۲۰۱۹، ۸۴۴ میلیون دلار آمریکا بود که نرخ رشد مرکب سالانه آن از سال ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۴، ۷.۵ درصد بوده است.

اینترنت چیزها

محبوبیت اینترنت اشیا، سناریوهای کاربردی MEMS را به شدت گسترش داده است. اینترنت اشیا بازارهای رو به رشد بسیاری مانند بلندگوهای هوشمند، تلویزیون‌های هوشمند، دستگاه‌های پوشیدنی و غیره را به وجود آورده است. در عین حال، سطح هوش نیز به طور مداوم در حال بهبود است و باعث افزایش استفاده از MEMS در ماشین‌های تکی می‌شود.

نسبت انواع دستگاه‌ها در صنعت حسگر MEMS

در ساختار جهانی محصولات MEMS، MEMS فرکانس رادیویی با سهم ۱۹.۲٪ در رتبه اول قرار دارد و در بین سایر محصولات، حسگرهای فشار، میکروفون‌ها و شتاب‌سنج‌ها بیش از ۱۰٪ سهم دارند.

ساختار بازار چین مشابه جهان است. داده‌ها نشان می‌دهد که درآمد محصولات RF MEMS داخلی در سال ۲۰۱۹، ۲۵.۹ درصد، حسگرهای فشار ۱۹.۲ درصد و میکروفون‌ها، ترکیبات اینرسی و شتاب‌سنج‌ها به ترتیب ۷.۱ درصد، ۸.۹ درصد و ۶.۵ درصد بوده است.

میکروفون MEMS

میکروفون‌های MEMS یکی از سریع‌ترین بخش‌های در حال رشد بازار MEMS هستند. رونق بازار میکروفون‌های MEMS عمدتاً از توسعه تلفن‌های هوشمند، بلندگوهای هوشمند و هدست‌های TWS بهره‌مند می‌شود.

میکروفون‌های MEMS یک پیکربندی استاندارد در گوشی‌های هوشمند هستند. برخی از گوشی‌های هوشمند رده بالا حتی از ۳ تا ۴ میکروفون MEMS استفاده می‌کنند. یک بلندگوی هوشمند می‌تواند ۲ تا ۸ میکروفون MEMS داشته باشد و یک جفت هدفون TWS می‌تواند ۴ تا ۶ میکروفون MEMS داشته باشد که باعث رشد قوی بازار میکروفون‌های MEMS می‌شود.

روند توسعه صنعت حسگر MEMS چین

مینیاتور کردن

در آینده‌ای که تجهیزات کوچک‌سازی می‌شوند و مصرف انرژی پایین است، کاهش مداوم اندازه و هزینه محصول یکی از روندهای مهم توسعه در صنعت حسگرهای MEMS است.

کاربردهای پایین‌دستی محصولات حسگر MEMS الزامات بالاتری برای محصولات نازک‌تر و سبک‌تر دارند. از یک سو، تولیدکنندگان MEMS ساختار بسته‌بندی را بهبود می‌بخشند و اندازه دستگاه را کاهش می‌دهند و در عین حال عملکرد محصول را تضمین می‌کنند. از سوی دیگر، آنها اندازه تراشه را نیز کاهش می‌دهند. هنگامی که اندازه ویفر تکی ثابت شود، کاهش اندازه تراشه، خروجی تراشه را افزایش می‌دهد و به طور موثر هزینه متوسط ​​را کاهش می‌دهد. در آینده، با کوچک شدن اندازه MEMS، MEMS (سیستم‌های میکروالکترومکانیکی) به تدریج به NEMS (سیستم‌های نانوالکترومکانیکی) تبدیل می‌شوند و به کاهش مداوم در اندازه و هزینه دست می‌یابند.

ادغام

ادغام و همکاری چند حسگری تعداد حسگرهای نصب شده بر روی یک دستگاه واحد به تدریج در حال افزایش است. در عین حال، به منظور بهبود تأثیر تشخیص و جمع‌آوری سیگنال و درجه ادغام دستگاه‌ها، حسگرها شروع به ادغام و همکاری می‌کنند (به عنوان مثال، شتاب‌سنج‌ها، ژیروسکوپ‌ها، مغناطیس‌سنج‌ها و IMUها برای تشکیل یک گروه حسگر اینرسی ترکیب می‌شوند).

MEMS حساس به فشار انعطاف‌پذیر مزایای آشکاری دارد

در مقایسه با راه‌حل‌های خازنی سنتی، MEMS انعطاف‌پذیر الزامات کمتری در ساختار و فضای داخلی محصولات نهایی دارد، می‌تواند هزینه‌های مونتاژ را به طور مؤثر کاهش دهد و پتانسیل کاربرد زیادی در زمینه‌هایی مانند لمس حساس به فشار گوشی‌های هوشمند، محصولات پوشیدنی و اندازه‌گیری صنعتی/پزشکی دارد.

سناریوهای کاربردی متنوع

با توسعه هوش مصنوعی و فناوری اینترنت اشیا، سناریوهای کاربردی حسگرهای MEMS متنوع‌تر خواهند شد. حسگرهای MEMS یکی از سخت‌افزارهای زیربنایی مهم برای هوش مصنوعی هستند. هرچه داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط حسگرها غنی‌تر و دقیق‌تر باشند، عملکردهای هوش مصنوعی کامل‌تر خواهد بود.

در آینده، زمینه‌های صنعتی جدید مانند خانه‌های هوشمند، اینترنت صنعتی، اینترنت وسایل نقلیه و شهرهای هوشمند، فضای بازار گسترده‌ای را برای صنعت حسگرهای MEMS به ارمغان خواهند آورد.

سلب مسئولیت: این مقاله از «مجموعه منتخب اندیشکده لو جینگ» که از حمایت از حقوق مالکیت معنوی حمایت می‌کند، کپی شده است. لطفاً منبع اصلی و نویسنده بازنشر را ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه نقض، لطفاً برای حذف آن با ما تماس بگیرید.

شماره تلفن شرکت: +86-0755-83044319
فکس/فکس: +86-0755-83975897
ایمیل: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 مدیر لی

QQ: 332496225 مدیر کیو

آدرس: اتاق ۸۰۹، ساختمان C، ساختمان فناوری ژانتائو، پلاک ۱۰۷۹ خیابان مینزی، منطقه جدید لونگهوا، شنژن