Le système MEMS (Microelectron Mechanical Systems) désigne des dispositifs ou des systèmes à l'échelle micro ou nano qui peuvent être produits en lots et intégrer des micro-capteurs, des actionneurs, des structures mécaniques, des sources d'énergie, le traitement du signal, des circuits de commande, des dispositifs électroniques intégrés haute performance, des interfaces et des communications.

Les capteurs MEMS constituent un domaine de recherche multidisciplinaire de pointe, développé à partir de la technologie microélectronique. Ce sont des capteurs novateurs fabriqués grâce aux technologies de microélectronique et de micro-usinage.

Comparé aux capteurs traditionnels, il présente les caractéristiques suivantes : petite taille, poids léger, faible coût, faible consommation d’énergie, haute fiabilité, aptitude à la production de masse, intégration et intelligence faciles.

Parallèlement, la taille des éléments, de l'ordre du micron, lui permet d'accomplir certaines fonctions que les capteurs mécaniques traditionnels ne peuvent pas réaliser.

La technologie MEMS est l'une des technologies de pointe révolutionnaires du XXIe siècle.

L'invention du transistor par les Bell Labs aux États-Unis en 1947 a été à l'origine du développement de toute l'industrie ; en 1987, l'Université de Californie à Berkeley a inventé le micromoteur, considéré comme le début de la technologie MEMS ; en 1993, les micro-accéléromètres d'ADI ont été utilisés en grande quantité dans les airbags anti-collision automobiles, et la technologie MEMS est officiellement entrée dans sa phase d'industrialisation.

Depuis 2016, le secteur des capteurs en Chine a connu un développement rapide. Parallèlement, sous l'impulsion de l'Internet des objets, de la 5G, de l'intelligence artificielle et d'autres technologies chinoises, les capteurs ont continué d'évoluer vers les MEMS, l'intelligence artificielle, la mise en réseau et la systématisation.

Chaîne de valeur de l'industrie MEMS : quatre maillons principaux

La chaîne de valeur de l'industrie des MEMS comprend principalement quatre maillons majeurs : la conception et la R&D, la production et la fabrication, le conditionnement et les tests, et l'application du système.

L'amont de la chaîne industrielle des MEMS comprend la R&D et la fourniture de la conception des dispositifs MEMS, des matériaux et des équipements de production ; le milieu de la chaîne comprend la fabrication, le traitement, l'emballage et les tests des dispositifs MEMS ; et l'aval utilise les produits MEMS pour intégrer des produits électroniques terminaux.

Selon les statistiques, la capacité de production des fonderies de MEMS et de capteurs passera de 3.9 millions de pièces/mois en 2019 à 4.7 millions de pièces/mois en 2023.

Paysage concurrentiel de l'industrie des capteurs MEMS

Les deux principaux acteurs du marché mondial des capteurs MEMS sont Bosch et Broadcom Group, qui détiennent chacun environ 12 % des parts de marché.

La Chine est le premier producteur et le premier consommateur mondial de produits électroniques. En 2019, elle représentait plus de la moitié du marché mondial des dispositifs MEMS.

Cependant, le marché intérieur reste dominé par les fabricants étrangers, et seulement 6 % des dix premiers fabricants sont nationaux. Parmi eux, Broadcom, Bosch et STMicroelectronics figurent parmi les trois premiers, avec des parts de marché respectives de 11 %, 8 % et 4 %.

part de marché dans la structure de l'industrie des capteurs MEMS

Si l'on en juge par la répartition de la structure de l'industrie mondiale des MEMS en 2019, l'électronique grand public est le principal domaine d'application, représentant près de 60 %, et l'électronique automobile est le deuxième domaine d'application le plus important, représentant environ 19 %.

Si l'on en juge par la structure du marché chinois des MEMS en 2019, les réseaux et les communications, les ordinateurs et l'électronique grand public représentaient 50 %, et le secteur automobile 29 %.

Grâce à la croissance soutenue de la production de produits électroniques grand public tels que les smartphones et les tablettes en Chine, la demande de produits MEMS tels que les accéléromètres, les gyroscopes et les micro-microphones est également en hausse, faisant de la Chine la région à la croissance la plus rapide sur le marché mondial des MEMS.

l'électronique grand public

Actuellement, l'électronique grand public représente le principal marché d'application de l'industrie mondiale des MEMS, et sa part de marché au sein de cette industrie est en constante augmentation. Les produits MEMS, tels que les MEMS radiofréquence, les micro-microphones, les capteurs de pression, les accéléromètres et les gyroscopes, sont largement utilisés dans les produits électroniques grand public, notamment les smartphones et les tablettes.

Sur les smartphones, les capteurs MEMS offrent un large éventail d'applications dans les domaines suivants : performances sonores, commutation de scènes, reconnaissance gestuelle, orientation et capteurs de température/pression/humidité.

En 2019, la taille du marché mondial des MEMS dans le domaine de l'électronique grand public était d'environ 7.163 milliards de dollars américains, avec un taux de croissance annuel composé de 8.4 % de 2019 à 2024.

Électronique automobile

L'industrie de l'électronique automobile est considérée comme le moteur de la première vague d'applications des capteurs MEMS, qui améliorent les performances des véhicules grâce à des capteurs de collision pour les airbags, des systèmes de surveillance de la pression des pneus et un système de contrôle de la stabilité du véhicule.

La perception des informations environnementales est essentielle aux systèmes d'aide à la conduite. La conduite autonome de niveau 1/2 ne requiert qu'un module caméra, un à trois radars et lidars à ultrasons, et un ou deux capteurs de fusion. Les véhicules autonomes de niveau 4/5 intégreront de sept à treize radars et lidars à ultrasons, de six à huit modules caméra, des modules V2X et des solutions de fusion multisensorielle. Le coût de ces nouveaux semi-conducteurs dépasse 1 000 dollars américains.

santé médicale

Les capteurs MEMS sont largement utilisés dans les produits électroniques biologiques et médicaux, tels que les stimulateurs cardiaques, les instruments chirurgicaux de précision, les machines médicales, les prothèses intelligentes, les glucomètres, les tensiomètres numériques, les analyseurs de gaz du sang, les tensiomètres numériques, les moniteurs de fréquence cardiaque, les thermomètres numériques, les tests de grossesse, les systèmes d'administration transdermique de médicaments, les systèmes de dialyse et les concentrateurs d'oxygène, etc.

Les capteurs de pression, la microfluidique, les débitmètres et les accéléromètres représentent une part importante du marché des MEMS médicaux. Ce marché mondial s'élevait à 844 millions de dollars américains en 2019, avec un taux de croissance annuel composé de 7.5 % entre 2019 et 2024.

Internet des objets

La popularisation de l'Internet des objets a considérablement élargi les applications des MEMS. L'Internet des objets a engendré de nombreux marchés émergents, tels que les enceintes connectées, les téléviseurs intelligents et les objets connectés portables. Parallèlement, le niveau d'intelligence de ces dispositifs ne cesse de progresser, favorisant ainsi l'intégration croissante des MEMS dans les appareils individuels.

Proportion des types d'appareils dans l'industrie des capteurs MEMS

Dans la structure mondiale des produits MEMS, les MEMS à radiofréquence occupent la première place avec une part de 19.2 %, et parmi les autres produits, les capteurs de pression, les microphones et les accéléromètres représentent plus de 10 %.

La structure du marché chinois est similaire à celle du reste du monde. Les données montrent qu'en 2019, les revenus générés par les produits RF MEMS nationaux représentaient 25.9 % du chiffre d'affaires total ; les capteurs de pression, en deuxième position, en représentaient 19.2 %, tandis que les microphones, les centrales inertielles et les accéléromètres représentaient respectivement 7.1 %, 8.9 % et 6.5 %.

Micro MEMS

Les microphones MEMS constituent l'un des segments du marché des MEMS connaissant la croissance la plus rapide. La prospérité de ce marché est principalement due au développement des smartphones, des enceintes intelligentes et des écouteurs sans fil (TWS).

Les microphones MEMS sont désormais un composant standard des smartphones. Certains modèles haut de gamme en intègrent même 3 ou 4. Une enceinte connectée peut en embarquer de 2 à 8, et une paire d'écouteurs TWS de 4 à 6, ce qui dynamise le marché des microphones MEMS.

Tendances de développement de l'industrie chinoise des capteurs MEMS

miniaturisation

Dans le contexte futur de la miniaturisation des équipements et de la faible consommation d'énergie, la réduction continue de la taille et du coût des produits constitue l'une des tendances de développement importantes de l'industrie des capteurs MEMS.

Les applications en aval des capteurs MEMS exigent des produits toujours plus fins et légers. D'une part, les fabricants de MEMS améliorent la structure du boîtier et réduisent la taille du dispositif tout en préservant ses performances. D'autre part, ils réduisent également la taille de la puce. À taille de plaquette constante, la réduction de la taille de la puce augmente son rendement et diminue de fait le coût moyen. À l'avenir, avec la miniaturisation des MEMS (systèmes microélectromécaniques), ces derniers évolueront progressivement vers les NEMS (systèmes nanoélectromécaniques), permettant ainsi des réductions continues de la taille et du coût.

Intégration :

Fusion et collaboration multisensorielles : Le nombre de capteurs intégrés à un même appareil augmente progressivement. Parallèlement, afin d’améliorer la reconnaissance et la collecte des signaux ainsi que le degré d’intégration des appareils, les capteurs commencent à fusionner et à collaborer (par exemple, accéléromètres, gyroscopes, magnétomètres et centrales inertielles sont combinés pour former un groupe de capteurs inertiels).

Les MEMS flexibles sensibles à la pression présentent des avantages évidents

Comparé aux solutions capacitives traditionnelles, le MEMS flexible présente des exigences moindres en matière de structure et d'espace interne des produits finaux, permet de réduire efficacement les coûts d'assemblage et offre un grand potentiel d'application dans des domaines tels que les écrans tactiles sensibles à la pression des smartphones, les produits portables et les mesures industrielles/médicales.

Scénarios d'application diversifiés

Avec le développement de l'intelligence artificielle et de l'Internet des objets, les applications des capteurs MEMS se diversifient. Ces capteurs constituent un élément matériel fondamental de l'intelligence artificielle. Plus les données qu'ils collectent sont riches et précises, plus les fonctionnalités de l'intelligence artificielle sont complètes.

À l'avenir, de nouveaux secteurs industriels tels que les maisons intelligentes, l'Internet industriel, l'Internet des véhicules et les villes intelligentes offriront de vastes opportunités de marché à l'industrie des capteurs MEMS.

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