एमईएमएस (माइक्रोइलेक्ट्रॉन मैकेनिकल सिस्टम) प्रणाली से तात्पर्य सूक्ष्म या नैनो-स्तरीय उपकरणों या प्रणालियों से है जिनका उत्पादन बैचों में किया जा सकता है और जिनमें सूक्ष्म सेंसर, एक्चुएटर, यांत्रिक संरचनाएं, विद्युत स्रोत, सिग्नल प्रोसेसिंग, नियंत्रण सर्किट, उच्च-प्रदर्शन इलेक्ट्रॉनिक एकीकृत उपकरण, इंटरफेस और संचार को एकीकृत किया जा सकता है।

एमईएमएस सेंसर सूक्ष्म इलेक्ट्रॉनिक्स प्रौद्योगिकी के आधार पर विकसित एक बहुविषयक अत्याधुनिक अनुसंधान क्षेत्र है। ये सूक्ष्म इलेक्ट्रॉनिक्स और माइक्रोमशीनिंग प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके निर्मित नए सेंसर हैं।

परंपरागत सेंसरों की तुलना में, इसमें छोटे आकार, हल्के वजन, कम लागत, कम बिजली की खपत, उच्च विश्वसनीयता, बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्तता, आसान एकीकरण और बुद्धिमत्ता जैसी विशेषताएं हैं।

साथ ही, माइक्रोन के क्रम में इसकी फीचर साइज इसे कुछ ऐसे कार्यों को पूरा करने की अनुमति देती है जो पारंपरिक यांत्रिक सेंसर द्वारा प्राप्त नहीं किए जा सकते हैं।

एमईएमएस तकनीक 21वीं सदी की क्रांतिकारी उच्च तकनीकों में से एक है।

सन् 1947 में संयुक्त राज्य अमेरिका में बेल लैब्स द्वारा ट्रांजिस्टर का आविष्कार पूरे उद्योग के विकास का मूल था; 1987 में, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले ने माइक्रोमोटर का आविष्कार किया, जिसे एमईएमएस प्रौद्योगिकी की शुरुआत माना जाता है; 1993 में, एडीआई के माइक्रो एक्सेलेरोमीटर उत्पादों का उपयोग ऑटोमोबाइल एंटी-कोलिजन एयरबैग में बड़ी मात्रा में किया गया, और एमईएमएस ने आधिकारिक तौर पर औद्योगीकरण के चरण में प्रवेश किया।

2016 से, घरेलू सेंसर प्रौद्योगिकी और उद्योग का तेजी से विकास हुआ है। साथ ही, घरेलू इंटरनेट ऑफ थिंग्स, 5G, कृत्रिम बुद्धिमत्ता और अन्य प्रौद्योगिकियों के कारण, सेंसर एमईएमएस, बुद्धिमत्ता, नेटवर्किंग और व्यवस्थितीकरण की दिशा में लगातार विकसित हो रहे हैं।

एमईएमएस उद्योग श्रृंखला: इसमें चार प्रमुख कड़ियाँ शामिल हैं

एमईएमएस उद्योग श्रृंखला में मुख्य रूप से चार प्रमुख कड़ियाँ शामिल हैं: डिजाइन और अनुसंधान एवं विकास, उत्पादन और विनिर्माण, पैकेजिंग और परीक्षण, और सिस्टम अनुप्रयोग।

एमईएमएस उद्योग श्रृंखला के अपस्ट्रीम में एमईएमएस डिवाइस डिजाइन, सामग्री और उत्पादन उपकरण के अनुसंधान एवं विकास और आपूर्ति शामिल हैं, मिडस्ट्रीम में एमईएमएस उपकरणों का निर्माण, प्रसंस्करण, पैकेजिंग और परीक्षण शामिल हैं, और डाउनस्ट्रीम में टर्मिनल इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों को एकीकृत करने के लिए एमईएमएस उत्पादों का उपयोग किया जाता है।

आंकड़ों के अनुसार, एमईएमएस और सेंसर फाउंड्री की उत्पादन क्षमता 2019 में 3.9 मिलियन पीस/माह से बढ़कर 2023 में 4.7 मिलियन पीस/माह हो जाएगी।

एमईएमएस सेंसर उद्योग का प्रतिस्पर्धी परिदृश्य

वैश्विक एमईएमएस सेंसर बाजार में दो प्रमुख अग्रणी कंपनियां बॉश और ब्रॉडकॉम ग्रुप हैं, जिनमें से प्रत्येक की बाजार हिस्सेदारी लगभग 12% है।

चीन इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों का सबसे बड़ा उत्पादन केंद्र और सबसे बड़ा उपभोक्ता है। 2019 में, वैश्विक MEMS उपकरण बाजार में चीन की हिस्सेदारी आधे से अधिक थी।

हालांकि, घरेलू बाजार में अभी भी विदेशी निर्माताओं का दबदबा है, और घरेलू बाजार के शीर्ष 10 निर्माताओं में से केवल 6% ही घरेलू निर्माता हैं। इनमें ब्रॉडकॉम, बॉश और एसटीमाइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स क्रमशः 11%, 8% और 4% बाजार हिस्सेदारी के साथ शीर्ष तीन में शामिल हैं।

एमईएमएस सेंसर उद्योग संरचना का हिस्सा

2019 में वैश्विक एमईएमएस उद्योग संरचना के अनुपात को देखते हुए, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स मुख्य अनुप्रयोग क्षेत्र है, जिसका हिस्सा लगभग 60% है, और ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स दूसरा सबसे बड़ा अनुप्रयोग क्षेत्र है, जिसका हिस्सा लगभग 19% है।

2019 में चीन के एमईएमएस बाजार की संरचना को देखते हुए, नेटवर्क और संचार, कंप्यूटर और उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स का हिस्सा 50% था, जबकि ऑटोमोटिव क्षेत्र का हिस्सा 29% था।

चीन में स्मार्टफोन और टैबलेट जैसे उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स उत्पादों के उत्पादन में लगातार वृद्धि से लाभान्वित होते हुए, एक्सेलेरोमीटर, जाइरोस्कोप और माइक्रो माइक्रोफोन जैसे एमईएमएस उत्पादों की मांग भी बढ़ रही है, जिससे चीन वैश्विक एमईएमएस बाजार में सबसे तेजी से बढ़ने वाला क्षेत्र बन गया है।

उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स

वर्तमान में, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स वैश्विक एमईएमएस उद्योग में सबसे बड़ा अनुप्रयोग बाजार है, और संपूर्ण एमईएमएस उद्योग में इसकी बाजार हिस्सेदारी लगातार बढ़ रही है। रेडियो फ्रीक्वेंसी एमईएमएस, माइक्रो माइक्रोफोन, प्रेशर सेंसर, एक्सेलेरोमीटर, जाइरोस्कोप आदि सहित एमईएमएस उत्पाद स्मार्टफोन और टैबलेट जैसे उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स उत्पादों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।

स्मार्टफ़ोन में, MEMS सेंसर ध्वनि प्रदर्शन, दृश्य परिवर्तन, हावभाव पहचान, दिशा निर्धारण और तापमान/दबाव/आर्द्रता सेंसर में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करते हैं।

2019 में, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्र में वैश्विक MEMS बाजार का आकार लगभग 7.163 बिलियन अमेरिकी डॉलर था, जिसमें 2019 से 2024 तक 8.4% की चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर थी।

मोटर वाहन इलेक्ट्रॉनिक्स

ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग को एमईएमएस सेंसर के अनुप्रयोगों की पहली लहर का चालक माना जाता है, जो एयर बैग टक्कर सेंसर, टायर प्रेशर मॉनिटरिंग सिस्टम और वाहन स्थिरता नियंत्रण के साथ वाहन के प्रदर्शन को बढ़ाते हैं।

पर्यावरणीय जानकारी की समझ ड्राइविंग सहायता प्रणालियों का आधार है। L1/2 स्तर की स्वायत्त ड्राइविंग के लिए केवल 1 कैमरा मॉड्यूल, 1-3 अल्ट्रासोनिक रडार और लिडार, और 0-1 फ्यूजन सेंसर की आवश्यकता होती है। L4/5 स्तर के स्वायत्त वाहनों में 7-13 अल्ट्रासोनिक रडार और लिडार, 6-8 कैमरा मॉड्यूल, V2X मॉड्यूल और मल्टी-सेंसर फ्यूजन समाधान शामिल होंगे। नए सेमीकंडक्टरों का मूल्य 1,000 अमेरिकी डॉलर से अधिक है।

मेडिकल हेल्थ

एमईएमएस सेंसर का व्यापक रूप से जैविक और चिकित्सा इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों में उपयोग किया जाता है, जैसे कि पेसमेकर, सटीक शल्य चिकित्सा उपकरण, चिकित्सा मशीनें, स्मार्ट प्रोस्थेसिस, रक्त ग्लूकोज मीटर, डिजिटल स्फिग्मोमैनोमीटर, रक्त गैस विश्लेषक, डिजिटल पल्स, हृदय गति मॉनिटर, डिजिटल थर्मामीटर, गर्भावस्था परीक्षण, ट्रांसडर्मल दवा वितरण प्रणाली, डायलिसिस प्रणाली और ऑक्सीजन सांद्रक आदि।

प्रेशर सेंसर, माइक्रोफ्लुइडिक्स, फ्लो मीटर और एक्सेलेरोमीटर मेडिकल एमईएमएस बाजार का एक बड़ा हिस्सा हैं। चिकित्सा क्षेत्र में वैश्विक एमईएमएस बाजार का आकार 2019 में 844 मिलियन अमेरिकी डॉलर था, जिसमें 2019 से 2024 तक 7.5% की चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर दर्ज की गई।

चीजों की इंटरनेट

इंटरनेट ऑफ थिंग्स के प्रसार ने एमईएमएस के अनुप्रयोग परिदृश्यों का व्यापक विस्तार किया है। इंटरनेट ऑफ थिंग्स ने स्मार्ट स्पीकर, स्मार्ट टीवी, पहनने योग्य उपकरण आदि जैसे कई नए बाज़ार विकसित किए हैं। साथ ही, बुद्धिमत्ता का स्तर भी लगातार बढ़ रहा है, जिससे एकल मशीनों में एमईएमएस के उपयोग में वृद्धि हो रही है।

एमईएमएस सेंसर उद्योग में उपकरण प्रकारों का अनुपात

वैश्विक एमईएमएस उत्पाद संरचना में, रेडियो फ्रीक्वेंसी एमईएमएस 19.2% की हिस्सेदारी के साथ पहले स्थान पर है, और अन्य उत्पादों में, दबाव सेंसर, माइक्रोफोन और एक्सेलेरोमीटर की हिस्सेदारी 10% से अधिक है।

चीन की बाजार संरचना विश्व की बाजार संरचना के समान है। आंकड़ों से पता चलता है कि 2019 में घरेलू आरएफ एमईएमएस उत्पाद राजस्व का हिस्सा 25.9% था; दबाव सेंसर का हिस्सा 19.2% था, जो दूसरे स्थान पर रहा, और माइक्रोफोन, इनर्टियल कॉम्बिनेशन और एक्सेलेरोमीटर का हिस्सा क्रमशः 7.1%, 8.9% और 6.5% था।

एमईएमएस माइक्रोफोन

एमईएमएस माइक्रोफोन, एमईएमएस बाजार के सबसे तेजी से बढ़ते क्षेत्रों में से एक हैं। एमईएमएस माइक्रोफोन बाजार की समृद्धि मुख्य रूप से स्मार्टफोन, स्मार्ट स्पीकर और टीडब्ल्यूएस हेडसेट के विकास से लाभान्वित होती है।

एमईएमएस माइक्रोफोन स्मार्टफोन का एक मानक कॉन्फ़िगरेशन है। कुछ उच्च-स्तरीय स्मार्टफोन में तो 3 से 4 एमईएमएस माइक्रोफोन भी होते हैं। एक स्मार्ट स्पीकर में 2 से 8 एमईएमएस माइक्रोफोन हो सकते हैं, और एक जोड़ी टीडब्ल्यूएस हेडफोन में 4 से 6 एमईएमएस माइक्रोफोन हो सकते हैं, जिससे एमईएमएस माइक्रोफोन बाजार में तीव्र वृद्धि हो रही है।

चीन के एमईएमएस सेंसर उद्योग के विकास के रुझान

miniaturization

उपकरणों के लघुकरण और कम ऊर्जा खपत के भविष्य में, उत्पाद के आकार और उत्पाद लागत में निरंतर कमी एमईएमएस सेंसर उद्योग के महत्वपूर्ण विकास रुझानों में से एक है।

एमईएमएस सेंसर उत्पादों के आगे के अनुप्रयोगों में पतले और हल्के उत्पादों की उच्च आवश्यकता होती है। एक ओर, एमईएमएस निर्माता उत्पाद के प्रदर्शन को सुनिश्चित करते हुए पैकेजिंग संरचना में सुधार करके उपकरण का आकार कम करते हैं। दूसरी ओर, वे चिप का आकार भी कम करते हैं। जब एकल वेफर का आकार निश्चित होता है, तो चिप का आकार कम करने से चिप का उत्पादन बढ़ता है और औसत लागत प्रभावी रूप से कम हो जाती है। भविष्य में, जैसे-जैसे एमईएमएस का आकार छोटा होता जाएगा, एमईएमएस (माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम) धीरे-धीरे एनईएमएस (नैनोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम) में परिवर्तित हो जाएंगे और आकार और लागत में लगातार कमी हासिल करेंगे।

एकीकरण

बहु-संवेदक संलयन और सहयोग: एक ही उपकरण पर लगे संवेदकों की संख्या धीरे-धीरे बढ़ रही है। साथ ही, सिग्नल पहचान और संग्रह के प्रभाव को बेहतर बनाने और उपकरणों के एकीकरण की डिग्री को बढ़ाने के लिए, संवेदक संलयन और सहयोग प्राप्त करने लगे हैं (उदाहरण के लिए, त्वरणमापी, जाइरोस्कोप, चुंबकमापी और आईएमयू को मिलाकर एक जड़त्वीय संवेदक समूह बनाया जाता है)।

लचीले दबाव-संवेदनशील MEMS के स्पष्ट लाभ हैं।

परंपरागत कैपेसिटिव समाधानों की तुलना में, फ्लेक्सिबल एमईएमएस में अंतिम उत्पादों की संरचना और आंतरिक स्थान पर कम आवश्यकताएं होती हैं, यह असेंबली लागत को प्रभावी ढंग से कम कर सकता है, और स्मार्टफोन प्रेशर-सेंसिटिव टच, पहनने योग्य उत्पादों और औद्योगिक/चिकित्सा माप जैसे क्षेत्रों में इसकी अपार अनुप्रयोग क्षमता है।

विविध अनुप्रयोग परिदृश्य

कृत्रिम बुद्धिमत्ता और इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT) तकनीक के विकास के साथ, MEMS सेंसर के अनुप्रयोग परिदृश्य और भी विविध हो जाएंगे। MEMS सेंसर कृत्रिम बुद्धिमत्ता के लिए महत्वपूर्ण आधारभूत हार्डवेयर में से एक हैं। सेंसर द्वारा एकत्रित डेटा जितना समृद्ध और सटीक होगा, कृत्रिम बुद्धिमत्ता के कार्य उतने ही अधिक पूर्ण होंगे।

भविष्य में, स्मार्ट होम, औद्योगिक इंटरनेट, वाहनों का इंटरनेट और स्मार्ट शहर जैसे नए औद्योगिक क्षेत्र एमईएमएस सेंसर उद्योग के लिए व्यापक बाजार अवसर लाएंगे।

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