MEMS（マイクロ電子機械システム）システムとは、マイクロまたはナノスケールのデバイスまたはシステムを指し、バッチ生産が可能で、マイクロセンサー、アクチュエータ、機械構造、電源、信号処理、制御回路、高性能電子集積回路、インターフェース、および通信を統合したものである。

MEMSセンサーは、マイクロエレクトロニクス技術を基盤として発展した、学際的な最先端研究分野です。これらは、マイクロエレクトロニクス技術とマイクロマシニング技術を用いて製造される新しいセンサーです。

従来のセンサーと比較して、小型軽量、低コスト、低消費電力、高信頼性といった特徴を持ち、量産に適しており、統合やインテリジェント化が容易である。

同時に、ミクロンオーダーの微細構造により、従来の機械式センサーでは実現できない特定の機能を果たすことが可能になる。

MEMS技術は、21世紀における革新的な先端技術の一つである。

1947年にアメリカのベル研究所がトランジスタを発明したことが、この産業全体の発展の始まりでした。1987年には、カリフォルニア大学バークレー校がマイクロモーターを発明し、これがMEMS技術の始まりとされています。1993年には、ADIのマイクロ加速度計製品が自動車の衝突防止エアバッグに大量に採用され、MEMSは正式に産業化段階に入りました。

2016年以降、国内のセンサー技術と産業は急速に発展してきた。同時に、国内のIoT（モノのインターネット）、5G、人工知能などの技術に牽引され、センサーはMEMS（微小電気機械システム）、インテリジェント化、ネットワーク化、システム化の方向へと発展を続けている。

MEMS産業チェーン：4つの主要なリンクを含む

MEMS産業チェーンは主に、設計・研究開発、生産・製造、パッケージング・試験、システム応用という4つの主要な段階から構成されています。

MEMS産業チェーンの上流には、MEMSデバイスの設計、材料、製造設備の研究開発と供給が含まれ、中流にはMEMSデバイスの製造、加工、パッケージング、テストが含まれ、下流にはMEMS製品を使用して最終電子製品を統合する工程が含まれます。

統計によると、MEMSおよびセンサー製造工場の生産能力は、2019年の月間3.9万個から2023年には月間4.7万個に増加する見込みです。

MEMSセンサー業界の競争環境

世界のMEMSセンサー市場における主要2社はボッシュとブロードコム・グループであり、両社とも市場シェアの約12％を占めている。

中国は世界最大の電子製品生産拠点であり、世界最大の電子製品消費国でもある。2019年には、世界のMEMSデバイス市場の半分以上を中国が占めた。

しかしながら、国内市場は依然として外国メーカーが支配的であり、国内市場の上位10社のうち国内メーカーはわずか6%に過ぎない。その中でも、ブロードコム、ボッシュ、STマイクロエレクトロニクスはそれぞれ市場シェア11%、8%、4%で上位3社を占めている。

MEMSセンサー産業の構造シェア

2019年の世界のMEMS産業構造における割合から判断すると、民生用電子機器が主な応用分野で、約60％を占めており、車載用電子機器が2番目に大きな応用分野で、約19％を占めている。

2019年の中国のMEMS市場の構造から判断すると、ネットワークおよび通信、コンピュータ、および家電製品が50％を占め、自動車分野が29％を占めていた。

中国におけるスマートフォンやタブレットなどの民生用電子機器の生産量が着実に増加していることを背景に、加速度計、ジャイロスコープ、マイクロマイクなどのMEMS製品の需要も伸びており、中国は世界のMEMS市場において最も急速に成長している地域となっている。

家電

現在、世界のMEMS産業において、民生用電子機器は最大の応用市場であり、MEMS産業全体におけるその市場シェアは拡大を続けている。高周波MEMS、マイクロマイクロフォン、圧力センサー、加速度計、ジャイロスコープなどのMEMS製品は、スマートフォンやタブレットなどの民生用電子機器に幅広く利用されている。

スマートフォンにおいて、MEMSセンサーは、音響性能、シーン切り替え、ジェスチャー認識、方位認識、温度・圧力・湿度センサーなど、幅広い用途で活用されている。

2019年における世界のMEMS（微小電気機械システム）市場規模は、民生用電子機器分野で約71億6300万米ドルであり、2019年から2024年までの年平均成長率は8.4%であった。

カーエレクトロニクス

自動車エレクトロニクス業界は、MEMSセンサーの第一波の応用を牽引する存在と考えられており、エアバッグ衝突センサー、タイヤ空気圧監視システム、車両安定制御システムなどによって車両性能を向上させている。

環境情報の認識は、運転支援システムの基盤となる。レベル1/2の自動運転では、カメラモジュール1個、超音波レーダーとライダー1～3個、フュージョンセンサー0～1個のみが必要となる。レベル4/5の自動運転車では、超音波レーダーとライダー7～13個、カメラモジュール6～8個、V2Xモジュール、マルチセンサーフュージョンソリューションが導入される。新しい半導体の価格は1,000米ドルを超える。

医療健康

MEMSセンサーは、ペースメーカー、精密手術器具、医療機器、スマート義肢、血糖値計、デジタル血圧計、血液ガス分析装置、デジタル脈拍計、心拍数モニター、デジタル体温計、妊娠検査薬、経皮薬物送達システム、透析システム、酸素濃縮器など、生物医学用電子製品に幅広く使用されています。

圧力センサー、マイクロ流体デバイス、流量計、加速度計は、医療用MEMS市場において大きなシェアを占めています。医療分野における世界のMEMS市場規模は、2019年に8億4400万米ドルに達し、2019年から2024年までの年平均成長率は7.5%でした。

モノのインターネット

モノのインターネット（IoT）の普及により、MEMSの応用分野は大きく拡大しました。IoTは、スマートスピーカー、スマートテレビ、ウェアラブルデバイスなど、多くの新たな市場を生み出しました。同時に、インテリジェンスのレベルも絶えず向上しており、単体機器におけるMEMSの利用拡大を後押ししています。

MEMSセンサー業界におけるデバイスタイプの比率

世界のMEMS製品構成において、無線周波数MEMSが19.2%のシェアで第1位を占め、その他の製品では、圧力センサー、マイクロホン、加速度センサーが10%以上のシェアを占めている。

中国の市場構造は世界と類似している。データによると、2019年の国内RF MEMS製品の売上高は全体の25.9%を占め、圧力センサーが19.2%で2位、マイクロホン、慣性センサー、加速度センサーはそれぞれ7.1%、8.9%、6.5%を占めた。

MEMSマイク

MEMSマイクロフォンは、MEMS市場の中でも最も急速に成長している分野の一つです。MEMSマイクロフォン市場の繁栄は、主にスマートフォン、スマートスピーカー、TWSヘッドセットの開発によって支えられています。

MEMSマイクロフォンはスマートフォンの標準構成となっています。一部のハイエンドスマートフォンでは、3～4個のMEMSマイクロフォンが搭載されています。スマートスピーカーには2～8個、TWSイヤホンには4～6個のMEMSマイクロフォンが搭載されており、MEMSマイクロフォン市場は力強い成長を遂げています。

中国MEMSセンサー産業の発展動向

小型化

機器の小型化と低エネルギー消費が進む将来において、製品サイズと製品コストの継続的な削減は、MEMSセンサー産業の重要な発展動向の一つである。

MEMSセンサー製品の下流アプリケーションでは、より薄型軽量な製品に対する要求が高まっています。MEMSメーカーは、製品性能を維持しながら、パッケージ構造の改善とデバイスの小型化を進める一方で、チップサイズの縮小にも取り組んでいます。単一ウェハのサイズが一定の場合、チップサイズの縮小はチップの生産量を増加させ、平均コストを効果的に削減します。今後、MEMSのサイズが縮小するにつれて、MEMS（微小電気機械システム）は徐々にNEMS（ナノ電気機械システム）へと移行し、サイズとコストの継続的な削減を実現していくと考えられます。

統合

マルチセンサーの融合と連携 単一デバイスに搭載されるセンサーの数は徐々に増加しています。同時に、信号認識と収集の効果、およびデバイスの統合度を向上させるために、センサーの融合と連携が実現され始めています（例えば、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、IMUを組み合わせて慣性センサー群を形成するなど）。

柔軟な感圧MEMSには明らかな利点がある

従来の静電容量式ソリューションと比較して、フレキシブルMEMSは最終製品の構造や内部空間に対する要求が低く、組み立てコストを効果的に削減できるため、スマートフォンの感圧タッチ、ウェアラブル製品、産業・医療計測などの分野で大きな応用可能性を秘めている。

多様なアプリケーションシナリオ

人工知能とIoT技術の発展に伴い、MEMSセンサーの応用分野はますます多様化していくでしょう。MEMSセンサーは、人工知能の重要な基盤となるハードウェアの一つです。センサーによって収集されるデータが豊富で正確であればあるほど、人工知能の機能はより充実します。

将来的には、スマートホーム、産業用インターネット、コネクテッドカー、スマートシティといった新たな産業分野が、MEMSセンサー産業に幅広い市場機会をもたらすだろう。

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