System MEMS (Mikroelektronowo-Mechaniczne Systemy) odnosi się do urządzeń lub systemów w skali mikro lub nano, które mogą być produkowane partiami i integrują mikroczujniki, siłowniki, struktury mechaniczne, źródła zasilania, przetwarzanie sygnałów, obwody sterujące, wydajne zintegrowane urządzenia elektroniczne, interfejsy i komunikację.

Czujniki MEMS to interdyscyplinarna, nowatorska dziedzina badań, rozwijana w oparciu o technologię mikroelektroniki. Są to nowe czujniki wytwarzane z wykorzystaniem technologii mikroelektroniki i mikroobróbki.

W porównaniu z tradycyjnymi czujnikami charakteryzuje się niewielkimi rozmiarami, niską wagą, niskim kosztem, niskim zużyciem energii, wysoką niezawodnością, nadaje się do produkcji masowej, jest łatwy w integracji i inteligentyzacji.

Jednocześnie rozmiar czujnika rzędu mikronów pozwala na realizację pewnych funkcji, których nie da się zrealizować za pomocą tradycyjnych czujników mechanicznych.

Technologia MEMS jest jedną z rewolucyjnych technologii XXI wieku.

Wynalezienie tranzystora przez Bell Labs w Stanach Zjednoczonych w 1947 r. dało początek rozwojowi całej branży; w 1987 r. Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley wynalazł mikrosilnik, co uznaje się za początek technologii MEMS; w 1993 r. produkty mikroakcelerometrów ADI zostały wykorzystane na dużą skalę w samochodowych poduszkach powietrznych chroniących przed kolizjami, a technologia MEMS oficjalnie weszła w fazę industrializacji.

Od 2016 roku krajowa technologia czujników i przemysł dynamicznie się rozwijają. Jednocześnie, napędzane krajowym internetem rzeczy, siecią 5G, sztuczną inteligencją i innymi technologiami, czujniki nadal rozwijają się w kierunku technologii MEMS, inteligencji, sieci i systematyzacji.

Łańcuch przemysłowy MEMS: obejmujący cztery główne ogniwa

Łańcuch technologiczny MEMS składa się z czterech głównych ogniw: projektowania i prac badawczo-rozwojowych, produkcji i wytwarzania, pakowania i testowania oraz zastosowań systemowych.

Górny odcinek łańcucha dostaw branży MEMS obejmuje badania i rozwój oraz dostarczanie projektów urządzeń MEMS, materiałów i sprzętu produkcyjnego; środkowy odcinek obejmuje produkcję, przetwarzanie, pakowanie i testowanie urządzeń MEMS; dolny odcinek wykorzystuje produkty MEMS do integracji końcowych produktów elektronicznych.

Według statystyk, zdolność produkcyjna odlewni układów MEMS i czujników wzrośnie z 3.9 mln sztuk/miesiąc w 2019 r. do 4.7 mln sztuk/miesiąc w 2023 r.

Krajobraz konkurencyjny branży czujników MEMS

Dwoma wiodącymi firmami na światowym rynku czujników MEMS są Bosch i Broadcom Group, z których każda posiada około 12% udziałów w rynku.

Chiny są największą bazą produkcyjną i największym konsumentem produktów elektronicznych. W 2019 roku Chiny odpowiadały za ponad połowę światowego rynku urządzeń MEMS.

Jednak na rynku krajowym nadal dominują producenci zagraniczni, a tylko 6% z 10 największych producentów na rynku krajowym to producenci krajowi. Wśród nich Broadcom, Bosch i STMicroelectronics plasują się w pierwszej trójce z udziałami w rynku odpowiednio 11%, 8% i 4%.

Udział w strukturze branży czujników MEMS

Sądząc po proporcji globalnej struktury branży MEMS w 2019 r., głównym obszarem zastosowań jest elektronika użytkowa, na którą przypada blisko 60%, a elektronika samochodowa jest drugim co do wielkości obszarem zastosowań, na który przypada około 19%.

Sądząc po strukturze chińskiego rynku MEMS w 2019 r., sektor sieci i komunikacji, komputery i elektronika użytkowa odpowiadały za 50%, a sektor motoryzacyjny za 29%.

Korzystając ze stałego wzrostu produkcji elektroniki użytkowej, takiej jak smartfony i tablety w Chinach, rośnie również popyt na produkty MEMS, takie jak akcelerometry, żyroskopy i mikromikrofony, co sprawia, że ​​Chiny są najszybciej rozwijającym się regionem na światowym rynku MEMS.

elektronika

Obecnie elektronika użytkowa stanowi największy rynek zastosowań w globalnym przemyśle MEMS, a jej udział w całym sektorze MEMS stale rośnie. Produkty MEMS, takie jak radiowe układy MEMS, mikromikrofony, czujniki ciśnienia, akcelerometry, żyroskopy itp., są szeroko stosowane w produktach elektroniki użytkowej, takich jak smartfony i tablety.

W smartfonach czujniki MEMS znajdują szerokie zastosowanie w zakresie regulacji dźwięku, przełączania scen, rozpoznawania gestów, orientacji oraz czujników temperatury/ciśnienia/wilgotności.

W 2019 r. globalna wartość rynku układów MEMS w branży elektroniki użytkowej wyniosła około 7.163 mld USD, przy średniorocznej stopie wzrostu wynoszącej 8.4% w latach 2019–2024.

Elektronika samochodowa

Branża elektroniki samochodowej jest uważana za siłę napędową pierwszej fali zastosowań czujników MEMS, które poprawiają osiągi pojazdów dzięki czujnikom poduszek powietrznych, systemom monitorowania ciśnienia w oponach i kontroli stabilności pojazdu.

Percepcja informacji o otoczeniu stanowi podstawę systemów wspomagania jazdy. Jazda autonomiczna na poziomie L1/2 wymaga jedynie 1 modułu kamery, 1-3 radarów ultradźwiękowych i lidarów oraz 0-1 czujników fuzyjnych. Pojazdy autonomiczne na poziomie L4/5 wprowadzą 7-13 radarów ultradźwiękowych i lidarów, 6-8 modułów kamer, moduły V2X oraz wieloczujnikowe rozwiązania fuzyjne. Wartość nowych półprzewodników przekracza 1,000 dolarów amerykańskich.

zdrowie medyczne

Czujniki MEMS są powszechnie stosowane w biologicznych i medycznych produktach elektronicznych, takich jak rozruszniki serca, precyzyjne instrumenty chirurgiczne, maszyny medyczne, inteligentne protezy, glukometry, cyfrowe sfigmomanometry, analizatory gazów we krwi, cyfrowe pulsometry, monitory pracy serca, cyfrowe termometry, testy ciążowe, systemy przezskórnego podawania leków, systemy dializ i koncentratory tlenu itp.

Czujniki ciśnienia, mikroprzepływy, przepływomierze i akcelerometry zajmują znaczącą część rynku medycznych układów MEMS. Globalna wartość rynku układów MEMS w sektorze medycznym wyniosła 844 miliony dolarów w 2019 roku, przy średniorocznej stopie wzrostu na poziomie 7.5% w latach 2019-2024.

Internet przedmiotów

Popularność Internetu Rzeczy (IoT) znacznie poszerzyła spektrum zastosowań układów MEMS. Internet Rzeczy przyczynił się do powstania wielu nowych rynków, takich jak inteligentne głośniki, telewizory Smart TV, urządzenia noszone na ciele itp. Jednocześnie poziom inteligencji stale rośnie, co napędza wzrost wykorzystania układów MEMS w pojedynczych maszynach.

Proporcje typów urządzeń w branży czujników MEMS

W globalnej strukturze produktów MEMS, radiowe MEMS zajmują pierwsze miejsce z udziałem wynoszącym 19.2%, a spośród innych produktów, czujniki ciśnienia, mikrofony i akcelerometry mają udział przekraczający 10%.

Struktura rynku chińskiego jest podobna do światowej. Dane pokazują, że krajowe przychody ze sprzedaży produktów MEMS RF stanowiły 25.9% w 2019 roku; czujniki ciśnienia stanowiły 19.2%, plasując się na drugim miejscu, a mikrofony, układy inercyjne i akcelerometry odpowiednio 7.1%, 8.9% i 6.5%.

Mikrofon MEMS

Mikrofony MEMS to jeden z najszybciej rozwijających się segmentów rynku MEMS. Dobrobyt rynku mikrofonów MEMS wynika głównie z rozwoju smartfonów, inteligentnych głośników i zestawów słuchawkowych TWS.

Mikrofony MEMS to standardowa konfiguracja smartfonów. Niektóre smartfony z wyższej półki wykorzystują nawet 3 do 4 mikrofonów MEMS. Inteligentny głośnik może pomieścić od 2 do 8 mikrofonów MEMS, a para słuchawek TWS może mieć od 4 do 6 mikrofonów MEMS, co zapewnia dynamiczny wzrost na rynku mikrofonów MEMS.

Trendy rozwojowe chińskiego przemysłu czujników MEMS

miniaturyzacja

W obliczu przyszłości miniaturyzacji sprzętu i niskiego zużycia energii, ciągła redukcja rozmiarów produktów i ich kosztów stanowi jeden z ważnych trendów rozwojowych branży czujników MEMS.

W przypadku dalszych zastosowań czujników MEMS wymagania dotyczące cieńszych i lżejszych produktów są wyższe. Z jednej strony producenci MEMS ulepszają strukturę obudowy i zmniejszają rozmiar urządzenia, zapewniając jednocześnie wydajność produktu. Z drugiej strony, zmniejszają również rozmiar układu scalonego. Gdy rozmiar pojedynczego wafla jest stały, zmniejszenie rozmiaru układu scalonego zwiększa jego wydajność i skutecznie obniża średni koszt. W przyszłości, wraz ze zmniejszaniem się rozmiarów układów MEMS, układy MEMS (mikroelektromechaniczne) będą stopniowo przekształcać się w układy NEMS (nanoelektromechaniczne), co pozwoli na dalszą redukcję rozmiarów i kosztów.

Integracja

Fuzja i współpraca wielu czujników. Liczba czujników zamontowanych na jednym urządzeniu stopniowo rośnie. Jednocześnie, aby poprawić skuteczność rozpoznawania i gromadzenia sygnałów oraz stopień integracji urządzeń, czujniki zaczynają się łączyć i współpracować (na przykład akcelerometry, żyroskopy, magnetometry i IMU są łączone w celu utworzenia inercyjnej grupy czujników).

Elastyczny, wrażliwy na nacisk układ MEMS ma oczywiste zalety

W porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami pojemnościowymi elastyczne rozwiązania MEMS mają mniejsze wymagania co do struktury i przestrzeni wewnętrznej produktów końcowych, mogą skutecznie obniżyć koszty montażu i mają duży potencjał zastosowań w takich dziedzinach, jak smartfony wrażliwe na nacisk, produkty noszone na ciele oraz pomiary przemysłowe/medyczne.

Zróżnicowane scenariusze zastosowań

Wraz z rozwojem sztucznej inteligencji i technologii Internetu Rzeczy, scenariusze zastosowań czujników MEMS staną się bardziej zróżnicowane. Czujniki MEMS stanowią jeden z ważnych elementów sprzętowych sztucznej inteligencji. Im bogatsze i dokładniejsze dane gromadzą czujniki, tym bardziej kompletne będą funkcje sztucznej inteligencji.

W przyszłości nowe obszary przemysłu, takie jak inteligentne domy, przemysłowy Internet, Internet pojazdów i inteligentne miasta, stworzą szeroką przestrzeń rynkową dla branży czujników MEMS.

Zastrzeżenie: Niniejszy artykuł pochodzi z „Le Jing Think Tank Selection”, organizacji wspierającej ochronę praw własności intelektualnej. Prosimy o podanie oryginalnego źródła i autora przedruku. W przypadku naruszenia prosimy o kontakt w celu usunięcia przedruku.

Numer telefonu firmy: +86-0755-83044319
Faks/FAKS: +86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Menedżer Li

QQ: 332496225 Menedżer Qiu

Adres: Pokój 809, Budynek C, Budynek Technologii Zhantao, nr 1079 Minzhi Avenue, Nowa Dzielnica Longhua, Shenzhen