MEMS (микроэлектронно-механические системы) — это системы или устройства микро- или наномасштаба, которые могут производиться партиями и объединять микросенсоры, исполнительные механизмы, механические конструкции, источники питания, системы обработки сигналов, схемы управления, высокопроизводительные электронные интегральные схемы, интерфейсы и средства связи.

MEMS-датчики — это междисциплинарная передовая область исследований, разработанная на основе микроэлектронных технологий. Это новые датчики, изготавливаемые с использованием микроэлектронных и микромеханических технологий.

По сравнению с традиционными датчиками, он обладает такими характеристиками, как малый размер, легкий вес, низкая стоимость, низкое энергопотребление, высокая надежность, пригодность для массового производства, простота интеграции и интеллектуализация.

В то же время, размер элементов порядка микрон позволяет ему выполнять определенные функции, недоступные для традиционных механических датчиков.

Технология MEMS — одна из революционных высоких технологий XXI века.

Изобретение транзистора компанией Bell Labs в США в 1947 году положило начало развитию всей отрасли; в 1987 году Калифорнийский университет в Беркли изобрел микромотор, который считается началом технологии MEMS; в 1993 году микроакселерометры компании ADI стали широко использоваться в автомобильных подушках безопасности для предотвращения столкновений, и технология MEMS официально вступила в стадию индустриализации.

Начиная с 2016 года, отечественные сенсорные технологии и промышленность стремительно развиваются. Одновременно с этим, благодаря развитию отечественного интернета вещей, 5G, искусственного интеллекта и других технологий, сенсоры продолжают развиваться в направлении MEMS, интеллектуальных систем, сетевых технологий и систематизации.

Производственная цепочка MEMS-технологий: четыре основных звена.

В основе производственной цепочки MEMS лежат четыре основных звена: проектирование и НИОКР, производство и изготовление, упаковка и тестирование, а также системное применение.

В цепочке поставок MEMS-технологии на начальном этапе находятся исследования и разработки, а также поставка оборудования, материалов и компонентов для проектирования MEMS-устройств; на среднем этапе – производство, обработка, упаковка и тестирование MEMS-устройств; а на заключительном этапе – использование MEMS-продуктов для интеграции в конечные электронные устройства.

Согласно статистике, производственная мощность предприятий по выпуску MEMS-устройств и сенсоров увеличится с 3.9 миллионов штук в месяц в 2019 году до 4.7 миллионов штук в месяц в 2023 году.

Конкурентная среда в индустрии MEMS-датчиков

Двумя основными лидерами на мировом рынке MEMS-датчиков являются Bosch и Broadcom Group, каждая из которых занимает около 12% рынка.

Китай является крупнейшей базой по производству электронной продукции и крупнейшим потребителем электронных товаров. В 2019 году на Китай приходилось более половины мирового рынка MEMS-устройств.

Однако на внутреннем рынке по-прежнему доминируют иностранные производители, и только 6% из 10 ведущих производителей на внутреннем рынке являются отечественными. Среди них Broadcom, Bosch и STMicroelectronics входят в тройку лидеров с долями рынка 11%, 8% и 4% соответственно.

Доля в структуре отрасли MEMS-датчиков

Судя по доле в структуре мировой индустрии MEMS в 2019 году, основной областью применения является потребительская электроника, на которую приходится почти 60%, а второй по величине областью применения — автомобильная электроника, на которую приходится около 19%.

Судя по структуре китайского рынка MEMS в 2019 году, на сетевые и коммуникационные технологии, компьютеры и бытовую электронику приходилось 50%, а на автомобильную промышленность — 29%.

Благодаря устойчивому росту производства потребительской электроники, такой как смартфоны и планшеты, в Китае, растет и спрос на MEMS-продукты, такие как акселерометры, гироскопы и микромикрофоны, что делает Китай самым быстрорастущим регионом на мировом рынке MEMS.

бытовая электроника

В настоящее время потребительская электроника является крупнейшим рынком применения в мировой индустрии MEMS, и её рыночная доля в общей индустрии MEMS постоянно растёт. MEMS-продукты, включая радиочастотные MEMS, микромикрофоны, датчики давления, акселерометры, гироскопы и т.д., широко используются в потребительской электронике, представленной смартфонами и планшетами.

В смартфонах MEMS-датчики находят широкое применение в таких областях, как воспроизведение звука, переключение сцен, распознавание жестов, определение ориентации, а также в качестве датчиков температуры, давления и влажности.

В 2019 году объем мирового рынка MEMS в сфере потребительской электроники составил приблизительно 7.163 миллиарда долларов США, при этом среднегодовой темп роста в период с 2019 по 2024 год составил 8.4%.

Автомобильная электроника

Считается, что автомобильная электронная промышленность является движущей силой первой волны применения MEMS-датчиков, которые улучшают характеристики автомобилей благодаря датчикам столкновения в виде подушек безопасности, системам контроля давления в шинах и системам стабилизации автомобиля.

Восприятие информации об окружающей среде лежит в основе систем помощи водителю. Для автономного вождения уровня L1/2 требуется всего 1 модуль камеры, 1-3 ультразвуковых радара и лидара и 0-1 датчик для объединения данных. Автономные транспортные средства уровня L4/5 будут оснащены 7-13 ультразвуковыми радарами и лидарами, 6-8 модулями камер, модулями V2X и решениями для объединения данных с нескольких датчиков. Стоимость новых полупроводников превышает 1,000 долларов США.

медицинское здоровье

MEMS-датчики широко используются в биологических и медицинских электронных изделиях, таких как кардиостимуляторы, прецизионные хирургические инструменты, медицинские аппараты, интеллектуальные протезы, глюкометры, цифровые сфигмоманометры, анализаторы газов крови, цифровые пульсометры, мониторы сердечного ритма, цифровые термометры, тесты на беременность, системы трансдермальной доставки лекарств, системы диализа и кислородные концентраторы и т. д.

Датчики давления, микрофлюидные устройства, расходомеры и акселерометры занимают значительную долю рынка медицинских MEMS-устройств. Объем мирового рынка MEMS в медицинской сфере в 2019 году составил 844 миллиона долларов США, при этом среднегодовой темп роста в период с 2019 по 2024 год составил 7.5%.

Интернет вещей

Популяризация Интернета вещей значительно расширила сценарии применения MEMS-технологий. Интернет вещей породил множество новых рынков, таких как умные колонки, умные телевизоры, носимые устройства и т. д. В то же время уровень интеллекта постоянно повышается, что приводит к увеличению использования MEMS-технологий в отдельных устройствах.

Доля типов устройств в индустрии MEMS-датчиков

В глобальной структуре рынка MEMS-продуктов радиочастотные MEMS-устройства занимают первое место с долей 19.2%, а среди прочих продуктов датчики давления, микрофоны и акселерометры занимают более 10%.

Структура китайского рынка схожа со структурой мирового рынка. Данные показывают, что в 2019 году на внутренний рынок продукции RF MEMS приходилось 25.9% выручки; на датчики давления — 19.2%, что ставит их на второе место, а на микрофоны, инерциальные системы и акселерометры — 7.1%, 8.9% и 6.5% соответственно.

МЭМС-микрофон

MEMS-микрофоны — один из самых быстрорастущих сегментов рынка MEMS. Успех рынка MEMS-микрофонов во многом обусловлен развитием смартфонов, умных колонок и TWS-гарнитур.

MEMS-микрофоны — это стандартная конфигурация смартфонов. Некоторые высококлассные смартфоны даже используют от 3 до 4 MEMS-микрофонов. Умная колонка может содержать от 2 до 8 MEMS-микрофонов, а пара TWS-наушников — от 4 до 6 MEMS-микрофонов, что обеспечивает значительный рост рынка MEMS-микрофонов.

Тенденции развития китайской индустрии MEMS-сенсоров

миниатюризация

В условиях будущей миниатюризации оборудования и снижения энергопотребления одним из важных направлений развития индустрии MEMS-сенсоров является непрерывное уменьшение размеров и стоимости продукции.

В последующих областях применения MEMS-сенсоров предъявляются более высокие требования к тонкости и легкости изделий. С одной стороны, производители MEMS улучшают структуру упаковки и уменьшают размер устройства, обеспечивая при этом высокую производительность. С другой стороны, они также уменьшают размер чипа. При фиксированном размере отдельной пластины уменьшение размера чипа увеличивает его производительность и эффективно снижает среднюю стоимость. В будущем, по мере уменьшения размеров MEMS, микроэлектромеханические системы (MEMS) постепенно трансформируются в наноэлектромеханические системы (NEMS), что приведет к дальнейшему уменьшению размеров и стоимости.

интеграцию

Объединение и взаимодействие нескольких датчиков. Количество датчиков, установленных на одном устройстве, постепенно увеличивается. В то же время, для повышения эффективности распознавания и сбора сигналов, а также степени интеграции устройств, датчики начинают объединяться и взаимодействовать (например, акселерометры, гироскопы, магнитометры и инерциальные измерительные блоки объединяются в группу инерциальных датчиков).

Гибкие чувствительные к давлению микроэлектромеханические системы обладают очевидными преимуществами.

По сравнению с традиционными емкостными решениями, гибкие MEMS-технологии предъявляют меньшие требования к конструкции и внутреннему пространству конечных изделий, позволяют эффективно снизить затраты на сборку и обладают большим потенциалом применения в таких областях, как сенсорные экраны для смартфонов, носимые устройства и промышленные/медицинские измерения.

Разнообразные сценарии применения

С развитием технологий искусственного интеллекта и Интернета вещей сценарии применения MEMS-датчиков станут более разнообразными. MEMS-датчики являются одним из важных базовых компонентов искусственного интеллекта. Чем богаче и точнее данные, собираемые датчиками, тем полнее будут функции искусственного интеллекта.

В будущем новые промышленные области, такие как «умные дома», промышленный интернет, интернет транспортных средств и «умные города», откроют широкие рыночные возможности для индустрии MEMS-датчиков.

Предупреждение: Данная статья воспроизведена из подборки аналитических центров «Le Jing Think Tank Selection», которая поддерживает защиту прав интеллектуальной собственности. Пожалуйста, укажите первоисточник и автора перепечатки. В случае обнаружения каких-либо нарушений, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления публикации.

Номер телефона компании: +86-0755-83044319
Факс: +86-0755-83975897
Почта: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Менеджер Ли

QQ: 332496225 Менеджер Цю

Адрес: Комната 809, корпус C, технологический корпус Чжаньтао, проспект Миньчжи, 1079, новый район Лунхуа, Шэньчжэнь.