ระบบ MEMS (Microelectron Mechanical Systems) หมายถึงอุปกรณ์หรือระบบขนาดไมโครหรือนาโนที่สามารถผลิตได้ในปริมาณมาก และรวมเอาไมโครเซนเซอร์ แอคทูเอเตอร์ โครงสร้างเชิงกล แหล่งพลังงาน การประมวลผลสัญญาณ วงจรควบคุม อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบบูรณาการประสิทธิภาพสูง อินเทอร์เฟซ และการสื่อสารเข้าไว้ด้วยกัน

เซ็นเซอร์ MEMS เป็นสาขาการวิจัยล้ำสมัยแบบสหวิทยาการที่พัฒนาขึ้นบนพื้นฐานของเทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ เป็นเซ็นเซอร์รุ่นใหม่ที่ผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีการผลิตระดับไมโคร

เมื่อเปรียบเทียบกับเซ็นเซอร์แบบดั้งเดิม เซ็นเซอร์ชนิดนี้มีคุณสมบัติเด่นคือ ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา ต้นทุนต่ำ กินไฟน้อย ความน่าเชื่อถือสูง เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก ง่ายต่อการบูรณาการและการทำงานอัจฉริยะ

ในขณะเดียวกัน ขนาดของอนุภาคที่มีขนาดระดับไมครอนทำให้สามารถทำงานบางอย่างที่ไม่สามารถทำได้ด้วยเซ็นเซอร์เชิงกลแบบดั้งเดิมได้

เทคโนโลยี MEMS เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีขั้นสูงที่ปฏิวัติวงการในศตวรรษที่ 21

การประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์โดย Bell Labs ในสหรัฐอเมริกาในปี 1947 เป็นจุดเริ่มต้นของการพัฒนาอุตสาหกรรมทั้งหมด ในปี 1987 มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ได้ประดิษฐ์ไมโครมอเตอร์ ซึ่งถือเป็นจุดเริ่มต้นของเทคโนโลยี MEMS และในปี 1993 ผลิตภัณฑ์ไมโครแอ็กเซลเลอโรมิเตอร์ของ ADI ถูกนำไปใช้ในปริมาณมากในถุงลมนิรภัยป้องกันการชนของรถยนต์ ทำให้ MEMS เข้าสู่ขั้นตอนการผลิตเชิงอุตสาหกรรมอย่างเป็นทางการ

นับตั้งแต่ปี 2016 เทคโนโลยีและอุตสาหกรรมเซ็นเซอร์ในประเทศได้พัฒนาอย่างรวดเร็ว ในขณะเดียวกัน ด้วยแรงผลักดันจากอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) 5G ปัญญาประดิษฐ์ และเทคโนโลยีอื่นๆ เซ็นเซอร์จึงพัฒนาอย่างต่อเนื่องไปในทิศทางของ MEMS ความอัจฉริยะ การเชื่อมต่อเครือข่าย และการจัดระบบ

ห่วงโซ่อุตสาหกรรม MEMS: ประกอบด้วยสี่ส่วนหลัก

ห่วงโซ่อุตสาหกรรม MEMS ประกอบด้วยสี่ส่วนหลัก ได้แก่ การออกแบบและการวิจัยและพัฒนา การผลิตและการประกอบ การบรรจุและการทดสอบ และการประยุกต์ใช้ระบบ

ต้นน้ำของห่วงโซ่อุตสาหกรรม MEMS ประกอบด้วยการวิจัยและพัฒนาและการจัดหาการออกแบบอุปกรณ์ MEMS วัสดุ และอุปกรณ์การผลิต กลางน้ำประกอบด้วยการผลิต การแปรรูป บรรจุภัณฑ์ และการทดสอบอุปกรณ์ MEMS และปลายน้ำใช้ผลิตภัณฑ์ MEMS เพื่อบูรณาการเข้ากับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ปลายทาง

จากสถิติพบว่า กำลังการผลิตของโรงงานผลิต MEMS และเซ็นเซอร์จะเพิ่มขึ้นจาก 3.9 ล้านชิ้นต่อเดือนในปี 2019 เป็น 4.7 ล้านชิ้นต่อเดือนในปี 2023

ภาพรวมการแข่งขันในอุตสาหกรรมเซ็นเซอร์ MEMS

บริษัทชั้นนำหลักสองแห่งในตลาดเซ็นเซอร์ MEMS ระดับโลก ได้แก่ Bosch และ Broadcom Group ซึ่งทั้งสองบริษัทครองส่วนแบ่งการตลาดประมาณ 12%

จีนเป็นฐานการผลิตผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใหญ่ที่สุดและเป็นผู้บริโภคผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์รายใหญ่ที่สุด ในปี 2019 จีนครองส่วนแบ่งตลาดอุปกรณ์ MEMS ทั่วโลกมากกว่าครึ่งหนึ่ง

อย่างไรก็ตาม ตลาดภายในประเทศยังคงถูกครอบงำโดยผู้ผลิตต่างชาติ และมีเพียง 6% ของผู้ผลิต 10 อันดับแรกในตลาดภายในประเทศเท่านั้นที่เป็นผู้ผลิตในประเทศ โดยในจำนวนนี้ Broadcom, Bosch และ STMicroelectronics ครองอันดับต้นๆ สามอันดับแรกด้วยส่วนแบ่งการตลาด 11%, 8% และ 4% ตามลำดับ

ส่วนแบ่งโครงสร้างอุตสาหกรรมเซ็นเซอร์ MEMS

เมื่อพิจารณาจากสัดส่วนของโครงสร้างอุตสาหกรรม MEMS ทั่วโลกในปี 2019 พบว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคเป็นสาขาการใช้งานหลัก คิดเป็นเกือบ 60% และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับยานยนต์เป็นสาขาการใช้งานที่ใหญ่เป็นอันดับสอง คิดเป็นประมาณ 19%

เมื่อพิจารณาจากโครงสร้างของตลาด MEMS ในประเทศจีนในปี 2019 พบว่าภาคเครือข่ายและการสื่อสาร คอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคมีสัดส่วน 50% และภาคยานยนต์มีสัดส่วน 29%

ด้วยการเติบโตอย่างต่อเนื่องของการผลิตสินค้าอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค เช่น สมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตในประเทศจีน ความต้องการผลิตภัณฑ์ MEMS เช่น มาตรวัดความเร่ง ไจโรสโคป และไมโครโฟนขนาดเล็กจึงเพิ่มขึ้นเช่นกัน ทำให้จีนเป็นภูมิภาคที่มีการเติบโตเร็วที่สุดในตลาด MEMS ทั่วโลก

เครื่องใช้ไฟฟ้า

ปัจจุบัน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคเป็นตลาดการใช้งานที่ใหญ่ที่สุดในอุตสาหกรรม MEMS ทั่วโลก และส่วนแบ่งการตลาดในอุตสาหกรรม MEMS โดยรวมก็เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ผลิตภัณฑ์ MEMS ต่างๆ เช่น MEMS คลื่นความถี่วิทยุ ไมโครไมโครโฟน เซ็นเซอร์ความดัน มาตรวัดความเร่ง ไจโรสโคป เป็นต้น ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค เช่น สมาร์ทโฟนและแท็บเล็ต

ในสมาร์ทโฟน เซ็นเซอร์ MEMS มีการใช้งานที่หลากหลาย เช่น ประสิทธิภาพเสียง การสลับฉาก การจดจำท่าทาง การระบุทิศทาง และเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ/ความดัน/ความชื้น

ในปี 2019 ตลาด MEMS ทั่วโลกในด้านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคมีมูลค่าประมาณ 7.163 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ โดยมีอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปีแบบทบต้นที่ 8.4% ตั้งแต่ปี 2019 ถึง 2024

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์

อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ถือเป็นตัวขับเคลื่อนหลักของการประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์ MEMS ในระยะแรก ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของยานยนต์ด้วยเซ็นเซอร์ตรวจจับการชนของถุงลมนิรภัย ระบบตรวจสอบแรงดันลมยาง และระบบควบคุมเสถียรภาพของยานยนต์

การรับรู้ข้อมูลด้านสิ่งแวดล้อมเป็นพื้นฐานของระบบช่วยขับขี่ การขับขี่อัตโนมัติระดับ L1/2 ต้องการเพียงโมดูลกล้อง 1 ตัว เรดาร์อัลตราโซนิกและไลดาร์ 1-3 ตัว และเซ็นเซอร์ฟิวชั่น 0-1 ตัว ส่วนรถยนต์อัตโนมัติระดับ L4/5 จะใช้เรดาร์อัลตราโซนิกและไลดาร์ 7-13 ตัว โมดูลกล้อง 6-8 ตัว โมดูล V2X และโซลูชันฟิวชั่นหลายเซ็นเซอร์ มูลค่าของเซมิคอนดักเตอร์ใหม่มีมากกว่า 1,000 ดอลลาร์สหรัฐ

สุขภาพทางการแพทย์

เซ็นเซอร์ MEMS ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ทางชีวภาพและการแพทย์ เช่น เครื่องกระตุ้นหัวใจ เครื่องมือผ่าตัดที่มีความแม่นยำสูง เครื่องมือทางการแพทย์ อวัยวะเทียมอัจฉริยะ เครื่องวัดระดับน้ำตาลในเลือด เครื่องวัดความดันโลหิตแบบดิจิทัล เครื่องวิเคราะห์ก๊าซในเลือด เครื่องวัดชีพจรแบบดิจิทัล เครื่องวัดอัตราการเต้นของหัวใจ เครื่องวัดอุณหภูมิแบบดิจิทัล ชุดทดสอบการตั้งครรภ์ ระบบนำส่งยาผ่านผิวหนัง ระบบฟอกไต และเครื่องผลิตออกซิเจน เป็นต้น

เซ็นเซอร์วัดความดัน ระบบไมโครฟลูอิดิกส์ เครื่องวัดอัตราการไหล และเครื่องวัดความเร่ง ครองส่วนแบ่งตลาด MEMS ทางการแพทย์เป็นอย่างมาก ขนาดตลาด MEMS ทั่วโลกในด้านการแพทย์อยู่ที่ 844 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2019 โดยมีอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปีแบบทบต้นที่ 7.5% ตั้งแต่ปี 2019 ถึง 2024

อินเทอร์เน็ตของสิ่งต่าง ๆ

การแพร่หลายของอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) ได้ขยายขอบเขตการใช้งานของ MEMS อย่างมาก อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่งได้ก่อให้เกิดตลาดใหม่ๆ มากมาย เช่น ลำโพงอัจฉริยะ โทรทัศน์อัจฉริยะ อุปกรณ์สวมใส่ เป็นต้น ในขณะเดียวกัน ระดับความฉลาดก็ได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ซึ่งผลักดันให้มีการใช้ MEMS ในเครื่องจักรเดี่ยวเพิ่มมากขึ้น

สัดส่วนของประเภทอุปกรณ์ในอุตสาหกรรมเซ็นเซอร์ MEMS

ในโครงสร้างผลิตภัณฑ์ MEMS ระดับโลก MEMS คลื่นความถี่วิทยุครองอันดับหนึ่งด้วยส่วนแบ่ง 19.2% และในบรรดาผลิตภัณฑ์อื่นๆ เซ็นเซอร์ความดัน ไมโครโฟน และมาตรวัดความเร่งมีส่วนแบ่งมากกว่า 10%

โครงสร้างตลาดของจีนคล้ายคลึงกับตลาดโลก ข้อมูลแสดงให้เห็นว่ารายได้จากผลิตภัณฑ์ RF MEMS ภายในประเทศคิดเป็น 25.9% ในปี 2019 เซ็นเซอร์ความดันคิดเป็น 19.2% เป็นอันดับสอง และไมโครโฟน ชุดเซ็นเซอร์วัดแรงเฉื่อย และมาตรวัดความเร่ง คิดเป็น 7.1%, 8.9% และ 6.5% ตามลำดับ

ไมโครโฟน MEMS

ไมโครโฟน MEMS เป็นหนึ่งในกลุ่มผลิตภัณฑ์ที่มีการเติบโตเร็วที่สุดในตลาด MEMS ความเจริญรุ่งเรืองของตลาดไมโครโฟน MEMS ส่วนใหญ่ได้รับประโยชน์จากการพัฒนาสมาร์ทโฟน ลำโพงอัจฉริยะ และหูฟังไร้สาย TWS

ไมโครโฟน MEMS เป็นส่วนประกอบมาตรฐานของสมาร์ทโฟน สมาร์ทโฟนระดับไฮเอนด์บางรุ่นใช้ไมโครโฟน MEMS ถึง 3-4 ตัว ลำโพงอัจฉริยะอาจมีไมโครโฟน MEMS 2-8 ตัว และหูฟัง TWS อาจมีไมโครโฟน MEMS 4-6 ตัว ส่งผลให้ตลาดไมโครโฟน MEMS มีการเติบโตอย่างแข็งแกร่ง

แนวโน้มการพัฒนาอุตสาหกรรมเซ็นเซอร์ MEMS ของจีน

miniaturization

ในอนาคตที่อุปกรณ์มีขนาดเล็กลงและใช้พลังงานต่ำ การลดขนาดและต้นทุนของผลิตภัณฑ์อย่างต่อเนื่องถือเป็นหนึ่งในแนวโน้มการพัฒนาที่สำคัญของอุตสาหกรรมเซ็นเซอร์ MEMS

การใช้งานขั้นปลายน้ำของผลิตภัณฑ์เซ็นเซอร์ MEMS มีความต้องการผลิตภัณฑ์ที่บางและเบากว่าเดิม ในด้านหนึ่ง ผู้ผลิต MEMS ปรับปรุงโครงสร้างบรรจุภัณฑ์และลดขนาดของอุปกรณ์ในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ไว้ ในอีกด้านหนึ่ง พวกเขายังลดขนาดของชิปด้วย เมื่อขนาดของเวเฟอร์เดี่ยวคงที่ การลดขนาดของชิปจะเพิ่มผลผลิตของชิปและลดต้นทุนเฉลี่ยได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในอนาคต เมื่อขนาดของ MEMS เล็กลง MEMS (ระบบไมโครอิเล็กโทรเมคานิกส์) จะค่อยๆ เปลี่ยนไปเป็น NEMS (ระบบนาโนอิเล็กโทรเมคานิกส์) และบรรลุการลดขนาดและต้นทุนอย่างต่อเนื่อง

บูรณาการ

การหลอมรวมและการทำงานร่วมกันของเซ็นเซอร์หลายตัว จำนวนเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งบนอุปกรณ์เดียวเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในขณะเดียวกัน เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการรับรู้และการรวบรวมสัญญาณ และระดับการบูรณาการของอุปกรณ์ เซ็นเซอร์จึงเริ่มมีการหลอมรวมและการทำงานร่วมกัน (ตัวอย่างเช่น การรวมมาตรวัดความเร่ง ไจโรสโคป มาตรวัดสนามแม่เหล็ก และ IMU เข้าด้วยกันเพื่อสร้างกลุ่มเซ็นเซอร์เฉื่อย)

MEMS ที่ไวต่อแรงกดและมีความยืดหยุ่นนั้นมีข้อดีอย่างเห็นได้ชัด

เมื่อเปรียบเทียบกับโซลูชันแบบคาปาซิทีฟแบบดั้งเดิม MEMS แบบยืดหยุ่นมีข้อกำหนดด้านโครงสร้างและพื้นที่ภายในของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่ต่ำกว่า สามารถลดต้นทุนการประกอบได้อย่างมีประสิทธิภาพ และมีศักยภาพในการใช้งานอย่างมากในด้านต่างๆ เช่น ระบบสัมผัสที่ไวต่อแรงกดในสมาร์ทโฟน ผลิตภัณฑ์สวมใส่ และการวัดทางอุตสาหกรรม/การแพทย์

สถานการณ์การใช้งานที่หลากหลาย

ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์และอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) ขอบเขตการใช้งานของเซ็นเซอร์ MEMS จะมีความหลากหลายมากขึ้น เซ็นเซอร์ MEMS เป็นหนึ่งในฮาร์ดแวร์พื้นฐานที่สำคัญสำหรับปัญญาประดิษฐ์ ยิ่งข้อมูลที่รวบรวมโดยเซ็นเซอร์มีความสมบูรณ์และแม่นยำมากเท่าใด ฟังก์ชันของปัญญาประดิษฐ์ก็จะยิ่งสมบูรณ์มากขึ้นเท่านั้น

ในอนาคต อุตสาหกรรมใหม่ๆ เช่น บ้านอัจฉริยะ อินเทอร์เน็ตอุตสาหกรรม อินเทอร์เน็ตยานยนต์ และเมืองอัจฉริยะ จะนำมาซึ่งตลาดที่กว้างขวางสำหรับอุตสาหกรรมเซ็นเซอร์ MEMS

ข้อสงวนสิทธิ์: บทความนี้คัดลอกมาจาก "บทความคัดสรรจากสำนักคิดของเลอ จิง" ซึ่งสนับสนุนการคุ้มครองทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาและผู้เขียนต้นฉบับเมื่อนำไปเผยแพร่ซ้ำ หากพบการละเมิดลิขสิทธิ์ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก

หมายเลขโทรศัพท์ของบริษัท: +86-0755-83044319
โทรสาร: +86-0755-83975897
อีเมล์: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 ผู้จัดการหลี่

QQ: 332496225 ผู้จัดการชิว

ที่อยู่: ห้อง 809 อาคาร C อาคารเทคโนโลยีจ้านเทา เลขที่ 1079 ถนนหมินจือ เขตหลงหัวใหม่ เมืองเซินเจิ้น