Hệ thống MEMS (Hệ thống cơ điện tử vi mô) đề cập đến các thiết bị hoặc hệ thống ở quy mô vi mô hoặc nano có thể được sản xuất hàng loạt và tích hợp các cảm biến vi mô, bộ truyền động, cấu trúc cơ khí, nguồn điện, xử lý tín hiệu, mạch điều khiển, thiết bị tích hợp điện tử hiệu suất cao, giao diện và truyền thông.

Cảm biến MEMS là một lĩnh vực nghiên cứu đa ngành tiên tiến được phát triển dựa trên công nghệ vi điện tử. Chúng là những cảm biến mới được sản xuất bằng công nghệ vi điện tử và vi gia công.

So với các cảm biến truyền thống, nó có đặc điểm là kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, chi phí thấp, tiêu thụ điện năng thấp, độ tin cậy cao, phù hợp cho sản xuất hàng loạt, dễ tích hợp và thông minh hóa.

Đồng thời, kích thước chi tiết ở mức micromet cho phép nó thực hiện một số chức năng mà các cảm biến cơ học truyền thống không thể đạt được.

Công nghệ MEMS là một trong những công nghệ cao mang tính cách mạng của thế kỷ 21.

Việc Bell Labs ở Hoa Kỳ phát minh ra transistor vào năm 1947 là nguồn gốc của sự phát triển toàn bộ ngành công nghiệp; năm 1987, Đại học California, Berkeley, đã phát minh ra động cơ siêu nhỏ, được coi là khởi đầu của công nghệ MEMS; năm 1993, các sản phẩm gia tốc kế siêu nhỏ của ADI được sử dụng rộng rãi trong túi khí chống va chạm ô tô, và MEMS chính thức bước vào giai đoạn công nghiệp hóa.

Từ năm 2016, công nghệ và ngành công nghiệp cảm biến trong nước đã phát triển nhanh chóng. Đồng thời, được thúc đẩy bởi Internet vạn vật (IoT), 5G, trí tuệ nhân tạo và các công nghệ khác trong nước, cảm biến tiếp tục phát triển theo hướng MEMS, thông minh, kết nối mạng và hệ thống hóa.

Chuỗi công nghiệp MEMS: bao gồm bốn mắt xích chính

Chuỗi công nghiệp MEMS chủ yếu bao gồm bốn khâu chính: thiết kế và nghiên cứu phát triển, sản xuất và chế tạo, đóng gói và kiểm tra, và ứng dụng hệ thống.

Chuỗi cung ứng công nghiệp MEMS bao gồm khâu đầu nguồn, nghiên cứu và phát triển, cung cấp thiết kế thiết bị MEMS, vật liệu và thiết bị sản xuất; khâu giữa nguồn bao gồm sản xuất, gia công, đóng gói và kiểm tra thiết bị MEMS; và khâu cuối nguồn sử dụng các sản phẩm MEMS để tích hợp vào các sản phẩm điện tử đầu cuối.

Theo số liệu thống kê, năng lực sản xuất linh kiện MEMS và cảm biến sẽ tăng từ 3.9 triệu chiếc/tháng vào năm 2019 lên 4.7 triệu chiếc/tháng vào năm 2023.

Cảnh quan cạnh tranh của ngành công nghiệp cảm biến MEMS

Hai công ty hàng đầu trong thị trường cảm biến MEMS toàn cầu là Bosch và Broadcom Group, mỗi công ty chiếm khoảng 12% thị phần.

Trung Quốc là cơ sở sản xuất sản phẩm điện tử lớn nhất và cũng là nước tiêu thụ sản phẩm điện tử lớn nhất thế giới. Năm 2019, Trung Quốc chiếm hơn một nửa thị trường thiết bị MEMS toàn cầu.

Tuy nhiên, thị trường nội địa vẫn bị chi phối bởi các nhà sản xuất nước ngoài, và chỉ có 6% trong số 10 nhà sản xuất hàng đầu tại thị trường nội địa là các nhà sản xuất trong nước. Trong số đó, Broadcom, Bosch và STMicroelectronics nằm trong top ba với thị phần lần lượt là 11%, 8% và 4%.

Cơ cấu thị phần ngành cảm biến MEMS

Xét theo tỷ trọng trong cơ cấu ngành công nghiệp MEMS toàn cầu năm 2019, điện tử tiêu dùng là lĩnh vực ứng dụng chính, chiếm gần 60%, và điện tử ô tô là lĩnh vực ứng dụng lớn thứ hai, chiếm khoảng 19%.

Xét theo cơ cấu thị trường MEMS của Trung Quốc năm 2019, lĩnh vực mạng và truyền thông, máy tính và điện tử tiêu dùng chiếm 50%, còn lĩnh vực ô tô chiếm 29%.

Nhờ sự tăng trưởng ổn định trong sản lượng các sản phẩm điện tử tiêu dùng như điện thoại thông minh và máy tính bảng tại Trung Quốc, nhu cầu về các sản phẩm MEMS như gia tốc kế, con quay hồi chuyển và micro siêu nhỏ cũng đang tăng lên, đưa Trung Quốc trở thành khu vực phát triển nhanh nhất trên thị trường MEMS toàn cầu.

thiết bị điện tử tiêu dùng

Hiện nay, thiết bị điện tử tiêu dùng là thị trường ứng dụng lớn nhất trong ngành công nghiệp MEMS toàn cầu, và thị phần của nó trong toàn ngành MEMS đang ngày càng tăng. Các sản phẩm MEMS bao gồm MEMS tần số vô tuyến, micro siêu nhỏ, cảm biến áp suất, gia tốc kế, con quay hồi chuyển, v.v., được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm điện tử tiêu dùng, tiêu biểu là điện thoại thông minh và máy tính bảng.

Trên điện thoại thông minh, cảm biến MEMS cung cấp nhiều ứng dụng trong việc cải thiện chất lượng âm thanh, chuyển đổi khung cảnh, nhận diện cử chỉ, định hướng và cảm biến nhiệt độ/áp suất/độ ẩm.

Năm 2019, quy mô thị trường MEMS toàn cầu trong lĩnh vực điện tử tiêu dùng đạt khoảng 7.163 tỷ USD, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 8.4% từ năm 2019 đến năm 2024.

Điện tử ô tô

Ngành công nghiệp điện tử ô tô được coi là động lực thúc đẩy làn sóng ứng dụng đầu tiên của cảm biến MEMS, giúp nâng cao hiệu suất xe với các cảm biến va chạm túi khí, hệ thống giám sát áp suất lốp và hệ thống kiểm soát ổn định xe.

Khả năng nhận biết thông tin môi trường là nền tảng của các hệ thống hỗ trợ lái xe. Lái xe tự hành cấp độ L1/2 chỉ cần 1 mô-đun camera, 1-3 radar siêu âm và lidar, và 0-1 cảm biến kết hợp. Xe tự hành cấp độ L4/5 sẽ trang bị 7-13 radar siêu âm và lidar, 6-8 mô-đun camera, mô-đun V2X và các giải pháp kết hợp đa cảm biến. Giá trị của các chất bán dẫn mới này vượt quá 1,000 đô la Mỹ.

sức khỏe y tế

Cảm biến MEMS được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm điện tử sinh học và y tế, chẳng hạn như máy tạo nhịp tim, dụng cụ phẫu thuật chính xác, máy móc y tế, chân tay giả thông minh, máy đo đường huyết, máy đo huyết áp kỹ thuật số, máy phân tích khí máu, máy đo mạch kỹ thuật số, máy theo dõi nhịp tim, nhiệt kế kỹ thuật số, que thử thai, hệ thống phân phối thuốc qua da, hệ thống lọc máu và máy tạo oxy, v.v.

Cảm biến áp suất, vi lưu chất, lưu lượng kế và gia tốc kế chiếm phần lớn thị trường MEMS y tế. Quy mô thị trường MEMS toàn cầu trong lĩnh vực y tế đạt 844 triệu đô la Mỹ vào năm 2019, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 7.5% từ năm 2019 đến năm 2024.

Internet thứ

Sự phổ biến của Internet vạn vật (IoT) đã mở rộng đáng kể các kịch bản ứng dụng của MEMS. IoT đã tạo ra nhiều thị trường mới, chẳng hạn như loa thông minh, TV thông minh, thiết bị đeo được, v.v. Đồng thời, mức độ thông minh cũng không ngừng được nâng cao, thúc đẩy sự gia tăng việc sử dụng MEMS trong các thiết bị đơn lẻ.

Tỷ lệ các loại thiết bị trong ngành công nghiệp cảm biến MEMS

Trong cơ cấu sản phẩm MEMS toàn cầu, MEMS tần số vô tuyến đứng đầu với thị phần 19.2%, và trong số các sản phẩm khác, cảm biến áp suất, micro và gia tốc kế chiếm hơn 10%.

Cơ cấu thị trường của Trung Quốc tương tự như trên thế giới. Dữ liệu cho thấy doanh thu sản phẩm RF MEMS trong nước chiếm 25.9% vào năm 2019; cảm biến áp suất chiếm 19.2%, đứng thứ hai, và micro, hệ thống quán tính và gia tốc kế chiếm lần lượt 7.1%, 8.9% và 6.5%.

Micrô MEMS

Microphone MEMS là một trong những phân khúc phát triển nhanh nhất của thị trường MEMS. Sự thịnh vượng của thị trường microphone MEMS chủ yếu nhờ vào sự phát triển của điện thoại thông minh, loa thông minh và tai nghe TWS.

Microphone MEMS là cấu hình tiêu chuẩn của điện thoại thông minh. Một số điện thoại thông minh cao cấp thậm chí còn sử dụng từ 3 đến 4 microphone MEMS. Một loa thông minh có thể tích hợp từ 2 đến 8 microphone MEMS, và một cặp tai nghe TWS có thể có từ 4 đến 6 microphone MEMS, mang lại động lực tăng trưởng mạnh mẽ cho thị trường microphone MEMS.

Xu hướng phát triển của ngành công nghiệp cảm biến MEMS Trung Quốc

thu nhỏ

Trong tương lai của việc thu nhỏ thiết bị và giảm tiêu thụ năng lượng, việc liên tục giảm kích thước và chi phí sản phẩm là một trong những xu hướng phát triển quan trọng của ngành công nghiệp cảm biến MEMS.

Các ứng dụng hạ nguồn của sản phẩm cảm biến MEMS đòi hỏi sản phẩm phải mỏng và nhẹ hơn. Một mặt, các nhà sản xuất MEMS cải thiện cấu trúc đóng gói và giảm kích thước thiết bị trong khi vẫn đảm bảo hiệu suất sản phẩm. Mặt khác, họ cũng giảm kích thước chip. Khi kích thước của một tấm wafer được cố định, việc giảm kích thước chip sẽ làm tăng sản lượng của chip và giảm chi phí trung bình một cách hiệu quả. Trong tương lai, khi kích thước của MEMS tiếp tục thu nhỏ, MEMS (hệ thống vi cơ điện tử) sẽ dần chuyển đổi thành NEMS (hệ thống nano cơ điện tử) và đạt được những tiến bộ liên tục về kích thước và chi phí.

Tích hợp

Sự kết hợp và cộng tác đa cảm biến: Số lượng cảm biến được gắn trên một thiết bị duy nhất đang dần tăng lên. Đồng thời, để cải thiện hiệu quả nhận dạng và thu thập tín hiệu cũng như mức độ tích hợp của các thiết bị, các cảm biến bắt đầu được kết hợp và cộng tác (ví dụ: gia tốc kế, con quay hồi chuyển, từ kế và IMU được kết hợp để tạo thành một nhóm cảm biến quán tính).

MEMS nhạy áp linh hoạt có những ưu điểm rõ rệt.

So với các giải pháp điện dung truyền thống, MEMS linh hoạt có yêu cầu thấp hơn về cấu trúc và không gian bên trong của sản phẩm cuối cùng, có thể giảm chi phí lắp ráp một cách hiệu quả và có tiềm năng ứng dụng lớn trong các lĩnh vực như cảm ứng áp lực trên điện thoại thông minh, thiết bị đeo được và đo lường công nghiệp/y tế.

Kịch bản ứng dụng đa dạng

Với sự phát triển của trí tuệ nhân tạo và công nghệ Internet vạn vật, các kịch bản ứng dụng của cảm biến MEMS sẽ trở nên đa dạng hơn. Cảm biến MEMS là một trong những phần cứng nền tảng quan trọng cho trí tuệ nhân tạo. Dữ liệu do cảm biến thu thập càng phong phú và chính xác, chức năng của trí tuệ nhân tạo càng hoàn thiện hơn.

Trong tương lai, các lĩnh vực công nghiệp mới như nhà thông minh, internet công nghiệp, internet xe cộ và thành phố thông minh sẽ mở ra không gian thị trường rộng lớn cho ngành công nghiệp cảm biến MEMS.

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Bài viết này được sao chép từ "Tuyển chọn tư vấn của Lê Tĩnh", nhằm tôn trọng quyền sở hữu trí tuệ. Vui lòng ghi rõ nguồn gốc và tác giả khi sao chép. Nếu phát hiện vi phạm bản quyền, vui lòng liên hệ với chúng tôi để gỡ bỏ.

Số điện thoại công ty: +86-0755-83044319
Số fax: +86-0755-83975897
Email: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Quản lý Li

QQ: 332496225 Quản lý Qiu

Địa chỉ: Phòng 809, Tòa nhà C, Tòa nhà Công nghệ Zhantao, Số 1079 Đại lộ Minzhi, Khu Longhua Mới, Thâm Quyến