解讀“你的名字”——MEMS傳感器
發(fā)布時(shí)間:2017-02-22 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】隨著電子技術(shù)的發(fā)展,MEMS的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛,由最早的工業(yè)、軍用航空應(yīng)用走向普通的消費(fèi)市場(chǎng)。隨著國(guó)家政策扶持,近兩年中國(guó) MEMS 產(chǎn)線(xiàn)投資興起, 2014 年國(guó)內(nèi) MEMS 代工廠(chǎng)建設(shè)投資超過(guò) 1.5 億美元,但是技術(shù)的匱乏和人才的缺失依然是產(chǎn)業(yè)短板。根據(jù)IHS的統(tǒng)計(jì)資料分析,2014年全球車(chē)用MEMS市場(chǎng)達(dá)到了26億美元的市場(chǎng)規(guī)模,預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)將以3.4%的復(fù)合年成長(zhǎng)率(CAGR)成長(zhǎng),在2021年以前達(dá)到34億美元。
隨著“物聯(lián)網(wǎng)”、“智慧城市”、“智能交通”等概念的興起,及全球信息數(shù)據(jù)采集需求的旺盛,MEMS傳感器的應(yīng)用變得無(wú)所不在。
什么是MEMS傳感器
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS),在歐洲也被稱(chēng)為微系統(tǒng)技術(shù),或在日本被稱(chēng)為微機(jī)械,是一類(lèi)器件,其特點(diǎn)是尺寸很小,制造方式特殊。MEMS器件的特征長(zhǎng)度從1毫米到1微米——1微米可是要比人們頭發(fā)的直徑小很多。
MEMS往往會(huì)采用常見(jiàn)的機(jī)械零件和工具所對(duì)應(yīng)微觀(guān)模擬元件,例如它們可能包含通道、孔、懸臂、膜、腔以及其它結(jié)構(gòu)。然而,MEMS器件加工技術(shù)并非機(jī)械式。相反,它們采用類(lèi)似于集成電路批處理式的微制造技術(shù)。
MEMS傳感器與傳統(tǒng)傳感器的區(qū)別
以麥克風(fēng)為例我們來(lái)更清晰地認(rèn)識(shí)一下傳統(tǒng)麥克風(fēng)和MEMS麥克風(fēng)的區(qū)別:
傳統(tǒng)的駐極體麥克風(fēng)
MEMS麥克風(fēng)
諸如最典型的半導(dǎo)體發(fā)展歷史:從 20 世紀(jì)初在英國(guó)物理學(xué)家弗萊明手下發(fā)明的第一個(gè)電子管,到 1943 年擁有 17468 個(gè)電子三極管的 ENIAC 和 1954 年誕生裝有 800 個(gè)晶體管的計(jì)算機(jī) TRADIC,到 1954 年飛兆半導(dǎo)體發(fā)明了平面工藝使得集成電路可以量產(chǎn),從而誕生了 1964 年具有里程碑意義的首款使用集成電路的計(jì)算機(jī) IBM 360。模擬量到數(shù)字化、大體積到小型化以及隨之而來(lái)的高度集成化,是所有近現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)發(fā)展前進(jìn)的永恒追求。MEMS也不例外。正因?yàn)?MEMS 擁有如此眾多跨世代的優(yōu)勢(shì),目前來(lái)看我們認(rèn)為其是替代傳統(tǒng)傳感器的唯一可能選擇,也可能是未來(lái)構(gòu)筑物聯(lián)網(wǎng)感知層傳感器最主要的選擇之一。
微型化: MEMS 器件體積小,一般單個(gè) MEMS 傳感器的尺寸以毫米甚至微米為計(jì)量單位,重量輕、耗能低。同時(shí)微型化以后的機(jī)械部件具有慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。 MEMS 更高的表面體積比(表面積比體積)可以提高表面?zhèn)鞲衅鞯拿舾谐潭取?/div>
硅基加工工藝 : 可兼容傳統(tǒng) IC 生產(chǎn)工藝:硅的強(qiáng)度、硬度和楊氏模量與鐵相當(dāng),密度類(lèi)似鋁,熱傳導(dǎo)率接近鉬和鎢,同時(shí)可以很大程度上兼容硅基加工工藝。
批量生產(chǎn):以單個(gè) 5mm*5mm 尺寸的 MEMS 傳感器為例,用硅微加工工藝在一片 8 英寸的硅片晶元上可同時(shí)切割出大約 1000 個(gè) MEMS 芯片,批量生產(chǎn)可**降低單個(gè) MEMS 的生產(chǎn)成本。
集成化:一般來(lái)說(shuō),單顆 MEMS 往往在封裝機(jī)械傳感器的同時(shí),還會(huì)集成ASIC 芯片,控制 MEMS 芯片以及轉(zhuǎn)換模擬量為數(shù)字量輸出。
多學(xué)科交叉: MEMS 涉及電子、機(jī)械、材料、制造、信息與自動(dòng)控制、物理、化學(xué)和生物等多種學(xué)科,并集約了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的許多尖端成果。MEMS 是構(gòu)筑物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)物理感知層傳感器的最主要選擇之一。
由于物聯(lián)網(wǎng)特別是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)器件的物理尺寸、功耗、成本等十分敏感,傳感器的微型化對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。 MEMS 微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)合兼容傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝,采用微米技術(shù)在芯片上制造微型機(jī)械,并將其與對(duì)應(yīng)電路集成為一個(gè)整體的技術(shù),它是以半導(dǎo)體制造技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的,批量化生產(chǎn)能滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)對(duì)傳感器的巨大需求量和低成本要求。
MEMS傳感器的分類(lèi)
MEMS傳感器市場(chǎng)規(guī)模
未來(lái)可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)大規(guī)模下游應(yīng)用主要會(huì)以新的消費(fèi)電子例如 AR/VR,以及物聯(lián)網(wǎng)例如智能駕駛、智慧物流、智能家居等。而傳感器做為感知層,是不可或缺的關(guān)鍵基礎(chǔ)物理層部分,物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,將會(huì)給 MEMS 行業(yè)帶來(lái)巨大的發(fā)展紅利。
物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)主要包括三部分:感知層、傳輸層和應(yīng)用層。
感知層的作用主要是獲取環(huán)境信息和物與物的交互,主要由傳感器、微處理器和 RF 無(wú)線(xiàn)收發(fā)器等組成;
傳輸層主要用于感知層之間的信息傳遞,由包括 NB IOT、ZigBee、Thread、藍(lán)牙等通訊協(xié)議組成;
應(yīng)用層主要包括云計(jì)算、云存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘以及人機(jī)交互等軟件應(yīng)用層面構(gòu)成。感知層傳感器處于整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的最底層,是數(shù)據(jù)采集的入口,物聯(lián)網(wǎng)的“心臟”,有著巨大的發(fā)展空間。
隨著國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)等多個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)和工藝正在逐步成熟, MEMS 作為物理量連接半導(dǎo)體的產(chǎn)物,將恰逢其時(shí)的受益于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展, MEMS 在消費(fèi)電子、汽車(chē)電子、工業(yè)控制、軍工、智能家居、智慧城市等領(lǐng)域?qū)⒌玫礁鼮閺V泛的應(yīng)用,根據(jù) Yole developpement 的預(yù)測(cè), 2016-2020 年 MEMS 傳感器市場(chǎng)將以 13%年復(fù)合成長(zhǎng)率增長(zhǎng), 2020 年 MEMS 傳感器市場(chǎng)將達(dá)到 300 億美元,前景無(wú)限。
MEMS全球市場(chǎng)產(chǎn)值預(yù)測(cè)(億美元)
2015 年中國(guó) MEMS 器件市場(chǎng)規(guī)模為 308 億元人民幣,占據(jù)全球市場(chǎng)的三分之一。從發(fā)展速度而言,中國(guó) MEMS 市場(chǎng)增速一直快于全球市場(chǎng)增速。中國(guó) MEMS 器件市場(chǎng)平均增速約 15 - 20%,中國(guó)集成電路市場(chǎng)增速約為 7 - 10%,橫向?qū)Ρ榷裕琈EMS 器件市場(chǎng)的增速兩倍于集成電路市場(chǎng)。
中國(guó)近年 MEMS 傳感器市場(chǎng)規(guī)模(億元)
MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)鏈
MEMS 沒(méi)有一個(gè)固定成型的標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)工藝流程,每一款 MEMS 都針對(duì)下游特定的應(yīng)用場(chǎng)合,因而有獨(dú)特的設(shè)計(jì)和對(duì)應(yīng)的封裝形式,千差萬(wàn)別。
MEMS 產(chǎn)業(yè)鏈類(lèi)似于傳統(tǒng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),主要包括了四大部分:前端 fabless 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、 ODM 代工晶圓廠(chǎng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)、封裝測(cè)試到下游最終應(yīng)用的四大環(huán)節(jié)。
MEMS產(chǎn)業(yè)鏈劃分
全球前十名 MEMS 廠(chǎng)商主要包括博世、意法半導(dǎo)體、惠普、德州儀器、佳能、InvenSense、 Avago 和 Qorvo、樓氏電子、松下等等。其中 BOSCH 因?yàn)槠湓谄?chē)電子和消費(fèi)電子的雙重布局,牢牢占據(jù)著行業(yè)的第一的位置,其營(yíng)收約占五大公司合計(jì)營(yíng)收的三分之一。
大部分 MEMS 行業(yè)的主要廠(chǎng)商是以 Fabless 為主,例如樓氏、 HP、佳能等。同時(shí),平行的也有 IDM 廠(chǎng)商垂直參與到整條產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié),比如 Bosch、 ST等都建有自己的晶元代工生產(chǎn)線(xiàn)。
全球主要 MEMS 廠(chǎng)商的生產(chǎn)模式定位
基于之前闡述的 MEMS 本身區(qū)別于傳統(tǒng) IC 產(chǎn)業(yè)特征,我們認(rèn)為行業(yè)的核心門(mén)檻在于兩點(diǎn):設(shè)計(jì)理念和封測(cè)工藝。
MEMS成本結(jié)構(gòu)拆分
MEMS傳感器封裝形式
微機(jī)電系統(tǒng)的生產(chǎn)制造涵蓋設(shè)計(jì)、制造和封測(cè)。由于系統(tǒng)器件具有高度定制化、制程控制與材質(zhì)特殊的特點(diǎn),封裝與測(cè)試環(huán)節(jié)至少占到整個(gè)成本的 60%。因此,為了能夠在日益嚴(yán)峻的產(chǎn)品價(jià)格下跌趨勢(shì)下有效降低成本,多數(shù)無(wú)晶圓或輕晶圓MEMS 供應(yīng)商將封裝與測(cè)試環(huán)節(jié)外包給專(zhuān)業(yè)封測(cè)廠(chǎng)商,這也將為 MEMS 器件封裝及測(cè)試廠(chǎng)商帶來(lái)機(jī)遇。
中國(guó)MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)
國(guó)內(nèi) MEMS 行業(yè)的 fabless 規(guī)模相對(duì)較小,但市場(chǎng)規(guī)模來(lái)說(shuō)具備很大的發(fā)展空間。面對(duì)國(guó)內(nèi)巨大的消費(fèi)電子市場(chǎng),自產(chǎn)自銷(xiāo)滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)部分中低端市場(chǎng)需求,也是國(guó)內(nèi) Fabless 司的一個(gè)捷徑。
中國(guó) MEMS 設(shè)計(jì)企業(yè)主要集中于華東地區(qū),約占全國(guó)企業(yè)總數(shù)的 55%,其中,以上海、蘇州、無(wú)錫三地為產(chǎn)業(yè)集中地:
上海:深迪,矽睿,麗恒,芯敏,微聯(lián),銘動(dòng),文襄,天英,巨哥
蘇州:明皜,敏芯,雙橋,多維,能斯達(dá),汶灝,圣賽諾爾,希美
無(wú)錫:美新,樂(lè)爾,康森斯克,微奧,杰德,必創(chuàng),微納,芯奧微,沃浦
其他:深圳瑞聲,山東歌爾,河北美泰,山西科泰,鄭州煒盛,北京水木智芯,浙江大立,武漢高德,成都國(guó)騰,西安勵(lì)德,天津微納芯等。
國(guó)內(nèi) MEMS 企業(yè)布局
中國(guó)MEMS傳感器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
雖然國(guó)內(nèi)主要集中在初級(jí)階段,中低端應(yīng)用。但從近幾年的發(fā)展來(lái)看,中國(guó)地區(qū)已經(jīng)成為過(guò)去五年全球 MEMS 市場(chǎng)發(fā)展最快的地區(qū)。 2015 年,我國(guó) MEMS 市場(chǎng)規(guī)模接近 300 億元,且連續(xù)兩年增幅高達(dá) 15%以上;而且從中長(zhǎng)期來(lái)看,國(guó)內(nèi) MEMS 行業(yè)的發(fā)展增速會(huì)快于國(guó)外,到 2020 年,我國(guó)傳感器市場(chǎng)增幅將進(jìn)一步提升,年平均增長(zhǎng)率將達(dá)到 20%以上,繼續(xù)保持全球前列。
從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)來(lái)看,我國(guó)擁有全球規(guī)模最大的集成電路市場(chǎng)。蘋(píng)果、三星、小米、華為、中興等手機(jī)品牌在中國(guó)設(shè)廠(chǎng)生產(chǎn),加之汽車(chē)電子、物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人機(jī)、智能家庭等概念產(chǎn)品的逐步興起,以及可穿戴設(shè)備的蓬勃發(fā)展,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)硅麥克風(fēng)、加速度計(jì)、陀螺儀、電子羅盤(pán)、射頻儀器、高精度壓力傳感器、氣體傳感器等MEMS 器件的需求快速增長(zhǎng)。
根據(jù) SEMI的估計(jì),中國(guó)市場(chǎng)在全球市場(chǎng)的占比將從2010年的 9.2%增長(zhǎng)到 2015年占比 15.10%。
中國(guó)作為全球最大的電子產(chǎn)品生產(chǎn)基地,消耗了全球四分之一的MEMS器件,吸引了全球的目光。
2015年全球MEMS企業(yè)30強(qiáng)
MEMS傳感器是屬于集成電路行業(yè),中央與地方政府開(kāi)始著力扶持集成電路(芯片)產(chǎn)業(yè),無(wú)論從資金規(guī)模還是扶持思路上都是空前的。
1. 3月5日,國(guó)務(wù)院總理**在今年兩會(huì)上的政府工作報(bào)告中,首次提到集成電路(芯片)產(chǎn)業(yè)。
2. 3月4日,上海市經(jīng)信委則啟動(dòng)了集成電路設(shè)計(jì)人員專(zhuān)項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)工作。此外,江蘇、深圳等省市可能都將在兩會(huì)后出臺(tái)百億產(chǎn)業(yè)基金,由政府牽頭,吸納社會(huì)資本。
3. 2014年6月,國(guó)務(wù)院印發(fā)《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》
4. 2014年4月23日國(guó)家成立了1200億元國(guó)家級(jí)芯片產(chǎn)業(yè)扶持基金。
本文來(lái)源于獵芯網(wǎng)。
推薦閱讀:
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測(cè)試庫(kù)獲得德國(guó)萊茵TüV IEC 61508功能安全認(rèn)證
- 芯科科技第三代無(wú)線(xiàn)開(kāi)發(fā)平臺(tái)引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來(lái)更多臺(tái)式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線(xiàn)性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)器, 以推動(dòng)不斷增長(zhǎng)的IO-Link市場(chǎng)
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍(lán)牙的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)/藍(lán)牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 讓汽車(chē)LED照明無(wú)死角,LED驅(qū)動(dòng)的全面進(jìn)化
- 開(kāi)關(guān)模式電源問(wèn)題分析及其糾正措施:晶體管時(shí)序和自舉電容問(wèn)題
- 熱電偶的測(cè)溫原理
- 【泰克先進(jìn)半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室】 遠(yuǎn)山半導(dǎo)體發(fā)布新一代高壓氮化鎵功率器件
- ADALM2000實(shí)驗(yàn):變壓器
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
- 車(chē)規(guī)與基于V2X的車(chē)輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車(chē)安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車(chē)模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車(chē)用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門(mén)搜索
電容器公式
電聲器件
電位器
電位器接法
電壓表
電壓傳感器
電壓互感器
電源變壓器
電源風(fēng)扇
電源管理
電源管理IC
電源連接器
電源濾波器
電源模塊
電源模塊
電源適配器
電子書(shū)
電阻測(cè)試儀
電阻觸控屏
電阻器
電阻作用
調(diào)速開(kāi)關(guān)
調(diào)諧器
鼎智
動(dòng)力電池
動(dòng)力控制
獨(dú)石電容
端子機(jī)
斷路器
斷路器型號(hào)
友情鏈接(QQ:317243736)
我愛(ài)方案網(wǎng) ICGOO元器件商城 創(chuàng)芯在線(xiàn)檢測(cè) 芯片查詢(xún) 天天IC網(wǎng) 電子產(chǎn)品世界 無(wú)線(xiàn)通信模塊 控制工程網(wǎng) 電子開(kāi)發(fā)網(wǎng) 電子技術(shù)應(yīng)用 與非網(wǎng) 世紀(jì)電源網(wǎng) 21ic電子技術(shù)資料下載 電源網(wǎng) 電子發(fā)燒友網(wǎng) 中電網(wǎng) 中國(guó)工業(yè)電器網(wǎng) 連接器 礦山設(shè)備網(wǎng) 工博士 智慧農(nóng)業(yè) 工業(yè)路由器 天工網(wǎng) 乾坤芯 電子元器件采購(gòu)網(wǎng) 亞馬遜KOL 聚合物鋰電池 工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備 企業(yè)查詢(xún) 工業(yè)路由器 元器件商城 連接器 USB中文網(wǎng) 今日招標(biāo)網(wǎng) 塑料機(jī)械網(wǎng) 農(nóng)業(yè)機(jī)械 中國(guó)IT產(chǎn)經(jīng)新聞網(wǎng) 高低溫試驗(yàn)箱
?
關(guān)閉
?
關(guān)閉