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MEMS将成为传感器领域的半壁江山

什么是MEMS 

MEMS,(Micro-Electro Mechanical Systems),也称为微电子机械系统、微电机系统、微机械等,是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的,融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。MEMS 可分为若干个独立的功能单元,包括微结构元器件、微传感器、微执行器和微系统等。简单来说,MEMS就是将传统传感器的机械部件微型化后,通过三维堆叠技术,例如三维硅穿孔 TSV等技术把器件固定在硅晶元(wafer)上,最后根据不同的应用场合采用特殊定制的封装形式,最终切割组装而成的硅基传感器。受益于普通传感器无法企及的 IC硅片加工批量化生产带来的成本优势, MEMS同时又具备普通传感器无法具备的微型化和高集成度。


MEMS 的基本构成


MEMS的优势

1、微型化: MEMS器件体积小,一般单个 MEMS传感器的尺寸以毫米甚至微米为计量单位,重量轻、耗能低。同时微型化以后的机械部件具有惯性小、谐振频率高、响应时间短等优点。 MEMS更高的表面体积比(表面积比体积)可以提高表面传感器的敏感程度。

2、硅基加工工艺,可兼容传统 IC生产工艺:硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当,密度类似铝,热传导率接近钼和钨,同时可以很大程度上兼容硅基加工工艺。

3、批量生产:以单个 5mmX5mm尺寸的 MEMS传感器为例,用硅微加工工艺在一片 8英寸的硅片晶元上可同时切割出大约 1000 MEMS芯片,批量生产可大大降低单个 MEMS的生产成本。

4、集成化:一般来说,单颗 MEMS往往在封装机械传感器的同时,还会集成ASIC芯片,控制 MEMS芯片以及转换模拟量为数字量输出。同时不同的封装工艺可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体,或形成微传感器阵列、微执行器阵列,甚至把多种功能的器件集成在一起,形成复杂的微系统。

5、多学科交叉: MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科,并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。


MEMS 传感器市场规模预测

中国是最大电子生产和消费大国,这是我们的主场优势。由于终端消费市场的巨大市场需求,以及增长潜力无限的可穿戴和物联网市场的驱动,MEMS传感器的市场增量将相当可观。预计,未来汽车应用领域和消费电子领域的MEMS 产品需求量仍将占据MEMS 市场主导地位,因此在当前国内MEMS 生产商在技术方面较国外供应商并不具备优势的情况下,可以与国内主要科研机构开展校企合作,依托企业现有的技术以及生产工艺水平,在MEMS市场上选择MEMS 压力传感器(未来5 年内产值的预计复合增长率:8.2% ),MEMS 麦克风(未来5 年内产值的预计复合增长率:11% )与MEMS 惯性传感器(未来5 年内产值的预计CAGR8%)作为主要产品入手,谋求扩大市场份额。


内外MEMS产业链相关企业简介

1歌尔声学股份有限公司

歌尔是全球MEMS麦克风龙头企业,已进入苹果供应链。歌尔的压力传感器主要用于测量大气气压,可用于室内导航、海拔高度、健康、无人机高度、天气预测、运动检测等。凭借电声器件良好的销售渠道,气压传感器已进入智能硬件领域的部分客户。在MEMS方面,歌尔在向集成化方向发展,在已有的MEMS麦克风、压力传感器产品线上,开发麦克风+气压、气压 +温湿度、麦克风 +温湿度等集成传感器,从而使成本更低、尺寸更小,一个器件实现两种功能。通过外延并购,布局智能家居的入口。2014年公司收购世界顶级音响品牌丹拿并随后成立歌尔丹拿音响有限公司,以高端智能音箱开发和生产作为核心目标之一。公司的电声器件早已供货于智能音箱厂商,智能音箱和电声器件都将受益于智能家居的发展。

 

2瑞士盛思锐

盛思锐是一家瑞士著名的高科技公司,是一个世界领先的传感器制造商,专门制造湿度传感器、差压传感器和流量传感器的解决方案,产品创新、卓越、高性能。公司制造的传感器被应用于数以百万计的企业,包括医疗领域、过程自动化、汽车、暖通空调(HVAC)和消费电子品行业,它已成为很多世界知名OEM厂商的长期合作伙伴。

 

3)苏州慧闻-已量产MEMS气体传感器

苏州慧闻纳米科技有限公司成立于20146月,是一家专注于先进智能气体传感器研发生产并提供气体检测整体解决方案的高科技公司。公司开发的多通道气体传感阵列芯片及系统具有功耗低、体积小、灵敏度高、选择性好、智能化、可集成等诸多优点。目前公司已开发出针对多种有毒有害气体(如甲醛、酒精、氨气、一氧化碳、氮氧化物、硫化氢、甲烷、TVOC等)的MEMS传感器芯片及相应的检测模块。目前产品已应用于工业、汽车、消费电子等领域。

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