MEMS傳感器即微機電系統(Microelectro Mechanical Systems),是在微電子技術基礎上發展起來的多學科交叉的前沿研究領域。經過四十多年的發展,已成為世界矚目的重大科技領域之一。MEMS傳感器是采用微電子和微機械加工技術制造出來的新型傳感器。
MEMS傳感器即微機電系統(Microelectro Mechanical Systems),是在微電子技術基礎上發展起來的多學科交叉的前沿研究領域。經過四十多年的發展,已成為世界矚目的重大科技領域之一。MEMS傳感器是采用微電子和微機械加工技術制造出來的新型傳感器。與傳統的傳感器相比,它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產、易于集成和實現智能化的特點。同時,在微米量級的特征尺寸使得它可以完成某些傳統機械傳感器所不能實現的功能。它涉及電子、機械、材料、物理學、化學、生物學、醫學等多種學科與技術,具有廣闊的應用前景。
1、手機拍照領域
憑著微機電在體積和功耗上的突破,最新技術MEMS Drive類似一張貼在圖像傳感器背面的平面馬達,帶動圖像傳感器在三個旋轉軸移動。MEMS Drive 的防抖技術是透過陀螺儀感知拍照過程中的瞬間抖動,依靠精密算法,計算出馬達應做的移動幅度并做出快速補償。
2、運動追蹤系統
在運動員的日常訓練中,MEMS傳感器可以用來進行3D人體運動測量,對每一個動作進行記錄,教練們對結果分析,反復比較,以便提高運動員的成績。隨著MEMS技術的進一步發展,MEMS傳感器的價格也會隨著降低,這在大眾健身房中也可以廣泛應用。
3、汽車電子
MEMS壓力傳感器主要應用在測量氣囊壓力、燃油壓力、發動機機油壓力、進氣管道壓力及輪胎壓力。這種傳感器用單晶硅作材料,以采用MEMS技術在材料中間制作成力敏膜片,然后在膜片上擴散雜質形成四只應變電阻,再以惠斯頓電橋方式將應變電阻連接成電路,來獲得高靈敏度。車用MEMS壓力傳感器有電容式、壓阻式、差動變壓器式、聲表面波式等幾種常見的形式。
4、醫療
MEMS傳感器 應用于無創胎心檢測,檢測胎兒心率是一項技術性很強的工作,由于胎兒心率很快,在每分鐘l20~160次之間,用傳統的聽診器甚至只有放大作用的超聲多普勒儀,用人工計數很難測量準確。基于MEMS加速度傳感器設計的胎兒心率檢測儀在適當改進后能夠以此為終端,做一個遠程胎心監護系統。醫院端的中央信號采集分析監護主機給出自動分析結果,醫生對該結果進行診斷,如果有問題及時通知孕婦到醫院來。該技術有利于孕婦隨時檢查胎兒的狀況,有利于胎兒和孕婦的健康。
近幾年,我國物聯網產業發展綜合增長率達到了30%以上,充分體現了其強勁的發展勢頭。MEMS傳感器已經廣泛應用于物聯網中的各個領域。過去幾年中,MEMS傳感器的銷售額一直保持著穩步的增長。2017年,全球MEMS傳感器和執行器總體市場規模為115億美元,其中MEMS傳感器為61億美元,增長17.3%,2018年,全球MEMS傳感器銷售額將增長10%以上,達到68億美元。目前,全球MEMS市場規模已經逼近150億美元。
截止到2010年,全世界有大約600余家單位從事MEMS的研制和生產工作,已研制出包括微型壓力傳感器、加速度傳感器、微噴墨打印頭、數字微鏡顯示器在內的幾百種產品,其中MEMS傳感器占相當大的比例。同時,隨著物聯網時代的逐步到來,傳感器現正被廣泛應用于包括各類智能終端、智能汽車、生物醫療等在內的眾多新興領域,需求量與日俱增。
目前,中國MEMS產業尚處于起步階段。目前,具有一定知名度和出貨量的本土MEMS企業仍然屈指可數,逐鹿中國市場的主要競爭者仍以跨國企業為主。如今,我國MEMS傳感器產品在精度和敏感度等性能指標上與國外存在巨大差距,應用范圍也多局限于傳統領域。中高檔傳感器產品絕大部分從國外進口,90%的芯片依賴國外。
傳感器作為物聯網的心臟,發展空間巨大。物聯網的系統架構一般由感知層、傳輸層和應用層組成,其中,感知層主要由傳感器、微處理器和無線通信收發器等組成。預計到2025年物聯網帶來的經濟效益將在2.7萬億到6.2萬億美元之間。其中,傳感器作為數據采集的入口、物聯網的“心臟”,將迎來巨大的發展空間。
同時由于目前國內智能傳感器國外品牌占據絕大部分市場份額,國內進口產品的替代空間非常大,隨著本土企業加快研發進程和智能傳感器產業鏈布局,中國智能傳感器市場未來將保持較快的發展速度,本土化率將不斷提高。同時,隨著MEMS技術的進一步發展,MEMS傳感器的價格也會隨著降低。
據中研研究院《2020-2025年MEMS傳感器市場發展現狀調查及供需格局分析預測報告》顯示
2020年MEMS傳感器行業規模分析
受全球經濟疲軟以及國家謹慎的宏觀政策影響,2011年中國MEMS傳感器市場增速出現放緩的跡象,但仍然明顯高于全球增速,而到2014年,中國的MEMS傳感器市場收益了智能手機的熱銷出現了快速增長的趨勢,如今我國已經成為全球智能手機的第一市場,同時汽車工業也保持著快于全球增速的良好的態勢,2018年我國MEMS傳感器的市場規模達到375億元,已經成長為全球最大的幾個MEMS傳感器市場之一。
圖表:2016-2018年中國MEMS傳感器市場規模
資料來源:中研普華研究院
目前我國傳感器企業正努力追趕國外企業,并出現區域的傳感器企業集群,企業主要集中在長三角地區,并逐漸形成以北京、上海、南京、深圳、沈陽和西安等中心城市為主的區域空間布局。其中,主要傳感器企業有接近一半的比例分布在長三角地區,其他依次為珠三角、京津地區、中部地區及東北地區等。
從傳感器種類來看,流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器占據最大的市場份額,分別占21%、19%、14%。從應用領域來看,工業、汽車電子、通信電子、消費電子四部分是傳感器最大的市場。國內工業和汽車電子產品領域的傳感器占比約42%左右,而發展最快的是汽車電子和通信電子應用市場。
圖表:2018年中國傳感器產品結構
資料來源:中研普華產業研究院
想了解更多關于MEMS傳感器行業專業分析,請關注中研普華研究院報告《2020-2025年MEMS傳感器市場發展現狀調查及供需格局分析預測報告》。
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