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一文看懂我国MEMS竞争格局全景图,机遇与挑战面前又该如何向前迈进?

  • 时间:2016-12-26
  • 发布:广州嵌入式培训
  • 来源: 物哥王正伟


物联网是将数据从采集、传输到应用的一个技术架构,物联网的基础就是感知层,感知层的核心也就是各种传感器进行的数据采集体系,那么传感器的水平某种意义上也就代表了这个国家物联网技术水平的高低。因为MEMS是这个传感器领域上的一颗明珠!

随着汽车、智能装备、家电类产品领域的迅速增长,MEMS传感器用量将大大增加。物联网、云计算、大数据、智慧城市更为MEMS传感器创造了良好的市场空间,农业、环保、食品检测、智慧医疗、健康养老、可穿戴设备、机器人、3D打印也为MEMS传感器技术的提升和应用创新拓展了思路。

MEMS(Micro-Electro Mechanical System)是指尺寸在几毫米乃至更小的微机电系统,其内部结构一般在微米甚至纳米量级,是一个独立的智能系统。

简单理解, 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是替代传统传感器的唯一选择

诸如最典型的半导体发展历史: 从 20 世纪初在英国物理学家弗莱明手下发明的第一个电子管,到 1943 年拥有 17468 个电子三极管的 ENIAC 和 1954 年诞生装有 800 个晶体管的计算机 TRADIC, 到 1954 年飞兆半导体发明了平面工艺使得集成电路可以量产, 从而诞生了 1964 年具有里程碑意义的首款使用集成电路的计算机 IBM 360。 模拟量到数字化、 大体积到小型化以及随之而来的高度集成化,是所有近现代化产业发展前进的永恒追求。MEMS也不例外

正因为 MEMS 拥有如此众多跨世代的优势, 目前来看我们认为其是替代传统传感器的唯一可能选择,也可能是未来构筑物联网感知层传感器最主要的选择之一。

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 5mm*5mm 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 个 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。

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 是构筑物联网的基础物理感知层传感器的最主要选择之一。

由于物联网特别是无线传感器网络对器件的物理尺寸、功耗、成本等十分敏感,传感器的微型化对物联网产业的发展至关重要。 MEMS 微机电系统结合兼容传统的半导体工艺, 采用微米技术在芯片上制造微型机械,并将其与对应电路集成为一个整体的技术,它是以半导体制造技术为基础发展起来的, 批量化生产能满足物联网对传感器的巨大需求量和低成本要求。

中国MEMS竞争格局

2015年中国MEMS传感器市场规模约308亿元人民,2016年中国MEMS传感器市场规模预计超过400亿元人民币,未来5年中国MEMS传感器年复合增长率在20%左右,到2020年市场规模将近650亿元。

近十年来,中国的MEMS传感器产业生态系统逐步完善,已形成从技术研发、设计、生产到应用的完整体系, 部分细分领域已跻身世界领先水平。截至2015年底,中国MEMS 传感器企业已经有将近200家。其中做MEMS软件与专用电路的有11家;做MEMS产品设计的有143家;做MEMS封装与测试的有16家;做MEMS前端制造工艺线的,有20家。

从地域分布而言,MEMS企业主要集中在发达地区(长三角、珠三角、环渤海)。因为MEMS行业更需要人才,发达地区的MEMS人才相对而言较为集中,能适应MEMS企业的发展和扩大。

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