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重磅推荐:MEMS传感器产业链分析报告

2016-09-24  金志恒牙医

 

人工智能学家

来源:ittbank

一、MEMS简介

MEMS的全称是微型电子机械系统(Micro Electromechanical System),利用半导体制造工艺和材料,将传感器、执行器、机械机构、信号处理和控制电路等集成于一体的微型器件或系统,其内部结构一般在微米甚至纳米量级。MEMS主要包含两个部分:传感器和执行器。

与传统的机械传感器相比,MEMS传感器具有体积小、集成化、智能化、低成本等优点,可以满足物联网时代对于传感器的要求。

二、MEMS分类

MEMS 传感器种类很多,也有多种分类方法。按其工作原理,大致可分为MEMS物理、化学和生物传感器,其中每一种MEMS传感器又可分为很多种小类,不同的MEMS 传感器可以测量不同的量,实现不同的功能。


传感器分类

三、国内传感器企业的主要布局区域

长三角区域
·以上海、无锡、南京为中心。
·逐渐形成包括热敏、磁敏、图像、称重、光电、温度、气敏等较为完备的传感器生产体系及产业配套。
珠三角区域

·以深圳中心城市为主。
·由附近中小城市的外资企业组成以热敏、磁敏、超声波、称重为主的传感器产业体系。

东北地区
·以沈阳、长春、哈尔滨为主。
·主要生产MEMS力敏传感器、气敏传感器、湿敏传感器。

京津区域
·主要以高校为主。
·从事新型传感器的研发,在某些领域填补国内空白。北京已建立微米/纳米国家重点实验室。

中部地区
·以郑州、武汉、太原为主。
·产学研紧密结合的模式,在PTC/NTC热敏电阻、感应式数字液位传感器和气体传感器等产业方面发展态势良好。

四、MEMS产业链流程

MEMS是多学科交叉的复杂系统,整个产业链涉及设计、制造、封装测试、软件及应用方案环节。


MEMS产业链流程

五、全球MEMS供应链

MEMS整个产业链复杂,涉及的厂商众多;中国的设计、制造、封装测试厂商都在积极布局MEMS,已形成完整MEMS的产业链。


全球MEMS供应链

六、MEMS传感器生产厂商

全球MEMS传感器制造厂商如下
罗伯特.博世
意法半导体(ST)
德州仪器
惠普
Qorvo
楼氏电子(Knowles)
应美盛(InvenSense)
DENSO
佳能
松下(Panasonic)
NXP—飞思卡尔(Freescale)
SENSATA
英飞凌(Infineon) 
旭化成微电子(AKM )
亚德诺半导体(Analog Devices)
村田制作所(Murata)
AMPHENOL
霍尼韦尔(Honeywell) 
瑞声科技(AAC)
歌尔声学-全球MEMS麦克风龙头
ABB
PCB
Vishay
HBM
MEAS
飞利浦
汉威电子-国内气体传感器龙头
美新半导体(MEMSIC)(2016年7月被华灿光电收购)
北京青鸟元芯
华工科技-国内家电温度传感器龙头
中航电测-军工MEMS龙头
大立科技
昆仑海岸
高德红外
科陆电子
瑞声声学
航天机电
广陆数测
格科微电子
杭州麦乐克
华润半导体
。。。。。。

MEMS传感器种类繁多,主要的MEMS传感器包括运动传感器、压力、麦克风、环境、光传感器等。其中运动传感器可分为陀螺仪、加速度计、磁力计,

1、MEMS运动传感器

MEMS运动传感器主要有加速度计、陀螺仪、磁力计三大类,加速度计和陀螺仪可以集成为六轴惯性传感器;磁力计和加速度计集成为电子罗盘(e-compass),加速度计、陀螺仪和磁力计可集成为9轴传感器。

MEMS陀螺仪是通过陀螺仪的核心原理科里奥利力测角速度的;MEMS加速度计可以感知任意方向上的加速度。MEMS磁力计通过测试磁场强度和方向可以定位设备的方位。

惯性传感器(加速度计+陀螺仪)厂家有:意法半导体(ST)、旭化成微电子(AKM )、应美盛(InvenSense)、罗伯特.博世等。

电子罗盘(磁力计+加速度计)厂家有:旭化成微电子(AKM )、雅马哈(Yamaha)、阿尔卑斯(Alps Electric) 、美新半导体(MEMSIC)(2016年7月被华灿光电收购)等。

2、MEMS麦克风

MEMS麦克风在消费电子、汽车、医疗等领域广泛的应用。目前几乎每部智能手机至少使用一个MEMS麦克风,高端的智能手机甚至使用三个麦克风,分别用于语音采集、噪音消除、改善语音识别,而iPhone 6S已经采用了4个MEMS麦克风。在物联网的时代,大量的物联网设备也将使用MEMS麦克风。苹果iPhone 5S和5C采用两颗楼氏电子(Knowles)、一颗是瑞声科技(AAC)的MEMS麦克风。


3、MSME压力传感器

压力传感器主要用于检测压力,根据量程范围可分为低压、中压、高压压力传感器。MEMS压力传感器则属于低压传感器,主要检测原理有硅电容式和硅压阻式。


汽车和医疗是MEMS压力传感器最大的应用领域。与MEMS惯性传感器相比,目前MEMS压力传感器在消费电子与移动领域的应用不是特别广泛,主要包括潜水与运动手表、计步器和徒步高度计,部分应用于饮水机、洗衣机、太阳能热水器等家电产品充当水位传感器。未来智能手机、平板电脑可能集成MEMS压力传感器用以检测大气压,或充当高度计以支持室内定位服务。


4、MEMS环境传感器

环境传感器可细分为气体、温度和湿度传感器等。

MSME温度传感器可用于任何需要检测温度的地方。


MEMS湿度传感器在工业控制、气象、农业、矿山检测等行业中得到了广泛的应用。


MEMS气体传感器主要用于检测目标气体的成分、浓度等。


还有森斯特(北京)电子科技有限公司(Nenvitech)、深圳市戴维莱传感技术开发有限公司、武汉四方光电科技有限公司、速丽德(Solidsense)、城市技术(CityTechnology) 等。


5、MEMS生物传感器

MEMS生物传感器目前处于发展初期。MEMS生物传感器是利用生物分子探测生物反应信息的器件,被列为新世纪五大医学检验技术之一,是现代生物技术与微电子学、化学等多学科交叉结合的产物。未来MEMS生物传感器在医学、食品工业、环境监测等领域具有广阔发展空间。


七、MEMS代工

MEMS代工主要有两种类型:IDM厂商提供的MEMS代工,独立的代工厂提供的MEMS代工,其中独立的代工厂包括集成电路代工厂和纯MEMS代工厂。近几年Fabless模式的MEMS器件制造商发展迅速,独立的MEMS代工厂努力寻求标准化的工艺以提升规模经济,减少制造时间和降低成本,使得独立的MEMS代工厂快速成长,但目前IDM代工仍处于市场领导地位。


目前提供MEMS代工的IDM厂商主要有意法半导体、索尼、德州仪器等;台积电目前是全球最大的独立的MEMS代工厂,全球领先的纯MEMS代工厂还有Silex Microsystems、Teledyne DALSA、Asia Paci?c Microsystems、X-FAB 、Innovative Micro Technology等,国内的中芯国际、华宏宏利、上海先进半导体也有生产MEMS的能力。

八、MEMS封装测试

目前具备MEMS封装测试能力的国际厂商主要有日月光、安靠、矽品、力成科技等,国内有华天科技、长电科技、晶方科技等厂商。尽管国内的MEMS前端制造还落后于国际大厂,由于国内的封装技术起步较早,国内MEMS产业链后端封装较为完善。


封装技术与IC封装有着诸多不同,对企业的要求很高。众所周知,MEMS器件价格下降非常之快,目前部分MEMS器件中封装成本甚至占到总价格的40%到60%。如何做到低成本封装是封测厂商面临的巨大挑战。

九、MEMS传感器几大应用

可穿戴设备应用


以小米手环为例,就用到了ADI的MEMS加速度和心率传感器来实现运动和心率监测。
Apple Watch内部除了MEMS加速度计、陀螺仪、MEMS麦克风,还有使用脉搏传感器。

VR应用


VR设备需要足够精确测定头部转动的速度、角度和距离,采用MEMS加速度计、陀螺仪和磁力计来进行测定是重要的解决方案之一,几乎成为VR设备的标配。Oculus Rift、HTC Vive、PlayStation VR都采用了MEMS加速度计和陀螺仪,未来VR设备也可能会使用MEMS眼球追踪技术。

无人机应用


无人机飞行姿态控制技术上,MEMS传感器又有了施展的空间。结合加速度计和陀螺仪,可以算出角度变化,并确定位置和飞行姿态。MEMS传感器能在各种恶劣条件正常工作,同时获得高精度的输出。MEMS加速度计和陀螺仪在无人机上的应用可谓是大放异彩。

智能汽车应用


车联网是物联网发展的重大领域,智能汽车是车联网的核心,正处于高速发展中。在智能汽车时代,主动安全技术成为备受关注的新兴领域,需要改进现有的主动安全系统,比如侧翻(rollover)与稳定性控制(ESC),这就需要MEMS加速度传感器和角速度传感器来感测车身姿态。语音将成为人与智能汽车的重要交互方式,MEMS麦克风将迎来发展新机遇。MEMS传感器在汽车领域还有很多应用,包括安全气囊(应用于正面防撞气囊的高g值加速度计和用于侧面气囊的压力传感器)、汽车发动机(应用于检测进气量的进气歧管绝对压力传感器和流量传感器)等。

自动驾驶应用


自动驾驶技术的兴起,进一步推动了MEMS传感器进入汽车。虽然GPS接收器可以计算自身位置和速度,但在GPS信号较差的地方(地下车库、隧道)和信号受到干扰的时候,汽车的导航会受到影响,这对自动驾驶来说是致命的缺陷。利用MEMS陀螺仪和加速度计获取速度和位置(角速度和角位置),车辆任何细微的动作和倾斜姿态,都被转化为数字信号,通过总线,传递给行车电脑。即便在最快的车速状态下,MEMS的精度和反应速度也能够适应。得益于硅体微加工、晶片键合等技术的发展,精度已经上升到0.01。

工业应用


MEMS让传感器小型化、智能化,MEMS传感器将在智慧工业时代大有可为。MEMS温度、湿度传感器可用于环境条件的检测,MEMS加速度计可以用来监测工业设备的振动和旋转速度。高精度的MEMS加速度计和陀螺仪可以为工业机器人的导航和转动提供精确的位置信息。




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