MEMS是替代传统传感器的唯一选择!(趋势探索)

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热心网友时间：2024-12-02 14:40

MEMS传感器，作为微电子技术的前沿交叉学科领域，经过四十年的发展，已成为全球瞩目的重大科技领域之一，涵盖电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多学科与技术。未来，MEMS将呈现三大趋势：封装标准化、系统级高度集成化、产品类别分化。其中，MEMS被认为是替代传统传感器的唯一技术选择。其核心门槛在于设计理念与封测工艺，封测成本占比达35%-60%。单靠单一类型的MEMS产品难以支撑整个公司。工艺开发基于“一类产品一种制造工艺”的特点，而国内60%-70%的设计产品集中在传统领域。

简单而言，MEMS是将传统传感器的小型化机械部件通过三维堆叠技术，如三维硅穿孔TSV，固定在硅晶片上，采用特殊定制封装最终组装而成的硅基传感器。受益于IC硅片加工的批量化生产优势，MEMS同时具备微型化与高集成度。传统传感器如ECM驻极体电容麦克风与Apple Watch的楼氏MEMS硅麦克风，是MEMS技术的典型应用。

MEMS技术优势在于微型化、硅基加工兼容传统IC工艺、批量生产降低成本、集成化等特点。微型化使得MEMS传感器体积小、重量轻、耗能低，机械部件具有低惯性、高谐振频率和短响应时间，表面传感器敏感度提高。硅基加工工艺可以大量生产，批量生产显著降低单个MEMS成本。集成化使得MEMS传感器在封装时集成了ASIC芯片，控制MEMS芯片并转换模拟量为数字量输出。封装工艺可以集成不同功能、敏感方向或致动方向的传感器或执行器，形成复杂的微系统。

在物联网时代，MEMS是构筑物联网物理感知层传感器的关键选择之一。其微型化、集成化与高性价比，使得物联网设备对传感器的需求得到满足。随着物联网产业的快速发展，MEMS传感器市场预计将以13%的复合年增长率增长，到2020年市场规模将达到300亿美元。中国MEMS市场规模也在逐年增长，2015年接近308亿元人民币，年均增长率约为15%-20%。

物联网的系统架构包括感知层、传输层和应用层，传感器作为数据采集的入口，是物联网的核心。物联网的发展为MEMS行业带来了巨大的发展机遇。随着国内设计、制造和封测技术的成熟，MEMS行业正受益于物联网产业的快速增长。全球前十大MEMS厂商包括博世、意法半导体等，其中博世在汽车电子和消费电子领域的布局尤为突出。MEMS产业链包括前端设计、代工生产、封装测试和最终应用四个环节，其中封装测试环节的成本占比达35%-60%。

中国MEMS产业起步相对较晚，但近年来发展迅速。国内MEMS设计企业主要集中于华东地区，如上海、苏州、无锡等地。产品结构上，国内企业60%-70%集中在加速度计、压力传感器等传统领域。MEMS产业的核心挑战在于工艺开发，国内企业在技术实力和生产工艺方面仍有提升空间。然而，国内MEMS市场规模具备巨大潜力，预计到2020年，传感器市场增速将进一步提升，年平均增长率将达到20%以上。

未来，MEMS封装将向标准化演进，系统级封装（SIP）将成为物联网应用的主要承载形式，产品可能会逐渐分化为低端、中端和高端三类。低端MEMS主要应用于消费电子产品，如智能手机和平板电脑；中端MEMS应用于GPS辅助导航系统、工业自动化等领域；而高端MEMS则在工业4.0、军事航天、高端医疗电子等领域展现出显著的超额收益。

总之，MEMS传感器凭借其微型化、集成化与高性价比的特性，在物联网时代展现出巨大的市场潜力。随着技术的不断进步与应用领域的扩展，MEMS行业有望迎来更加广阔的发展前景。