MEMS技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)傳感器的一個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)，在汽車電子、生物醫(yī)療、智慧家庭、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、消費(fèi)電子等領(lǐng)域都有著廣闊的市場前景。隨著萬物互聯(lián)時(shí)代的加快到來，MEMS傳感器將迎來新的浪潮。

MEMS傳感器有何特點(diǎn)？

MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)，Micro-ElectroMechanical System），是指可批量制作的，將微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、直至接口、通信和電源等集成于一塊或多塊芯片上的微型器件或系統(tǒng)。

用MEMS工藝制造的傳感器具有微型化、集成化、成本低、效能高、可大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)。同時(shí)，MEMS傳感器不僅能夠感知被測參數(shù)，將其轉(zhuǎn)換成方便度量的信號；而且能對所得到的信號進(jìn)行分析、處理和識別、判斷，因此形象地被稱為智能傳感器。

1980年，第一個(gè)MEMS傳感器推出，重量、濕度、加速度計(jì)、壓力、麥克風(fēng)等MEMS傳感器不斷出現(xiàn)，其種類繁多，一般分為MEMS物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器三大類。詳見下圖：

MEMS傳感器有啥優(yōu)勢？

因?yàn)閭鹘y(tǒng)的基于機(jī)電工藝制成的傳感器和執(zhí)行器在體積、價(jià)格和產(chǎn)能上不能適應(yīng)工業(yè)、消費(fèi)電子等領(lǐng)域的需求，MEMS開始發(fā)展起來。

與傳統(tǒng)的傳感器相比，MEMS傳感器在尺寸、性能、智能化等方面都具有明顯的優(yōu)勢。例如，在陀螺儀及麥克風(fēng)方面，MEMS技術(shù)的應(yīng)用為之技術(shù)升級帶來較大跨越。

比較1：陀螺儀

例如傳統(tǒng)的光纖陀螺儀，由上圖可見，體積雖然越來越小，但對于放入一些電子產(chǎn)品而言是不可能完成的。而且為了保證性能，這樣一個(gè)陀螺儀的產(chǎn)量之低和價(jià)格之高也是可想而知。

而我們現(xiàn)在智能手機(jī)上采用的陀螺儀則是MEMS陀螺儀，例如上圖。其體積小、功耗低、易于數(shù)字化和智能化，特別是成本低，易于批量生產(chǎn)，非常適合手機(jī)、汽車牽引控制系統(tǒng)、醫(yī)療器材這些需要大規(guī)模生產(chǎn)的設(shè)備。

比較2：麥克風(fēng)

上圖為傳統(tǒng)的駐極體麥克風(fēng)。

傳統(tǒng)麥克風(fēng)的七八種機(jī)械配件可全部集成在一塊很小的MEMS傳感器芯片上。由上圖可見，MEMS麥克風(fēng)置于手機(jī)中，體積非常小，重量也比較輕。

由于是芯片制造，一致性好、功耗低，更易于批量生產(chǎn)。MEMS傳感器的出現(xiàn)滿足特定產(chǎn)品小體積、高性能的要求。

MEMS全產(chǎn)業(yè)鏈


MEMS整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈比較復(fù)雜，涉及的廠商眾多。其產(chǎn)業(yè)鏈的上游負(fù)責(zé)MEMS器件設(shè)計(jì)、材料和生產(chǎn)設(shè)備供應(yīng)，中游生產(chǎn)制造出MEMS器件，下游使用MEMS器件來制造終端電子產(chǎn)品。


我國的設(shè)計(jì)、制造、封裝測試廠商也早已開始積極布局，已形成完整的MEMS產(chǎn)業(yè)鏈。其設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)主要分布在環(huán)渤海和長三角地區(qū)。制造線主要集中在北京、上海、無錫、杭州、蘇州、淄博等城市。


下邊，列舉我國的8家MEMS傳感器廠商。

1.歌爾股份

歌爾股份可以稱得上是全球 MEMS麥克風(fēng)的龍頭企業(yè)。它在已有的MEMS麥克風(fēng)、壓力傳感器產(chǎn)品線上，開發(fā)麥克風(fēng)+氣壓、氣壓+溫濕度、麥克風(fēng)+溫濕度等集成傳感器，從而實(shí)現(xiàn)成本更低、尺寸更小，一個(gè)器件實(shí)現(xiàn)兩種功能等。

同時(shí)，歌爾股份深入布局 MEMS壓力傳感器。其壓力傳感器主要用于測量大氣氣壓，可做室內(nèi)導(dǎo)航、海拔高度、健康、無人機(jī)高度、天氣預(yù)測、運(yùn)動檢測等。

2.美新半導(dǎo)體

美新半導(dǎo)體于2007年12月，在美國納斯達(dá)克成功上市，成為世界上第一家純MEMS產(chǎn)品上市公司；2013年美新則被私有化；2018年被華燦光電并購。

美新特別專注于傳感器類產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，所生產(chǎn)的傳感器可以測量加速度、振動、沖擊、運(yùn)動和重力加速度等。

美新首次將傳感器、模擬信號以及數(shù)字信號處理三者整合在一塊芯片上，可以測量X、Y兩個(gè)獨(dú)立方向的加速度變化。并開發(fā)了獨(dú)一無二的MEMS傳感器組件和系統(tǒng)集成技術(shù)。

美新的主要產(chǎn)品有加速度傳感器、地磁傳感器和汽車類傳感器。其中，美新半導(dǎo)體在國內(nèi)的地磁傳感器市場占30%左右，而加速度傳感器約占25%。

3.深迪半導(dǎo)體

中國首家設(shè)計(jì)并生產(chǎn)商用MEMS陀螺儀系列慣性傳感器的MEMS芯片公司。

深迪研發(fā)了擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)的MEMS工藝和集成技術(shù)，專注于為消費(fèi)電子及汽車電子市場設(shè)計(jì)和生產(chǎn)低成本、高性價(jià)比、低功耗、小尺寸的商用MEMS陀螺儀芯片，并為客戶提供各種全面的應(yīng)用解決方案和極其優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

4.瑞聲科技

瑞聲科技的產(chǎn)品和解決方案包括聲學(xué)、無線射頻、振動馬達(dá)、微攝像頭，在微聲學(xué)領(lǐng)域贏得了良好的聲譽(yù)和穩(wěn)定的客戶群?，F(xiàn)今，瑞聲服務(wù)于接近 30家世界知名品牌包括Nokia，Motorola，SonyEricsson，RIM等等，成為全球最佳微型聲學(xué)元器件供應(yīng)商之一。

5.敏芯微電子

敏芯微電子是全球?yàn)閿?shù)不多且國內(nèi)唯一掌握硅麥克風(fēng)的MEMS和ASIC晶圓技術(shù)并批量生產(chǎn)的廠家，已經(jīng)成功完成MEMS晶圓廠、封裝廠及測試和編帶的本土產(chǎn)業(yè)鏈整合，且被多家手機(jī)品牌廠家采用并大批量穩(wěn)定供貨。

敏芯微電子與傳統(tǒng)聲學(xué)公司最大的不同，其不僅具有MEMS晶圓技術(shù)先進(jìn)性，還整合了國內(nèi)優(yōu)勢的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，利用半導(dǎo)體專業(yè)分工精細(xì)化的優(yōu)勢，生產(chǎn)已經(jīng)具備半導(dǎo)體自動化生產(chǎn)屬性的硅麥克風(fēng)這種聲學(xué)器件，使傳統(tǒng)價(jià)格較為昂貴的硅麥克風(fēng)產(chǎn)品性價(jià)比更高，更容易被客戶接受。

6.明皜傳感

明皜傳感主要從事MEMS傳感器的研發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，并提供相關(guān)技術(shù)服務(wù)。它為消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)自動化以及航空等領(lǐng)域提供所需的產(chǎn)品和集成方案。

明皜傳感的主要產(chǎn)品有慣性傳感器、聲學(xué)傳感器、傳感器模塊。

7.康森斯克

康森斯克彌補(bǔ)了在電容MEMS領(lǐng)域的空白，實(shí)現(xiàn)了低成本、低功耗、高品質(zhì)和易于集成的傳感器。其電容絕壓傳感器采用熔融接合的硅-硅工藝，兩層硅內(nèi)部為真空腔體并由上下兩個(gè)電極連接。獨(dú)有的TSV（硅通孔）技術(shù)能將電荷從電極上端轉(zhuǎn)移到硅主體。TSV技術(shù)使康森斯克脫離傳統(tǒng)的傳感器行列，并因其高穩(wěn)定性和高可靠性應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。

8.蘇州慧聞

蘇州慧聞納米科技是一家專注于先進(jìn)智能氣體傳感器研發(fā)生產(chǎn)并提供氣體檢測整體解決方案的高科技公司。公司開發(fā)的多通道氣體傳感陣列芯片及系統(tǒng)具有功耗低、體積小、靈敏度高、選擇性好、智能化、可集成等諸多優(yōu)點(diǎn)。

目前蘇州慧聞已開發(fā)出針對多種有毒有害氣體(如甲醛、酒精、氨氣、一氧化碳、氮氧化物、硫化氫、甲烷、TVOC等)的MEMS傳感器芯片及相應(yīng)的檢測模塊。且該產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，應(yīng)用于工業(yè)、汽車、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。

MEMS傳感器發(fā)展趨勢

此前，智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備等智能硬件快速更新，功能越多而體積越小。這就對器件的尺寸要求極高，推動MEMS傳感器向集成化、小型化、智能化、低功耗方向發(fā)展。隨著應(yīng)用的不斷深入，MEMS的發(fā)展也有了新的趨勢。

近日，意法半導(dǎo)體傳感產(chǎn)品部總監(jiān)Simone Ferri看好汽車MEMS傳感器將在半導(dǎo)體市場成為下一波浪潮，他表示，預(yù)估今年MEMS業(yè)務(wù)成長8%，有消費(fèi)類、工業(yè)與汽車三大應(yīng)用，其中有50%以上是消費(fèi)類應(yīng)用，其余則為工業(yè)與汽車。

因?yàn)橹悄苁謾C(jī)、移動網(wǎng)絡(luò)、社群媒體等造就了MEMS的第一波浪潮，接下來則進(jìn)入“工業(yè)4.0”及自動駕駛的時(shí)代，將帶來MEMS下一波浪潮。

就三大應(yīng)用而言，Simone Ferri最看好汽車MEMS傳感器市場，預(yù)計(jì)汽車應(yīng)用會有爆發(fā)性成長，例如ADAS、車鑰匙、車用水平調(diào)整等，都是傳感需求擴(kuò)大的實(shí)例。

我國MEMS傳感器走向何方？

目前，我國MEMS產(chǎn)業(yè)仍然處于起步階段，在精度和敏感度等性能指標(biāo)上與國外存在較大差距，應(yīng)用范圍也多局限于傳統(tǒng)領(lǐng)域。中高檔傳感器產(chǎn)品幾乎100%從國外進(jìn)口，90%的芯片仍然依賴國外。

由于我國MEMS產(chǎn)業(yè)起步較晚，我國的MEMS傳感器產(chǎn)品多處于技術(shù)相對成熟、市場格局相對穩(wěn)定的傳統(tǒng)MEMS應(yīng)用領(lǐng)域，而新興領(lǐng)域的MEMS產(chǎn)品在測量精度、溫度特性、響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定性、可靠性等方面與國外差距較大，尚未形成具有市場競爭力、較為完善的產(chǎn)品系列，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)略顯單薄。

結(jié)語：

當(dāng)前，我國對MEMS傳感器行業(yè)的政策支持力度非常大，加之市場的內(nèi)在需求，MEMS傳感器將進(jìn)入新一輪的快速增長周期。