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干货!一文读懂MEMS传感器

在人工智能、大数据以及物联网的进一步发展之下,数据的收集显得尤为重要,而与收集数据息息相关的传感器市场将更加广阔。尤其是物联网的发展,传感器产品需求大幅增加,重心也逐渐转向技术含量较高的MEMS传感器领域。


那么,你到底了解MEMS传感器吗?物联界小编今天带你了解MEMS传感器。

何为MEMS传感器

MEMS(微机电系统,Micro-ElectroMechanicalSystem),是指可批量制作的,将微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等集成于一块或多块芯片上的微型器件或系统。


用MEMS工艺制造的传感器具有微型化、集成化、成本低、效能高、可大批量生产等特点。同时,MEMS传感器不仅能够感知被测参数,将其转换成方便度量的信号;而且能对所得到的信号进行分析、处理和识别、判断,因此形象地被称为智能传感器。


由于传统的基于机电工艺制成的传感器和执行器在体积、价格和产能上不能适应工业、消费电子等领域的需求,MEMS开始发展起来。与传统的传感器相比,MEMS传感器在尺寸、性能、智能化等方面都具有明显的优势。例如,在陀螺仪及麦克风方面,MEMS技术的应用为之技术升级带来较大跨越。

MEMS传感器的分类


1980年,**个MEMS传感器推出,重量、湿度、加速度计、压力、麦克风等MEMS传感器不断出现,其种类繁多,一般分为MEMS物理传感器、化学传感器、生物传感器三大类。


其中每一种MEMS传感器又有很多种细分方法。如加速度计,按检测质量的运动方式划分,有角振动式和线振动式加速度计等,种类繁多,常见的MEMS传感器有压力传感器、加速度传感器、微机械陀螺仪、惯性传感器、MEMS硅麦克风等等;MEMS传感器的品种多到可以以万为单位,且不同MEMS之间参量较多,没有完全标准的工艺。这种行业特性让MEMS传感器制造的企业前期的研发投入过大,单品种的销量很难放大。以惯性传感器为例,其市场盈亏平衡规模为月产1000万只,即企业须至少每月生产1000万只惯性传感器才能保持不亏本状态,根据调查,国内绝大多数企业都远低于这一规模。国内*大的纯MEMS传感器公司美新至今是亏损的。所以只有企业做的越大它的赢利能力才越强。

MEMS传感器的应用


MEMS传感器作为获取信息的关键器件,对各种传感装置的微型化起着巨大的推动作用,除了智能手机,MEMS传感器将会在AR/VR、可穿戴等消费电子,智能驾驶、智能工厂、智慧物流、智能家居、环境监测、智慧医疗等物联网领域广泛应用。


车联网应用

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优良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*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**的位置信息。

MEMS的产业链

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产业链的上游负责MEMS器件设计、材料和生产设备供应,中游生产制造出MEMS器件、下游使用MEMS器件制造终端电子产品。


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生产厂商

全球前十名MEMS厂商主要包括博世、意法半导体、惠普、德州仪器、佳能、InvenSense、Avago和Qorvo、楼氏电子、松下等。

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(无生产线设计公司)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。


MEMS封装测试

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。


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。MEMS前端研发需要大量的资金与时间,品种又过多,MEMS器件很难赢利。这些厂家的*终命运一定是要么在低端消费品市场的竟争中脱颖而出,要么就是积累技术*终被歌尔声学这类厂家收购。






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