近日,汉威科技集团股份有限公司发布的一条公告引起业内关注。公告称,汉威科技拟将非公开发行股票募集资金的一部分(2.2 亿元)新建一条年产 3820 万只 MEMS 传感器的封装测试生产线,主要产品为 MEMS 气体传感器、MEMS 湿度传感器(统称环境传感器)和 MEMS 压力 / 流量传感器,主要应用在消费类电子、智能家居、医疗、汽车、智能穿戴、工业控制等领域。MEMS 作为智能传感器的代表,是目前传感器市场发展的重点。随着 5G 通信、车联网、物联网应用的迅速增长,MEMS 传感器需求量将大大增加,预计到 2021 年,全球 MEMS 传感器市场规模将超过 220 亿美元。

 

MEMS 传感器欧美日厂商唱主角

微型机电系统(MEMS)是多学科交叉的前沿性领域,涉及电子、机械、光学、物理学、化学、生物医学、材料、能源等工程学科,它是微电子和微机械的巧妙结合。中国传感器与物联网产业联盟常务副理事长郭源生在接受《中国电子报》记者采访时表示,经过十多年的创新与发展,特别是用于 MEMS 技术的工艺、装备水平的提高,对 MEMS 技术全面提升发挥了重要作用,使其日趋成熟并得到广泛应用,成为世界各国科技领域重点关注的创新成就和重大标志性技术之一。尤其是在以硅基材料为主体的敏感元器件与传感器中,该项技术工艺已日趋成熟并被广泛应用,且占据主导地位。“与传统传感器相比,MEMS 传感器具有体积小、重量轻、产品设计结构灵活;精度高、稳定性和一致性好,利于规模化生产;集成度高、成本低、功耗低,符合物联网指标要求等特征。特别是随着 5G 技术的推广应用,对感知系统技术产品的规模化使用和归一化、智能化要求更加迫切,与 MEMS 传感器特征高度契合。因此,该产业市场前景非常广阔,成为企业、社会资金投资的主流技术和热点领域之一。”郭源生说。

 

过去十多年来,技术改进推动 MEMS 传感器性能不断提升,促使 MEMS 从传统领域向新兴领域发展,市场规模也取得快速增长。麦姆斯咨询的调研数据表明,2018 年全球 MEMS 市场规模达到 116 亿美元。该公司 CEO 王懿告诉《中国电子报》记者,1980 年到 2000 年的 20 年期间,MEMS 主要应用在汽车电子领域,而在消费电子领域涉及较少。此后,随着消费类市场中的智能手机、平板电脑和可穿戴设备市场的兴起,消费电子应用已经成为 MEMS 市场发展的主要驱动力,该市场呈现爆发式增长,2018 年占据 MEMS 传感器 60%以上的市场份额。除了消费电子和汽车电子两大应用领域,MEMS 传感器还在生物医疗、工业控制、航空航天、军事国防等领域发挥着重要作用。

 

王懿还表示,综观全球 MEMS 传感器市场,美国、欧洲和日本一直处于主导地位,在 MEMS 供应链中扮演关键角色。赛迪顾问给出的数字显示,2018 年全球 MEMS 领域企业营收排名中,博通、博世、意法半导体和德州仪器排名前四位,四家公司 2018 年 MEMS 业务营收分别为 102.7 亿元、95.5 亿元、52.8 亿元和 41.6 亿元。

 

我国与国际先进水平差距明显

与全球相比,近些年中国 MEMS 市场增速一直高于全球市场增长水平,但是与集成电路类似,庞大的市场主要依靠进口,高端 MEMS 产品的国产化率不足 10%。

 

赛迪顾问今年 5 月发布的《2019 年中国 MEMS 传感器潜力市场暨细分领域本土优秀企业》白皮书显示,中国已经成为全球 MEMS 市场发展最快的地区,但在营业规模、技术水平、产品结构方面,与国外相比有明显差距。

 

王懿告诉《中国电子报》记者,中国 MEMS 传感器厂商多为新兴的无晶圆厂(Fabless)初创公司,技术上以跟随国外领先厂商为主,自身技术及产品性能还较弱。

 

汉威科技集团股份有限公司董事长任红军表达了同样的观点,他认为国内 MEMS 传感器无论从技术还是产业规模来看,相比较之下还有很大差距。赛迪顾问物联网产业研究中心分析师赵振越告诉记者,发达国家主要强在 MEMS 芯片和微机电制造领域,特别是在使用寿命和精度上优势明显。

 

“当今中国 MEMS 产业面临的最大问题是:缺乏开放、专业的 MEMS 规模化代工厂,无法解决众多 MEMS 设计公司的制造工艺问题。虽然传统的 IC 代工厂也开展了 MEMS 代工业务,但主要以压力传感器、MEMS 麦克风、加速度计等成熟的低端产品为主,且产值较少,制造工艺水平与国际领先代工厂的差距明显。”王懿说。

 

不过,任红军表示,近几年国内科研院所、企业也在加大追赶步伐和力度,并取得较快进展。国内企业在 MEMS 品种上基本都有涉及。

 

5G/ 人工智能给 MEMS 提供巨大市场

未来,5G、人工智能、车联网、AR/VR 等新应用场景将需要大量的传感器,并且对传感器的功耗、可靠性、智能化程度以及成本都提出了更高要求,而 MEMS 传感器无疑是“最佳选择”。任红军表示,未来,MEMS 传感器前景广阔,将广泛普及应用于生产、生活各领域,技术上也会朝向多功能、集成化、智能化方向发展。

 

 

 

王懿指出,MEMS 传感器将在 5G 时代大展宏图。他说,5G 的革命将使连接变得前所未有的容易,这为数据的快速流动创造了机遇——海量传感器数据将在这条 5G 高速公路上快速穿行。为了使这些数据更有意义和价值,必须进行数据处理及融合,以便于智能设备的分析与应用。一个即将兴起的趋势便是边缘计算,它将 MEMS 传感器和人工智能融合,实现从简单的数据收集走向环境态势感知、应用意图预测。

 

赵振越用具体的数字说明 5G 时代 MEMS 的重要性,他说,MEMS 的环行器和滤波器在 5G 的基站建设方面将会有海量的应用,只一个基站对射频 MEMS 的需求就超过 300 亿个;5G 终端应用方面,以 5G 手机为例,滤波器从 40 个增加至 70 个,频带从 15 个增加至 30 个,接收机发射机滤波器从 30 个增加至 75 个,射频开关从 10 个增加至 30 个,所以 5G 是对射频 MEMS 的一个重大的需求机遇。

 

赵振越还给出了 MEMS 在人工智能领域的应用前景,他说,人工智能硬件领域只有两种:芯片和传感器。芯片相当于大脑,传感器则相当于感官,都是人工智能与万物建立联系的必备条件。人工智能时代数据是关键,MEMS 传感器一方面感知外界,一方面不断采集大量数据,数据的精确度和高效的处理,是实现其潜在价值、推动降低成本,并为客户带来核心价值的关键。未来,人工智能需要大量的结合多传感器融合技术,高精度、低功耗、高安全性或内嵌人工智能算法的 MEMS 传感器,并且在很大程度上综合其他领域的发展,最直接的价值或将来自于自动驾驶领域。