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浅谈MEMS传感器的分类及应用领域

2018年04月04日 17:31 次阅读

MEMS的全称是微型电子机械系统(Micro-ElectroMechanical System),相对于传统的机械,它们的尺寸更小,最大的不超过一个厘米,甚至仅仅为几个微米,其厚度就更加微小。采用以硅为主的材料,电气性能优良,硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当,密度与铝类似,热传导率接近钼和钨。采用与集成电路(IC)类似的生成技术,可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺,进行大批量、低成本生产,使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。

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微机电系统是指可批量制作的,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、通信和电源等于一体的微型器件或系统。你可以把它理解为利用传统的半导体工艺和材料,用微米技术在芯片上制造微型机械,并将其与对应电路集成为一个整体的技术。所以它是以半导体制造技术为基础发展起来的一种先进的制造技术平台

MEMS传感器的分类:

MEMS传感器的种类繁多,分类方法也很多。下面是按照工作原理分类如下:

传感器分类.jpg

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。国内最大的纯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,已在太空卫星、运载火箭、航空航天设备、飞机、各种车辆、生特医学及消费电子产品等领域中得到了广泛的应用。MEMS传感器典型应用如下图。

在智能手机上,MEMS传感器提供在声音性能、场景切换、手势识别、方向定位、以及温度/压力/湿度传感器等广泛的应用;在汽车上,MEMS传感器借助气囊碰撞传感器、胎压监测系统(TPMS)和车辆稳定性控制增强车辆的性能。;医疗领域,通过MEMS传感器研成功制出微型胰岛素注射泵,并使心脏搭桥移植和人工细胞组织成为现实中可实际使用的治疗方式;在可穿戴应用中,MEMS传感器可实现运动追踪、心跳速率测量等。

MEMS传感器典型应用举例:

360截图20180404153640223.jpg

随着电子技术的发展,MEMS的应用领域越来越广泛,由最早的工业、军用航空应用走向普通的消费市场。 军用与航空属于所谓的高价值MEMS应用领域,但是这两个领域的用量太小了,一年也就四千万美金左右,增长空间也是有限的。医疗电子上的MEMS器件价值也不错,它的传感器的平均销售价格远高于其它可比的MEMS领域。总体来看,一年高价值MEMS产业的营业收入将达到3亿美元左右。但是应用最广泛的当属于汽车电子产业和消费电子应用市场,这两大领域占了MEMS传感器市场的60%以上。我们下面分析一下这两个主要的应用领域。

汽车电子MEMS传感器:

汽车电子产业被认为是MEMS传感器的第一波应用高潮的推动者,MEMS传感器在汽车上应用的快速发展主要是受益于各国政府全面推出汽车安全规定(比如要求所有汽车采用TPMS系统)和汽车智慧化的发展趋势。全球平均每辆汽车包含10個传感器,在高档汽车中,大约采用25至40只MEMS传感器,车越好,所用的MEMS就越多,BMW740i汽车上就有70多只MEMS。MEMS传感器可满足汽车环境苛刻、可靠性高、精度准确、成本低的要求。其应用方向和市场需求包括车辆的防抱死系统(ABS)、电子车身稳定程序(ESP)、电控悬挂(ECS)、电动手刹(EPB)、斜坡起动辅助(HAS)、胎压监控(EPMS)、引擎防抖、车辆倾角计量和车内心跳检测等等。

目前,压力传感器、加速计、陀螺仪与流量传感器四类器件合计占汽车MEMS系统的99%。其五年增长率均在3-12%。MEMS压力传感器是汽车中应用最多的传感器,汽车用MEMS压力传感器的价格大概在5~7美元。在汽车领域,MEMS压力传感器营业收入2013年预计达到12.6亿美元,占当年总体产业营业收入的74%。至少18个汽车应用领域将促进压力传感器的增长,包括:轮胎压力,电子稳定控制系统中的刹车传感器,侧面气囊,与日益严格的排放标准相关的引擎控制,大气压力与废气再循环压力。

按销售额计算,最大的五种汽车MEMS应用按降序排名是:ESC,安全气囊,进气歧管绝对压力(MAP),TPMS与翻滚探测。

全球汽车MEMS营业收入预测(以100万美元计)

总体來看,2010-2015年中国仍将是全球第三大汽车MEMS传感器用戶,领先于日本以及列入“其它地區”的众多国家。北美將继续位居第一,欧洲排名第二。预计2015年总体汽車MEMS销售额將达到30亿美元,比2012年的24亿美元增長25%。中国的汽车MEMS传感器远远快于全球的平均增长速度。15年中國汽車MEMS销售额將增长到3.879亿美元,而2010年是1.943亿美元。

汽车电子用MEMS感应器厂商分析:

2012年10大汽车MEMS传感器供应商的营业收入(以百万美元计)

如表1所示,博世2012年汽车MEMS营业收入高达6.25亿美元,遥遥领先于第二名日本Denso的2.96亿美元。前10名厂商的合计营业收入为21亿美元,去年总体汽车MEMS产业营业收入为23亿美元,10大厂商合计份额接近94%。所以汽车用MEMS的产业集中度是非常高的。没有一家来自中国的厂家。

博世在汽车上MEMS传感器的成功不仅是他的技术水平高,产品线非常宽,不仅是最大的压力传感供应商,也是低压领域MEMS的头号供应商,尤其是在电子稳定控制(ESC)系统领域,该公司是加速计、陀螺仪和压力传感器的主要供应商。为了顺应趋势,把加速计与陀螺仪封装在一起(组合式传感器)以降低ESC系统生产商总体成本.

消费类电子MEMS传感器:

随着消费电子领域大发展及产品创新不断涌现,特别是受益于智能手机和平板电板的快速发展,消费电子已经取代汽车领域成为MEMS最大的应用市场。

全球智能手机与平板电脑用MEMS市场

MEMS传感器在消费电子领域的应用包括运动/坠落检测、导航数据补偿、游戏/人机界面、电源管理、GPS增强/盲区消除、速度/距离计数等等,这使其渗透力远远超过传统意义上的半导体芯片,这些MEMS技术都在很大程度上提高了用户体验。在所有的领域中,手机是MEMS最大的应用领域。应用最多的传感器是加速计、陀螺仪与MEMS硅麦克风,其中加速度计是该市场中第一大应用产品。而近期陀螺仪增长迅速,已经成为继加速度计后的第二大应用产品。MEMS麦克风销售额2014年已经接近10亿美元,IHS表示全球MEMS麦克风市场仍将连续5年维持18%的年复合成长率(CAGR)。还有一些MEMS传感器正处于研发阶段或刚进入市场的,例如磁力计、指纹传感器、环境传感器、MEMS手机摄像头等。

中国的MEMS传感器行业政策的支持

MEMS传感器是属于集成电路行业,中央与地方政府开始着力扶持集成电路(芯片)产业,无论从资金规模还是扶持思路上都是空前的。

1、3月5日,国务院总理李克强在今年两会上的政府工作报告中,首次提到集成电路(芯片)产业。

2、3月4日,上海市经信委则启动了集成电路设计人员专项奖励工作。此外,江苏、深圳等省市可能都将在两会后出台百亿产业基金,由政府牵头,吸纳社会资本。

3、2014年6月,国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》

4、2014年4月23日国家成立了1200亿元国家级芯片产业扶持基金。

总结:

1、MEMS传感器相对传统的传感器有很多的优势,广泛的应用在了消费类电子、医疗保健、汽车工业等行。

2、由于MEMS传感器行业的品种多达上万种,研发投入过大,单品种的销量很难放大,所以只有大企业才能赢利。

3、MEMS传感器已在消费电子产品、汽车工业、医疗保健、机器人及自动化工业、太空卫星、运载火箭、航空航天设备等领域有着广泛的应用,其中消费类电子已经成为了MEMS传感器的第一大应用市场,2014年全球销售额已达30亿美元。

4、汽车领域MEMS传感器前10名厂商的合计营业收入为21亿美元,去年总体汽车MEMS产业营业收入为23亿美元,10大厂商合计份额接近94%集中度非常高。是因为汽车上的使用的安全性能要求高,只有少数厂家能达到要求。

5、消费电子是MEMS最大的应用市场。Yole Developpement研究报告预测,2013至2018年间,全球MEMS消费类传感器市场将以18.5%的年复合增长率增长,到2018年将达到64亿美元。厂商的集中度相对较低,是因为消费类的MEMS传感器要求较低。

6、2014年MEMS传感器市场规模达到130亿美元,预计到2018年,MEMS市场产值将以12%~13%的复合增长率增长至225亿美元,单位出货量达到23.5亿。

7、MEMS传感器在低端消费电子的应用也很大,如一些低端手机、可穿戴式设备,中国的MEMS传感器与国际大公司还是有差距,中国MEMS企业未来在中低端的消费类市场还是有机会。

8、国家对MEMS传感器行业的政策支持力度非常大。

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发表于 2018-03-30 14:54 157次阅读
物联网+人工智能趋势下电机预测性维护的全新变革

洗完澡发现镜子起雾怎么办?有它就能解决你的烦恼

我想大家洗澡时,都会遇到一个烦恼,就是热水形成的雾气会让镜子起雾。 对于男生来说,洗澡刮胡子显然很不...

发表于 2018-03-30 13:10 209次阅读
洗完澡发现镜子起雾怎么办?有它就能解决你的烦恼

苹果对AR的野心可真大!

今天我们要说的不是这次苹果发布的产品,而是最近苹果公布的几个VR和AR眼镜方面的专利。

发表于 2018-03-30 10:59 483次阅读
苹果对AR的野心可真大!

集成电路芯片在哪些新兴应用领域有发展趋势?

从六个方面入手,分析了集成电路芯片在新兴应用领域的发展趋势。从 2010 年开始,在硅麦克风、惯性传...

发表于 2018-03-30 09:55 603次阅读
集成电路芯片在哪些新兴应用领域有发展趋势?

传感器业务爆发 艾迈斯半导体加码3D感测

根据研究机构的数据显示,2015年全球物联网市场规模已达到624亿美元,同比增长29%。到2018年...

发表于 2018-03-29 17:12 108次阅读
传感器业务爆发 艾迈斯半导体加码3D感测

传感之王ams 2017年实现100%营收增长,...

Alexander Everke表示:“我们可以把所有的这些传感功能集成到单芯片上,因此,它可以做得...

发表于 2018-03-29 16:57 1378次阅读
传感之王ams 2017年实现100%营收增长,...

一氧化碳传感器在火灾报警中的应用

众所周知,火灾发生时气体燃烧产物主要为CO,CO2,H2O,其产生比燃烧烟要早得多(几十分钟至几个小...

发表于 2018-03-29 16:54 588次阅读
一氧化碳传感器在火灾报警中的应用

物联网传感器的未来等相关问题进行讨论

BMI085一款高性能6轴惯性测量单元(IMU)BMI085,其将3轴16位MEMS加速度传感器和一...

发表于 2018-03-29 15:51 309次阅读
物联网传感器的未来等相关问题进行讨论

SII精工半导体正式改名为ABLIC Inc“3...

从最初的精工半导体事业部开始,团队坚持3个基本的理念,白井正樹称之为“3S”,即Small、Smar...

发表于 2018-03-29 09:40 193次阅读
SII精工半导体正式改名为ABLIC Inc“3...

水栽法收获是普通农场10倍 移民火星不是梦

随着人类在太空中存活的时间越来越久,就会出现一个问题,那就是宇航员如何在远离蓝色星球的同时维持自己的...

发表于 2018-03-29 08:41 171次阅读
水栽法收获是普通农场10倍 移民火星不是梦

提供实时语言翻译功能的无线耳机 出国旅游不用愁了

不知道选择什么样的无线 耳机 ?或许 Mymanu Clik 会成为你的候选之一。这款全新的无线耳机...

发表于 2018-03-28 15:50 157次阅读
提供实时语言翻译功能的无线耳机 出国旅游不用愁了

物联网运用越来越广泛_攻击愈见强劲

物联网应用越来越广泛,针对物联网的攻击也日渐增加。市场研究机构 Gartner表示,以物联网为基础的...

发表于 2018-03-28 15:30 37次阅读
物联网运用越来越广泛_攻击愈见强劲

教你如何使用一个分压器测量电阻

测量现实世界现象的许多传感器都以改变电阻的形式表现其输出:热敏电阻为温度敏感型电阻,应变计随作用力而...

发表于 2018-03-28 09:18 735次阅读
教你如何使用一个分压器测量电阻

以色列开发的全球最薄的夜视眼镜用于智能手机和自动...

以色列著名研究型学府本-古里安大学(Ben-Gurion University of the Neg...

发表于 2018-03-28 04:13 53次阅读
以色列开发的全球最薄的夜视眼镜用于智能手机和自动...

亚马逊希望有一款可以识别手势的无人机

亚马逊刚刚发布了一项无人机专利,该专利可以解释手势和声音指令,理论上可以使用这种设备来传送包裹。该专...

发表于 2018-03-28 02:50 226次阅读
亚马逊希望有一款可以识别手势的无人机

NXP智能洗衣机首次实现NFC和织物纤维识别功能

NXP半导体家电应用市场全球高级销售总监梅润平强调称,在一台家电中实现如此广泛的产品组合,在半导体行...

发表于 2018-03-27 23:16 62次阅读
NXP智能洗衣机首次实现NFC和织物纤维识别功能

大陆集团专为汽车应用而设计24GHz盲点雷达SR...

大陆集团SRR3-B雷达产品专门为汽车应用而设计,如盲点检测、变道辅助、后方两侧来车警告、预防追尾、...

发表于 2018-03-27 17:36 282次阅读
大陆集团专为汽车应用而设计24GHz盲点雷达SR...

【干货分享】液位传感器七种测量方式,你都了解了吗...

液位传感器(静压液位计/液位变送器/液位传感器/水位传感器)是一种测量液位的压力传感器。 静压投入式...

发表于 2018-03-27 16:38 50次阅读
【干货分享】液位传感器七种测量方式,你都了解了吗...

【转帖】电流传感器和互感器

发表于 2018-03-27 15:43 37次阅读
【转帖】电流传感器和互感器

柔宇科技的技术实力到底如何 带你认识你不知道的柔...

柔宇科技是由IDG资本、中信资本、深圳市创新投资集团、基石资本、松禾资本、源政投资、富汇创投、Alp...

发表于 2018-03-27 15:39 739次阅读
柔宇科技的技术实力到底如何 带你认识你不知道的柔...

德州仪器RF CMOS雷达技术助推ADAS

汽车雷达已经成为ADAS(高级驾驶辅助系统)的主流传感器之一。为了在最佳的传感器性能、成本和尺寸之间...

发表于 2018-03-27 15:36 266次阅读
德州仪器RF CMOS雷达技术助推ADAS

艾迈斯半导体(ams)专注传感器2017收入同比...

随着物联网、辅助驾驶及工业4.0等概念的深化,全球的传感器市场空间再一次被扩宽,2017年全球传感器...

发表于 2018-03-27 15:24 262次阅读
艾迈斯半导体(ams)专注传感器2017收入同比...

传感器的三个分类,什么是人工智能传感器?

“IoT应用非常细分,因为这里面有很多很多类型的传感器会被使用到。包括惯性、压力、温湿度、气体传感器...

发表于 2018-03-27 15:19 395次阅读
传感器的三个分类,什么是人工智能传感器?

探讨Zigbee中的轮询机制及其在火灾报警传感器...

了解 Zigbee 标准中的轮询特性有助于优化物联网 (IoT) 产品的功耗。本篇博文将进一步探讨 ...

发表于 2018-03-27 14:12 300次阅读
探讨Zigbee中的轮询机制及其在火灾报警传感器...

了解车内温度是怎么通过传感器控制的

无论是酷暑还是寒冬,利用汽车加热冷却系统,乘客始终可以享受到舒适的车内环境。在不同类别的车辆中,这些...

发表于 2018-03-27 13:09 89次阅读
了解车内温度是怎么通过传感器控制的

关于基恩士的颜色传感器的用法

发表于 2018-03-27 12:03 229次阅读
关于基恩士的颜色传感器的用法

从传感器到人工智能——盘点一些常见的传感器

温湿度传感器只是传感器其中的一种而已,只是把空气中的温湿度通过一定检测装置,测量到温湿度后,按一定的...

发表于 2018-03-27 10:59 473次阅读
从传感器到人工智能——盘点一些常见的传感器

光电编码器基础--脉冲量输入

增量式光电编码器输出 A、B 两相相位差为 90°的脉冲信号(即所谓的两相正交输出信号),根据 A...

发表于 2018-03-26 15:24 246次阅读
光电编码器基础--脉冲量输入

从光电技术角度看自动驾驶

激光雷达和与之竞争的传感器技术(相机、雷达和超声波)加强了对传感器融合的需要,也对认真谨慎地选择光电...

发表于 2018-03-26 15:13 386次阅读
从光电技术角度看自动驾驶

虚拟仪器在位移测试系统中的应用

发表于 2018-03-26 14:27 201次阅读
虚拟仪器在位移测试系统中的应用

无人驾驶技术主要有几种技术组成

目前无人驾驶技术的实现主要是基于激光传感技术或者是超声雷达技术等,经过十余年的研究探索,许多机构和公...

发表于 2018-03-26 13:53 358次阅读
无人驾驶技术主要有几种技术组成

坚实的技术底蕴成就物联网创新事业

从1985~1999年,堪称PC与互联网蓬勃兴起的时期,对我们而言,也是经济起飞的美好年代。在当时,...

发表于 2018-03-26 12:25 79次阅读
坚实的技术底蕴成就物联网创新事业

回收安捷伦U8487A功率传感器

发表于 2018-03-26 10:31 73次阅读
回收安捷伦U8487A功率传感器

回收安捷伦U8488A功率传感器

发表于 2018-03-26 10:30 89次阅读
回收安捷伦U8488A功率传感器

回收安捷伦U8481A功率传感器

发表于 2018-03-26 10:26 70次阅读
回收安捷伦U8481A功率传感器

回收安捷伦U8485A功率传感器

发表于 2018-03-26 10:22 71次阅读
回收安捷伦U8485A功率传感器

回收安捷伦U2020平均功率传感器

发表于 2018-03-26 10:17 72次阅读
回收安捷伦U2020平均功率传感器

扫地机器人的工作原理及传感器的作用

随着人们生活水平的提高,健康、舒适的家居环境越来越被更多的人所关注。买房、装修成为人们茶余饭后谈论...

发表于 2018-03-26 10:16 151次阅读
扫地机器人的工作原理及传感器的作用

回收安捷伦U2022XA平均功率传感器

发表于 2018-03-26 10:10 71次阅读
回收安捷伦U2022XA平均功率传感器

回收安捷伦U2000A 功率传感器

发表于 2018-03-26 10:08 61次阅读
回收安捷伦U2000A 功率传感器

如何测试这些高分辨率传感器和系统的性能?

当然,完整的系统测试中要比这套IR LED数组更复杂;除了相当数量的设备外,还需要更多的人员投入以及...

发表于 2018-03-26 08:36 193次阅读
如何测试这些高分辨率传感器和系统的性能?