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MEMS传感器:半导体和物联网的结合点

发布时间:2021-04-08      点击次数:230

传感器概念

我在之前的物联网相关文章中多次提到过,物联网的底层是由无数的感知设备组成的,包括了各式各样的传感器和摄像头。越是底层的架构越是基础和重要,因此,传感器实际上是未来能够实现智能化社会的重要核心基础。

传感器的作用主要是将自然信号转换为电信号,即将自然信息识别为我们可以认知的信息的过程。

传感器结构图-资料来源:华宸资本

传感器的结构也是如此,由测量和输入的敏感元件、转换和识别的转变换元件,以及输出的显示器或者记录仪等组成。

当前的传感器正在从传统的传感器往智能方向发展,智能的传感器将会内嵌有微处理机,可以实现信息储存和数据处理的功能。

世界市场规模方面,2016年至2018年,传感器销售额从108.21亿美元上升至133.56亿美元,年均复合增长率达 11.10%。

传感器市场规模图-资料来源:WSTS,硅产业集团招股意向书

而传感器的测量范围也是非常广的,一般根据我们对数据的需求,可以分为检测光、放射线、声音信号、磁信号、力、位置速度角度、温度、压力、气体湿度、液体成分等等范围。通常传感器还可以结合和交叉使用来实现不同的应用和目的。


MEMS传感器

MEMS是微机电系统(Microelectromechanical Systems)的缩写。而MEMS传感器则是指微米级的带有微处理机的传感器。

传感器的一种分类方式-资料来源:意法半导体

由于带有智能化芯片,因此MEMS传感器实际上是结合了半导体设计生产以及封装、机械和电子等学科的交叉产品。

相对于传统的传感器,MEMS具有微型化重量低多功能的竞争优势,因此可以广泛的应用在各类智能硬件产品以及消费电子产品中。

  1. 当代的消费电子,包括手机以及各类可穿戴的智能设备均离不开MEMS传感器的支持。加速度计、磁力计、陀螺仪、压力传感器等都是消费电子产品的*零件。
  2. 汽车电子领域也同样如此,尤其在无人驾驶的未来,智能传感器可以说在一定程度上决定了无人驾驶的未来发展速度和方向。
  3. 工业生产和安全上的应用更加广泛,自动化设备都离不开MEMS传感器。
  4. 当前疫情流行,我们在公共场所看到的体温计都是温度和光传感器在发生作用。

MENS传感器的未来趋势

(1) 传感器的功能融合

由于传感器处于整个产业链的相对底层,因此传感器的性能和价格实际上决定了上层应用的发展速度和应用规模。现在的消费电子设备中,将不同功能的传感器融合,以提高性能缩小体积是主流的发展方向。

三种见的传感器功能融合-资料来源:Yole development,天风证券

(2)软硬件结合

而从传感器本身来说,也在从纯硬件往软硬件结合的方向发展。传感器也在从单纯的传感硬件逐渐走向系统集成

图-资料来源:ARM,民生证券

(3) 从MEMS到NEMS

MEMS代表的是微米级的半导体传感器,而随着芯片技术的发展,芯片正在逐渐往缩小化的方向前进,同时封装技术也正在往先进封装发展,因此MEMS也正在小型化的趋势中,未来将会逐步的从MEMS变为NEMS,即纳米级的传感器。

传感器体积缩小化的发展进程图-资料来源:Yole development,民生证券

虽然上图的数据以及比较老了,但是仍然可以看出来发展的趋势。

(4) 应用拓展

除了传统的应用外,智能化的传感器的应用范围也在往更加智能化的下游发展。智能家居和智能家电、物联网、人工智能均是当前MEMS传感器应用落地的方向。

传感器领域的典型企业

(1) 博世(BOSCH)

MEMS传感器在世界范围内的龙头是博世。博世作为汽车电子技术供应商,它凭借在汽车传感器上的优势超越了意法半导体,成为MEMS行业的老大。

博世的MEMS技术,在产品研发*有着辉煌的成就。

图-资料来源:Bosch,民生证券

博世在MEMS领域的优势主要体现在其强大的系统集成能力上,博世拥有的MEMS传感器的功能集成、芯片一体化集成、硬件软件以及云系统的集成的能力。

(2) 耐威科技

而在国内的MEMS传感器主要龙头是上市公司耐威科技。耐威科技是MEMS的代工商,2016年收购了瑞典的Silex Microsystem,具有强大的的MEMS生产和代工的能力。

同时公司还受到了大基金一期的投资,瑞典的产线将持续升级,北京的新产线在投产在即,未来有望成为世界产能龙头的企业。


小结

(1) 科技与时事的热门概念

MEMS传感器是结合了半导体、物联网、5G通信、人工智能以及防疫等不同应用方向的层的基础设施。

(2) 未来还有广阔的新增空间

经历了从汽车电子到消费电子的应用扩展后,物联网人工智能应用将会是MEMS未来的一片新天地。

(3) 中国的产业链已经相对完整

MEMS传感器的国产产业链也已经相对完整了。在整条产业链中,研发设计领域的代表公司有已经登录科创板的睿创微纳以及敏芯微;在代工领域的代表则有中芯国际和耐威科技;在封测领域传统的半导体封测厂长电科技和华天科技等均可以实现;而在消费端,中国是世界MEMS传感器最大的消费市场。

MEMS行业的国产化未来发展是值得期待的。

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