MEMS傳感器：5G海量應(yīng)用未來(lái)市場(chǎng)可期

諸玲珍

近日，漢威科技集團(tuán)股份有限公司發(fā)布的一條公告引起業(yè)內(nèi)關(guān)注。公告稱，漢威科技擬將非公開(kāi)發(fā)行股票募集資金的一部分（2.2億元）新建一條年產(chǎn)3820萬(wàn)只MEMS傳感器的封裝測(cè)試生產(chǎn)線，主要產(chǎn)品為MEMS氣體傳感器、MEMS濕度傳感器（統(tǒng)稱環(huán)境傳感器）和MEMS壓力，流量傳感器，主要應(yīng)用在消費(fèi)類電子、智能家居、醫(yī)療、汽車、智能穿戴、工業(yè)控制等領(lǐng)域。MEMS作為智能傳感器的代表，是目前傳感器市場(chǎng)發(fā)展的重點(diǎn)。隨著5G通信、牢聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的迅速增長(zhǎng)，MEMS傳感器需求量將大大增加，預(yù)計(jì)到2021年，全球MEMS傳感器市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)220億美元。MEMS傳感器歐美日廠商唱主角

微型機(jī)電系統(tǒng)MEMS是多學(xué)科交叉的前沿性領(lǐng)域，涉及電子、機(jī)械、光學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料、能源等工程學(xué)科，它是微電子和微機(jī)械的巧妙結(jié)合。中國(guó)傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟常務(wù)副理事長(zhǎng)郭源生在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，經(jīng)過(guò)十多年的創(chuàng)新與發(fā)展，特別是用于MEMS技術(shù)的工藝、裝備水平的提高，對(duì)MEMS技術(shù)全面提升發(fā)揮了重要作用，使其日趨成熟并得到廣泛應(yīng)用，成為世界各國(guó)科技領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的創(chuàng)新成就和重大標(biāo)志性技術(shù)之一。尤其是在以硅基材料為主體的敏感元器件與傳感器中，該項(xiàng)技術(shù)工藝已日趨成熟并被廣泛應(yīng)用，且占據(jù)主導(dǎo)地位?！芭c傳統(tǒng)傳感器相比，MEMS傳感器具有體積小、重量輕、產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)靈活;精度高、穩(wěn)定性和一致性好，利于規(guī)模化生產(chǎn);集成度高、成本低、功耗低，符合物聯(lián)網(wǎng)指標(biāo)要求等特征。特別是隨著5G技術(shù)的推廣應(yīng)用，對(duì)感知系統(tǒng)技術(shù)產(chǎn)品的規(guī)模化使用和歸一化、智能化要求更加迫切，與MEMS傳感器特征高度契合。因此，該產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前景非常廣闊，成為企業(yè)、社會(huì)資金投資的主流技術(shù)和熱點(diǎn)領(lǐng)域之一?！惫瓷f(shuō)。

過(guò)去十多年來(lái)，技術(shù)改進(jìn)推動(dòng)MEMS傳感器性能不斷提升，促使MEMS從傳統(tǒng)領(lǐng)域向新興領(lǐng)域發(fā)展，市場(chǎng)規(guī)模也取得快速增長(zhǎng)。麥姆斯咨詢的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，2018年全球MEMS市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到116億美元。該公司CEO王懿告訴《中國(guó)電子報(bào)》記者，1980年到2000年的20年期間，MEMS主要應(yīng)用在汽車電子領(lǐng)域，而在消費(fèi)電子領(lǐng)域涉及較少。此后，隨著消費(fèi)類市場(chǎng)中的智能手機(jī)、平板電腦和可穿戴設(shè)備市場(chǎng)的興起，消費(fèi)電子應(yīng)用已經(jīng)成為IVlEMS市場(chǎng)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，該市場(chǎng)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，2018年占據(jù)MEMS傳感器60%以上的市場(chǎng)份額。除了消費(fèi)電子和汽車電子兩大應(yīng)用領(lǐng)域，MEMS傳感器還在生物醫(yī)療、工業(yè)控制、航空航天、軍事國(guó)防等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

王懿還表示，綜觀全球MEMS傳感器市場(chǎng)，美國(guó)、歐洲和日本一直處于主導(dǎo)地位，在MEMS供應(yīng)鏈中扮演關(guān)鍵角色。賽迪顧問(wèn)給出的數(shù)字顯示，2018年全球MEMS領(lǐng)域企業(yè)營(yíng)收排名中，博通、博世、意法半導(dǎo)體和德州儀器排名前四位，四家公司2018年MEMS業(yè)務(wù)營(yíng)收分別為102.7億元、95.5億元、52.8億元和41.6億元。

我國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平差距明顯

與全球相比，近些年中國(guó)MEMS市場(chǎng)增速一直高于全球市場(chǎng)增長(zhǎng)水平，但是與集成電路類似，龐大的市場(chǎng)主要依靠進(jìn)口，高端MEMS產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化率不足10%。

賽迪頤問(wèn)今年5月發(fā)布的《2019年中國(guó)MEMS傳感器潛力市場(chǎng)暨細(xì)分領(lǐng)域本土優(yōu)秀企業(yè)》白皮書(shū)顯示，中國(guó)已經(jīng)成為全球MEMS市場(chǎng)發(fā)展最快的地區(qū)，但在營(yíng)業(yè)規(guī)模、技術(shù)水平、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面，與國(guó)外相比有明顯差距。

王懿告訴《中國(guó)電子報(bào)》記者，中國(guó)MEMS傳感器廠商多為新興的無(wú)晶圓廠（Fabless）初刨公司，技術(shù)上以跟隨國(guó)外領(lǐng)先廠商為主，自身技術(shù)及產(chǎn)品性能還較弱。

漢威科技集團(tuán)股份有限公司董事長(zhǎng)任紅軍表達(dá)了同樣的觀點(diǎn)，他認(rèn)為國(guó)內(nèi)MEMS傳感器無(wú)論從技術(shù)還是產(chǎn)業(yè)規(guī)模來(lái)看，相比較之下還有很大差距。賽迪顧問(wèn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究中心分析師趙振越告訴記者，發(fā)達(dá)國(guó)家主要強(qiáng)在MEMS芯片和微機(jī)電制造領(lǐng)域，特別是在使用壽命和精度上優(yōu)勢(shì)明顯。

“當(dāng)今中國(guó)MEMS產(chǎn)業(yè)面臨的最大問(wèn)題是;缺乏開(kāi)放、專業(yè)的MEMS規(guī)?；S，無(wú)法解決眾多/vIEMS設(shè)計(jì)公司的制造工藝問(wèn)題。雖然傳統(tǒng)的Ic代工廠也開(kāi)展了MEMS代工業(yè)務(wù)，但主要以壓力傳感器、MEMS麥克風(fēng)、加速度計(jì)等成熟的低端產(chǎn)品為主，且產(chǎn)值較少，制造工藝水平與國(guó)際領(lǐng)先代工廠的差距明顯?！蓖踯舱f(shuō)。

不過(guò)，任紅軍表示，近幾年國(guó)內(nèi)科研院所、企業(yè)也在加大追趕步伐和力度，并取得較快進(jìn)展。國(guó)內(nèi)企業(yè)在MEMS品種上基本都有涉及。

5G/工智能給MEMS提供巨大市場(chǎng)

未來(lái)，5G、八工智能、車聯(lián)網(wǎng)、AR/VK等新應(yīng)用場(chǎng)景將需要大量的傳感器，并且對(duì)傳感器的功耗、可靠性、智能化程度以及成本都提出了更高要求，而MEMS傳感器無(wú)疑是“最佳選擇”。任紅軍表示，未來(lái)，MEMS傳感器前景廣闊，將廣泛普及應(yīng)用于生產(chǎn)、生活各領(lǐng)域，技術(shù)上也會(huì)朝向多功能、集成化、智能化方向發(fā)展。

王懿指出，MEMS傳感器將在5G時(shí)代大展宏圖。他說(shuō)，5G的革命將使連接變得前所未有的容易，這為數(shù)據(jù)的快速流動(dòng)創(chuàng)造了機(jī)遇——海量傳感器數(shù)據(jù)將在這條5G高速公路上快速穿行。為了使這些數(shù)據(jù)更有意義和價(jià)值，必須進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及融合，以便于智能設(shè)備的分析與應(yīng)用。一個(gè)即將興起的趨勢(shì)便是邊緣計(jì)算，它將MEMS傳感器和人工智能融合，實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)收集走向環(huán)境態(tài)勢(shì)感知、應(yīng)用意圖預(yù)測(cè)。

趙振越用具體的數(shù)字說(shuō)明5G時(shí)代MEMS的重要性，他說(shuō)，MEMS的環(huán)行器和濾波器在5G的基站建設(shè)方面將會(huì)有海量的應(yīng)用，只一個(gè)基站對(duì)射頻MEMS的需求就超過(guò)300億個(gè);5G終端應(yīng)用方面，以5G手機(jī)為例，濾波器從40個(gè)增加至70個(gè)，頻帶從15個(gè)增加至30個(gè)，接收機(jī)發(fā)射機(jī)濾波器從30個(gè)增加至75個(gè)，射頻開(kāi)關(guān)從10個(gè)增加至30個(gè)，所以5G是對(duì)射頻MNMS的一個(gè)重大的需求機(jī)遇。

趙振越還給出了MEMS在人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用前景，他說(shuō)，人工智能硬件領(lǐng)域只有兩種：芯片和傳感器。芯片相當(dāng)于大腦，傳感器則相當(dāng)于感官，都是人工智能與萬(wàn)物建立聯(lián)系的必備條件。人工智能時(shí)代數(shù)據(jù)是關(guān)鍵，MEMS傳感器一方面感知外界，一方面不斷采集大量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的精確度和高效的處理，是實(shí)現(xiàn)其潛在價(jià)值、推動(dòng)降低成本，并為客戶帶來(lái)核心價(jià)值的關(guān)鍵。未來(lái)，人工智能需要大量的結(jié)合多傳感器融合技術(shù)，高精度、低功耗、高安全性或內(nèi)嵌人工智能算法的MEMS傳感器，并且在很大程度上綜合其他領(lǐng)域的發(fā)展，最直接的價(jià)值或?qū)?lái)自于自動(dòng)駕駛領(lǐng)域。

MEMS需求將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)

賽迪顧問(wèn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究中心分析師趙振越

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，將給MEMS行業(yè)帶來(lái)巨大的發(fā)展紅利。

5G時(shí)代的到來(lái)，為MEMS提供了巨大的發(fā)展機(jī)遇。5G的三大應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)MEMS提出了海量需求：增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）主要面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)提供超高的傳輸數(shù)據(jù)速率，為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶提供更加極致的應(yīng)用體驗(yàn)，超高清視頻、3D立體視頻、VR/AR等應(yīng)用將進(jìn)一步增長(zhǎng);超高可靠低時(shí)延通信（URLLC）主要面向車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療等對(duì)時(shí)延和可靠性具有極高要求的垂直行業(yè)應(yīng)用需求;海量機(jī)器類通信（mMTC）主要面向智慧城市、智能家居、環(huán)境監(jiān)測(cè)等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用需求。

車聯(lián)網(wǎng)（V2X）和自動(dòng)駕駛領(lǐng)域也為MEMS傳感器帶來(lái)增量市場(chǎng)。5G到來(lái)后，對(duì)汽車影響最重要的兩個(gè)部分可能就是自動(dòng)駕駛和車聯(lián)網(wǎng)（v2X）領(lǐng)域，分別對(duì)應(yīng)的是智能網(wǎng)聯(lián)汽車的智能化部分和網(wǎng)聯(lián)化部分。自動(dòng)駕駛技術(shù)將進(jìn)一步推動(dòng)MEMS傳感器進(jìn)入汽車。雖然GPS接收器可以計(jì)算自身位置和速度，但在GPS信號(hào)較差的地方（地下車庫(kù)、隧道）和信號(hào)受到干擾的時(shí)候，汽車的導(dǎo)航會(huì)受到影響，這對(duì)自動(dòng)駕駛來(lái)說(shuō)是致命的缺陷。利用MEMS陀螺儀和加速度計(jì)獲取速度和位置（角速度和角位置），車輛的任何細(xì)微動(dòng)作和傾斜姿態(tài)都會(huì)被轉(zhuǎn)化為數(shù)字1言號(hào)，通過(guò)總線，傳遞給行車電腦。即便在最快的車速狀態(tài)下，MEMS的精度和反應(yīng)速度也能夠適應(yīng)。新興的汽車主動(dòng)安全技術(shù)需要改進(jìn)現(xiàn)有的主動(dòng)安全系統(tǒng)，比如側(cè)翻（Ronover）與穩(wěn)定性控制（ESC），這就需要MEMS加速度傳感器和角速度傳感器來(lái)感測(cè)車身姿態(tài);語(yǔ)音將成為人與智能汽車的重要交互方式，MEMS麥克風(fēng)將迎來(lái)發(fā)展新機(jī)遇;此外，MEMS傳感器在汽車領(lǐng)域還有很多應(yīng)用，包括安全氣囊（應(yīng)用于正面防撞氣囊的高g值加速度計(jì)和用于側(cè)面氣囊的壓力傳感器）、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)（應(yīng)用于檢測(cè)進(jìn)氣量的進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器和流量傳感器）等。

未來(lái)實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛（L5），需要配備的核心傳感器主要包括激光雷達(dá)（LiDAI～）、雷達(dá)（RA-DAR）、攝像頭（Camera）、慣性測(cè)量單元（IMU）和車路協(xié)同系統(tǒng)（V2X）。隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，多傳感器融合技術(shù)將成為關(guān)鍵，并且隨著自動(dòng)駕駛滲透率逐步提升，以及自動(dòng)駕駛?cè)哂喽群腿蒎e(cuò)性的特性，預(yù)計(jì)傳感器的需求將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，在此過(guò)程中MEMS傳感器當(dāng)仁不讓。

除了5G和智能網(wǎng)聯(lián)汽車，今后MEMS的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒅饾u擴(kuò)大。未來(lái)20年，智慧城市、智慧家庭、智能制造、智慧醫(yī)療等物聯(lián)網(wǎng)的重要應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒂瓉?lái)快速發(fā)展，MEMs傳感器市場(chǎng)將呈井噴式增長(zhǎng)。MEMS傳感器將在未來(lái)的智能物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代中起到核心作用，不僅實(shí)現(xiàn)多種傳感器的融合、AI與MRMS的融合，并且隨著傳感器新設(shè)計(jì)、新工藝、新材料、新的集成方法、新的封裝技術(shù)、傳感器融合和新檢測(cè)原理的助推，MEMS傳感器將能夠模仿甚至增強(qiáng)人類大部分感知——視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)，乃至情感、心靈感應(yīng)以及美學(xué)欣賞的程度。