MEMS傳感器：5G海量應用未來市場可期

諸玲珍

近日，漢威科技集團股份有限公司發布的一條公告引起業內關注。公告稱，漢威科技擬將非公開發行股票募集資金的一部分（2.2億元）新建一條年產3820萬只MEMS傳感器的封裝測試生產線，主要產品為MEMS氣體傳感器、MEMS濕度傳感器（統稱環境傳感器）和MEMS壓力，流量傳感器，主要應用在消費類電子、智能家居、醫療、汽車、智能穿戴、工業控制等領域。MEMS作為智能傳感器的代表，是目前傳感器市場發展的重點。隨著5G通信、牢聯網、物聯網應用的迅速增長，MEMS傳感器需求量將大大增加，預計到2021年，全球MEMS傳感器市場規模將超過220億美元。MEMS傳感器歐美日廠商唱主角

微型機電系統MEMS是多學科交叉的前沿性領域，涉及電子、機械、光學、物理學、化學、生物醫學、材料、能源等工程學科，它是微電子和微機械的巧妙結合。中國傳感器與物聯網產業聯盟常務副理事長郭源生在接受《中國電子報》記者采訪時表示，經過十多年的創新與發展，特別是用于MEMS技術的工藝、裝備水平的提高，對MEMS技術全面提升發揮了重要作用，使其日趨成熟并得到廣泛應用，成為世界各國科技領域重點關注的創新成就和重大標志性技術之一。尤其是在以硅基材料為主體的敏感元器件與傳感器中，該項技術工藝已日趨成熟并被廣泛應用，且占據主導地位。“與傳統傳感器相比，MEMS傳感器具有體積小、重量輕、產品設計結構靈活;精度高、穩定性和一致性好，利于規?；a;集成度高、成本低、功耗低，符合物聯網指標要求等特征。特別是隨著5G技術的推廣應用，對感知系統技術產品的規?；褂煤蜌w一化、智能化要求更加迫切，與MEMS傳感器特征高度契合。因此，該產業市場前景非常廣闊，成為企業、社會資金投資的主流技術和熱點領域之一。”郭源生說。

過去十多年來，技術改進推動MEMS傳感器性能不斷提升，促使MEMS從傳統領域向新興領域發展，市場規模也取得快速增長。麥姆斯咨詢的調查數據表明，2018年全球MEMS市場規模達到116億美元。該公司CEO王懿告訴《中國電子報》記者，1980年到2000年的20年期間，MEMS主要應用在汽車電子領域，而在消費電子領域涉及較少。此后，隨著消費類市場中的智能手機、平板電腦和可穿戴設備市場的興起，消費電子應用已經成為IVlEMS市場發展的主要驅動力，該市場呈現爆發式增長，2018年占據MEMS傳感器60%以上的市場份額。除了消費電子和汽車電子兩大應用領域，MEMS傳感器還在生物醫療、工業控制、航空航天、軍事國防等領域發揮著重要作用。

王懿還表示，綜觀全球MEMS傳感器市場，美國、歐洲和日本一直處于主導地位，在MEMS供應鏈中扮演關鍵角色。賽迪顧問給出的數字顯示，2018年全球MEMS領域企業營收排名中，博通、博世、意法半導體和德州儀器排名前四位，四家公司2018年MEMS業務營收分別為102.7億元、95.5億元、52.8億元和41.6億元。

我國與國際先進水平差距明顯

與全球相比，近些年中國MEMS市場增速一直高于全球市場增長水平，但是與集成電路類似，龐大的市場主要依靠進口，高端MEMS產品的國產化率不足10%。

賽迪頤問今年5月發布的《2019年中國MEMS傳感器潛力市場暨細分領域本土優秀企業》白皮書顯示，中國已經成為全球MEMS市場發展最快的地區，但在營業規模、技術水平、產品結構方面，與國外相比有明顯差距。

王懿告訴《中國電子報》記者，中國MEMS傳感器廠商多為新興的無晶圓廠（Fabless）初刨公司，技術上以跟隨國外領先廠商為主，自身技術及產品性能還較弱。

漢威科技集團股份有限公司董事長任紅軍表達了同樣的觀點，他認為國內MEMS傳感器無論從技術還是產業規模來看，相比較之下還有很大差距。賽迪顧問物聯網產業研究中心分析師趙振越告訴記者，發達國家主要強在MEMS芯片和微機電制造領域，特別是在使用壽命和精度上優勢明顯。

“當今中國MEMS產業面臨的最大問題是;缺乏開放、專業的MEMS規?；S，無法解決眾多/vIEMS設計公司的制造工藝問題。雖然傳統的Ic代工廠也開展了MEMS代工業務，但主要以壓力傳感器、MEMS麥克風、加速度計等成熟的低端產品為主，且產值較少，制造工藝水平與國際領先代工廠的差距明顯?！蓖踯舱f。

不過，任紅軍表示，近幾年國內科研院所、企業也在加大追趕步伐和力度，并取得較快進展。國內企業在MEMS品種上基本都有涉及。

5G/工智能給MEMS提供巨大市場

未來，5G、八工智能、車聯網、AR/VK等新應用場景將需要大量的傳感器，并且對傳感器的功耗、可靠性、智能化程度以及成本都提出了更高要求，而MEMS傳感器無疑是“最佳選擇”。任紅軍表示，未來，MEMS傳感器前景廣闊，將廣泛普及應用于生產、生活各領域，技術上也會朝向多功能、集成化、智能化方向發展。

王懿指出，MEMS傳感器將在5G時代大展宏圖。他說，5G的革命將使連接變得前所未有的容易，這為數據的快速流動創造了機遇——海量傳感器數據將在這條5G高速公路上快速穿行。為了使這些數據更有意義和價值，必須進行數據處理及融合，以便于智能設備的分析與應用。一個即將興起的趨勢便是邊緣計算，它將MEMS傳感器和人工智能融合，實現從簡單的數據收集走向環境態勢感知、應用意圖預測。

趙振越用具體的數字說明5G時代MEMS的重要性，他說，MEMS的環行器和濾波器在5G的基站建設方面將會有海量的應用，只一個基站對射頻MEMS的需求就超過300億個;5G終端應用方面，以5G手機為例，濾波器從40個增加至70個，頻帶從15個增加至30個，接收機發射機濾波器從30個增加至75個，射頻開關從10個增加至30個，所以5G是對射頻MNMS的一個重大的需求機遇。

趙振越還給出了MEMS在人工智能領域的應用前景，他說，人工智能硬件領域只有兩種：芯片和傳感器。芯片相當于大腦，傳感器則相當于感官，都是人工智能與萬物建立聯系的必備條件。人工智能時代數據是關鍵，MEMS傳感器一方面感知外界，一方面不斷采集大量數據，數據的精確度和高效的處理，是實現其潛在價值、推動降低成本，并為客戶帶來核心價值的關鍵。未來，人工智能需要大量的結合多傳感器融合技術，高精度、低功耗、高安全性或內嵌人工智能算法的MEMS傳感器，并且在很大程度上綜合其他領域的發展，最直接的價值或將來自于自動駕駛領域。

MEMS需求將呈指數級增長

賽迪顧問物聯網產業研究中心分析師趙振越

物聯網產業的快速發展，將給MEMS行業帶來巨大的發展紅利。

5G時代的到來，為MEMS提供了巨大的發展機遇。5G的三大應用場景對MEMS提出了海量需求：增強移動寬帶（eMBB）主要面向移動互聯網提供超高的傳輸數據速率，為移動互聯網用戶提供更加極致的應用體驗，超高清視頻、3D立體視頻、VR/AR等應用將進一步增長;超高可靠低時延通信（URLLC）主要面向車聯網、工業控制、遠程醫療等對時延和可靠性具有極高要求的垂直行業應用需求;海量機器類通信（mMTC）主要面向智慧城市、智能家居、環境監測等以傳感和數據采集為目標的應用需求。

車聯網（V2X）和自動駕駛領域也為MEMS傳感器帶來增量市場。5G到來后，對汽車影響最重要的兩個部分可能就是自動駕駛和車聯網（v2X）領域，分別對應的是智能網聯汽車的智能化部分和網聯化部分。自動駕駛技術將進一步推動MEMS傳感器進入汽車。雖然GPS接收器可以計算自身位置和速度，但在GPS信號較差的地方（地下車庫、隧道）和信號受到干擾的時候，汽車的導航會受到影響，這對自動駕駛來說是致命的缺陷。利用MEMS陀螺儀和加速度計獲取速度和位置（角速度和角位置），車輛的任何細微動作和傾斜姿態都會被轉化為數字1言號，通過總線，傳遞給行車電腦。即便在最快的車速狀態下，MEMS的精度和反應速度也能夠適應。新興的汽車主動安全技術需要改進現有的主動安全系統，比如側翻（Ronover）與穩定性控制（ESC），這就需要MEMS加速度傳感器和角速度傳感器來感測車身姿態;語音將成為人與智能汽車的重要交互方式，MEMS麥克風將迎來發展新機遇;此外，MEMS傳感器在汽車領域還有很多應用，包括安全氣囊（應用于正面防撞氣囊的高g值加速度計和用于側面氣囊的壓力傳感器）、汽車發動機（應用于檢測進氣量的進氣歧管絕對壓力傳感器和流量傳感器）等。

未來實現完全自動駕駛（L5），需要配備的核心傳感器主要包括激光雷達（LiDAI～）、雷達（RA-DAR）、攝像頭（Camera）、慣性測量單元（IMU）和車路協同系統（V2X）。隨著自動駕駛技術的發展，多傳感器融合技術將成為關鍵，并且隨著自動駕駛滲透率逐步提升，以及自動駕駛冗余度和容錯性的特性，預計傳感器的需求將呈指數級增長，在此過程中MEMS傳感器當仁不讓。

除了5G和智能網聯汽車，今后MEMS的應用領域將逐漸擴大。未來20年，智慧城市、智慧家庭、智能制造、智慧醫療等物聯網的重要應用領域將迎來快速發展，MEMs傳感器市場將呈井噴式增長。MEMS傳感器將在未來的智能物聯網時代中起到核心作用，不僅實現多種傳感器的融合、AI與MRMS的融合，并且隨著傳感器新設計、新工藝、新材料、新的集成方法、新的封裝技術、傳感器融合和新檢測原理的助推，MEMS傳感器將能夠模仿甚至增強人類大部分感知——視覺、聽覺、觸覺、嗅覺，乃至情感、心靈感應以及美學欣賞的程度。