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MEMS传感器产业链逐步壮大 未来应用领域拓展

仪表产业 2021年04月12日 16:53:57 来源:仪表网人气:23835
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  【仪表网 仪表产业】MEMS系统即微机电系统,是指可批量制作的,集微型传感器执行器、机械结构、电源能源、信号处理、控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微米或纳米级器件或系统。
 
  MEMS传感器是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域,其采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比,它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。
 
  同时,在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。2016年以来,国内传感器技术及产业快速发展,同时受国内物联网、5G、人工智能等技术的推动,传感器向着MEMS化、智能化、网络化、系统化的方向持续发展。
 
  MEMS产业链主要涉及设计研发、生产制造、封装测试、系统应用四大环节。MEMS产业链的上游包括MEMS器件设计、材料和生产设备的研发和供应,中游包括MEMS器件的制造加工和封装测试、下游使用MEMS产品集成终端电子产品。据统计,MEMS&传感器代工产能将从2019年的390万片/月增加至2023年的470万片/月。
 
  中国MEMS传感器行业发展趋势
 
  1.微型化。设备小型化、低能耗化未来,不断缩小产品尺寸、降低产品成本是MEMS传感器行业的重要发展趋势之一。
 
  MEMS传感器产品的下游应用,对产品轻薄化有着较高的要求。MEMS生产厂商一方面改进封装结构计,在保证产品性能的基础上缩小器件尺寸,另一方面也同步缩小芯片的尺寸,在单片晶圆尺寸固定的情况下,芯片尺寸的减小增加了芯片的产量,也有效降低了平均成本。未来,随着MEMS尺寸的缩小,MEMS(微机电系统)将逐步向NEMS(纳机电系统)转变,并获得尺寸和成本的持续降低。
 
  2.集成化。多传感器融合与协同单个设备中搭载的传感器数量逐渐增加,同时为了提升了信号识别与收集的效果和器件的集成化程度,传感器之间开始实现融合与协同(比如加速度计、陀螺仪、磁力计、IMU组合形成惯性传感器组)。
 
  应用场景多元化
 
  随着人工智能和物联网技术的发展,MEMS传感器的应用场景将更加多元。MEMS传感器是人工智能重要的底层硬件之一,传感器收集的数据越丰富和精准,人工智能的功能才会越完善。
 
  1.应用于医疗
 
  MEMS传感器应用于无创胎心检测,检测胎儿心率是一项技术性很强的工作,由于胎儿心率很快,在每分钟l20~160次之间,用传统的听诊器甚至只有放大作用的超声多普勒仪,用人工计数很难测量准确。而具有数字显示功能的超声多普勒胎心监护仪,价格昂贵,仅为少数大医院使用,在中、小型医院及广大的农村地区无法普及。此外,超声振动波作用于胎儿,会对胎儿产生很大的不利作用。尽管检测剂量很低,也属于有损探测范畴,不适于经常性、重复性的检查及家庭使用。
 
  基于MEMS加速度传感器设计的胎儿心率检测仪在适当改进后能够以此为终端,做一个远程胎心监护系统。医院端的中央信号采集分析监护主机给出自动分析结果,医生对该结果进行诊断,如果有问题及时通知孕妇到医院来。该技术有利于孕妇随时检查胎儿的状况,有利于胎儿和孕妇的健康。
 
  2.应用在汽车电子
 
  MEMS压力传感器主要应用在测量气囊压力、燃油压力、发动机机油压力、进气管道压力及轮胎压力。这种传感器用单晶硅作材料,以采用MEMS技术在材料中间制作成力敏膜片,然后在膜片上扩散杂质形成四只应变电阻。车用MEMS压力传感器有电容式、压阻式、差动变压器式、声表面波式等几种常见的形式。而MEMS加速度计的原理是基于牛顿的经典力学定律,通常由悬挂系统和检测质量组成,通过微硅质量块的偏移实现对加速度的检测,主要用于汽车安全气囊系统、防滑系统、汽车导航系统和防盗系统等,除了有电容式、压阻式以外,MEMS加速度计还有压电式、隧道电流型、谐振式和热电偶式等形式。
 
  3.应用于运动追踪系统
 
  在运动员的日常训练中,MEMS传感器可以用来进行3D人体运动测量,对每一个动作进行记录,教练们对结果分析,反复比较,以便提高运动员的成绩。随着MEMS技术的进一步发展,MEMS传感器的价格也会随着降低,这在大众健身房中也可以广泛应用。
 
  在滑雪方面,3D运动追踪中的压力传感器、加速度传感器、陀螺仪以及GPS可以让使用者获得极精确的观察能力,除了可提供滑雪板的移动数据外,还可以记录使用者的位置和距离。在冲浪方面也是如此,安装在冲浪板上的3D运动追踪,可以记录海浪高度、速度、冲浪时间、浆板距离、水温以及消耗的热量等信息。
 
  未来,智能家居、工业互联网、车联网、智能城市等新产业领域都将为MEMS传感器行业带来广阔的市场空间。
 
  资料来源:乐晴智库、百科
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