MEMS传感器：5G海量应用未来市场可期

诸玲珍

近日，汉威科技集团股份有限公司发布的一条公告引起业内关注。公告称，汉威科技拟将非公开发行股票募集资金的一部分（2.2亿元）新建一条年产3820万只MEMS传感器的封装测试生产线，主要产品为MEMS气体传感器、MEMS湿度传感器（统称环境传感器）和MEMS压力，流量传感器，主要应用在消费类电子、智能家居、医疗、汽车、智能穿戴、工业控制等领域。MEMS作为智能传感器的代表，是目前传感器市场发展的重点。随着5G通信、牢联网、物联网应用的迅速增长，MEMS传感器需求量将大大增加，预计到2021年，全球MEMS传感器市场规模将超过220亿美元。MEMS传感器欧美日厂商唱主角

微型机电系统MEMS是多学科交叉的前沿性领域，涉及电子、机械、光学、物理学、化学、生物医学、材料、能源等工程学科，它是微电子和微机械的巧妙结合。中国传感器与物联网产业联盟常务副理事长郭源生在接受《中国电子报》记者采访时表示，经过十多年的创新与发展，特别是用于MEMS技术的工艺、装备水平的提高，对MEMS技术全面提升发挥了重要作用，使其日趋成熟并得到广泛应用，成为世界各国科技领域重点关注的创新成就和重大标志性技术之一。尤其是在以硅基材料为主体的敏感元器件与传感器中，该项技术工艺已日趋成熟并被广泛应用，且占据主导地位。“与传统传感器相比，MEMS传感器具有体积小、重量轻、产品设计结构灵活;精度高、稳定性和一致性好，利于规模化生产;集成度高、成本低、功耗低，符合物联网指标要求等特征。特别是随着5G技术的推广应用，对感知系统技术产品的规模化使用和归一化、智能化要求更加迫切，与MEMS传感器特征高度契合。因此，该产业市场前景非常广阔，成为企业、社会资金投资的主流技术和热点领域之一。”郭源生说。

过去十多年来，技术改进推动MEMS传感器性能不断提升，促使MEMS从传统领域向新兴领域发展，市场规模也取得快速增长。麦姆斯咨询的调查数据表明，2018年全球MEMS市场规模达到116亿美元。该公司CEO王懿告诉《中国电子报》记者，1980年到2000年的20年期间，MEMS主要应用在汽车电子领域，而在消费电子领域涉及较少。此后，随着消费类市场中的智能手机、平板电脑和可穿戴设备市场的兴起，消费电子应用已经成为IVlEMS市场发展的主要驱动力，该市场呈现爆发式增长，2018年占据MEMS传感器60%以上的市场份额。除了消费电子和汽车电子两大应用领域，MEMS传感器还在生物医疗、工业控制、航空航天、军事国防等领域发挥着重要作用。

王懿还表示，综观全球MEMS传感器市场，美国、欧洲和日本一直处于主导地位，在MEMS供应链中扮演关键角色。赛迪顾问给出的数字显示，2018年全球MEMS领域企业营收排名中，博通、博世、意法半导体和德州仪器排名前四位，四家公司2018年MEMS业务营收分别为102.7亿元、95.5亿元、52.8亿元和41.6亿元。

我国与国际先进水平差距明显

与全球相比，近些年中国MEMS市场增速一直高于全球市场增长水平，但是与集成电路类似，庞大的市场主要依靠进口，高端MEMS产品的国产化率不足10%。

赛迪颐问今年5月发布的《2019年中国MEMS传感器潜力市场暨细分领域本土优秀企业》白皮书显示，中国已经成为全球MEMS市场发展最快的地区，但在营业规模、技术水平、产品结构方面，与国外相比有明显差距。

王懿告诉《中国电子报》记者，中国MEMS传感器厂商多为新兴的无晶圆厂（Fabless）初刨公司，技术上以跟随国外领先厂商为主，自身技术及产品性能还较弱。

汉威科技集团股份有限公司董事长任红军表达了同样的观点，他认为国内MEMS传感器无论从技术还是产业规模来看，相比较之下还有很大差距。赛迪顾问物联网产业研究中心分析师赵振越告诉记者，发达国家主要强在MEMS芯片和微机电制造领域，特别是在使用寿命和精度上优势明显。

“当今中国MEMS产业面临的最大问题是;缺乏开放、专业的MEMS规模化代工厂，无法解决众多/vIEMS设计公司的制造工艺问题。虽然传统的Ic代工厂也开展了MEMS代工业务，但主要以压力传感器、MEMS麦克风、加速度计等成熟的低端产品为主，且产值较少，制造工艺水平与国际领先代工厂的差距明显。”王懿说。

不过，任红军表示，近几年国内科研院所、企业也在加大追赶步伐和力度，并取得较快进展。国内企业在MEMS品种上基本都有涉及。

5G/工智能给MEMS提供巨大市场

未来，5G、八工智能、车联网、AR/VK等新应用场景将需要大量的传感器，并且对传感器的功耗、可靠性、智能化程度以及成本都提出了更高要求，而MEMS传感器无疑是“最佳选择”。任红军表示，未来，MEMS传感器前景广阔，将广泛普及应用于生产、生活各领域，技术上也会朝向多功能、集成化、智能化方向发展。

王懿指出，MEMS传感器将在5G时代大展宏图。他说，5G的革命将使连接变得前所未有的容易，这为数据的快速流动创造了机遇——海量传感器数据将在这条5G高速公路上快速穿行。为了使这些数据更有意义和价值，必须进行数据处理及融合，以便于智能设备的分析与应用。一个即将兴起的趋势便是边缘计算，它将MEMS传感器和人工智能融合，實现从简单的数据收集走向环境态势感知、应用意图预测。

赵振越用具体的数字说明5G时代MEMS的重要性，他说，MEMS的环行器和滤波器在5G的基站建设方面将会有海量的应用，只一个基站对射频MEMS的需求就超过300亿个;5G终端应用方面，以5G手机为例，滤波器从40个增加至70个，频带从15个增加至30个，接收机发射机滤波器从30个增加至75个，射频开关从10个增加至30个，所以5G是对射频MNMS的一个重大的需求机遇。

赵振越还给出了MEMS在人工智能领域的应用前景，他说，人工智能硬件领域只有两种：芯片和传感器。芯片相当于大脑，传感器则相当于感官，都是人工智能与万物建立联系的必备条件。人工智能时代数据是关键，MEMS传感器一方面感知外界，一方面不断采集大量数据，数据的精确度和高效的处理，是实现其潜在价值、推动降低成本，并为客户带来核心价值的关键。未来，人工智能需要大量的结合多传感器融合技术，高精度、低功耗、高安全性或内嵌人工智能算法的MEMS传感器，并且在很大程度上综合其他领域的发展，最直接的价值或将来自于自动驾驶领域。

MEMS需求将呈指数级增长

赛迪顾问物联网产业研究中心分析师赵振越

物联网产业的快速发展，将给MEMS行业带来巨大的发展红利。

5G时代的到来，为MEMS提供了巨大的发展机遇。5G的三大应用场景对MEMS提出了海量需求：增强移动宽带（eMBB）主要面向移动互联网提供超高的传输数据速率，为移动互联网用户提供更加极致的应用体验，超高清视频、3D立体视频、VR/AR等应用将进一步增长;超高可靠低时延通信（URLLC）主要面向车联网、工业控制、远程医疗等对时延和可靠性具有极高要求的垂直行业应用需求;海量机器类通信（mMTC）主要面向智慧城市、智能家居、环境监测等以传感和数据采集为目标的应用需求。

车联网（V2X）和自动驾驶领域也为MEMS传感器带来增量市场。5G到来后，对汽车影响最重要的两个部分可能就是自动驾驶和车联网（v2X）领域，分别对应的是智能网联汽车的智能化部分和网联化部分。自动驾驶技术将进一步推动MEMS传感器进入汽车。虽然GPS接收器可以计算自身位置和速度，但在GPS信号较差的地方（地下车库、隧道）和信号受到干扰的时候，汽车的导航会受到影响，这对自动驾驶来说是致命的缺陷。利用MEMS陀螺仪和加速度计获取速度和位置（角速度和角位置），车辆的任何细微动作和倾斜姿态都会被转化为数字1言号，通过总线，传递给行车电脑。即便在最快的车速状态下，MEMS的精度和反应速度也能够适应。新兴的汽车主动安全技术需要改进现有的主动安全系统，比如侧翻（Ronover）与稳定性控制（ESC），这就需要MEMS加速度传感器和角速度传感器来感测车身姿态;语音将成为人与智能汽车的重要交互方式，MEMS麦克风将迎来发展新机遇;此外，MEMS传感器在汽车领域还有很多应用，包括安全气囊（应用于正面防撞气囊的高g值加速度计和用于侧面气囊的压力传感器）、汽车发动机（应用于检测进气量的进气歧管绝对压力传感器和流量传感器）等。

未来实现完全自动驾驶（L5），需要配备的核心传感器主要包括激光雷达（LiDAI～）、雷达（RA-DAR）、摄像头（Camera）、惯性测量单元（IMU）和车路协同系统（V2X）。随着自动驾驶技术的发展，多传感器融合技术将成为关键，并且随着自动驾驶渗透率逐步提升，以及自动驾驶冗余度和容错性的特性，预计传感器的需求将呈指数级增长，在此过程中MEMS传感器当仁不让。

除了5G和智能网联汽车，今后MEMS的應用领域将逐渐扩大。未来20年，智慧城市、智慧家庭、智能制造、智慧医疗等物联网的重要应用领域将迎来快速发展，MEMs传感器市场将呈井喷式增长。MEMS传感器将在未来的智能物联网时代中起到核心作用，不仅实现多种传感器的融合、AI与MRMS的融合，并且随着传感器新设计、新工艺、新材料、新的集成方法、新的封装技术、传感器融合和新检测原理的助推，MEMS传感器将能够模仿甚至增强人类大部分感知——视觉、听觉、触觉、嗅觉，乃至情感、心灵感应以及美学欣赏的程度。