深圳电子展|未来已来！把握MEMS传感器国产替代机遇！

 

微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System），也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，指尺 寸在几毫米乃至更小的高科技装置。微机电系统其内部结构一般在微米甚至纳米量级。微机电系统是在微 电子技术（半导体制造技术）基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加 工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。今天就由深圳电子展小编为你解读更多行业新趋势。

 

MEMS是一个独立的智能系统，可大批量生产，其 系统尺寸在几毫米乃至更小，其内部结构一般在微米甚至纳米量级。例如，常见的MEMS产品尺寸一般都 在3mm×3mm×1.5mm，甚至更小。

 

一个MEMS传感器里面重要的芯片为MEMS芯片和ASIC芯片，其中 MEMS芯片负责感知信号，将测量量转化为电阻、电容等信号变化；ASIC芯片负责将电容、电阻等信号转 换为电信号，其中涉及到信号的转换和放大等功能。

 

与传统的机械传感器相比，MEMS传感器具有体积小、 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等特点。在微米量级的特 征尺寸MEMS传感器可以完成某些传统机械传感器所不 能实现的功能。因此，MEMS传感器正逐步取代传统机 械传感器的主导地位，在消费电子产品、汽车工业、 航空航天、机械、化工及医药等领域得到广泛的应用。

 

一、MEMS传感器应用领域

 

MEMS传感器种类多，可应用于物理、化学、 生物等领域信号的探测，较为常见的种类有加速 度传感器、惯 性 传 感 器、压 力 传 感 器、 MEMS 陀 螺 仪 以 及MEMS 麦克风等。目前 MEMS 传感器在消费电子、医疗、汽车电 子以及工业等应用领域占比高，分别占据 41.8%、28.1%、16.7%和 9.1%。

 

MEMS压力传感器是使用广泛的 MEMS传感器产品之一，通常应用于智能手机、航空航天、汽车、 生物医药以及工艺控制等领域，按照压力探测方式可以分为压阻式、电容式、谐振传感等，而为 常用的是压阻式和电容式，因此这两种压力传感器的技术迭代也为活。

 

为充分降低微压MEMS传感器中测量的敏感性和线性度之间的矛盾，不断提高微压传感器测量精度， 一种新型的FBBM结构应运而生，该结构包含了 4 个短梁和一个位于中心的方形凸块，通过减少传感 膜结构偏转程度达到进一步降低压力的非线性，并提高了压阻灵敏度，达到了提升微压MEMS传感器 精度的目标。

 

二、不同MEMS传感器的比较

 

由于MEMS传感器测量的外部信号不同，不同类型的MEMS传感器技术差异较大。MEMS惯性传感器主要检测物体的运动，需要将传感器安装在载体上用于检测载体的运动，因此多为密 闭式封装。而压力/光学/声学传感器需要通过直接接触被测量，所以多为开放式封装，同时需要结合使 用环境设计有利于检测信号的传感器敏感单元表面结构。

 

MEMS惯性传感器相对于压力传感器、声学传感器等其他类型的传感器应用领域较广，在高可靠领域及 其他工业、消费领域均具备丰富的应用场景，不同应用场景对于性能、成本、功耗、体积的要求差异较 大。相对于在工业及消费领域应用较广的声学传感器、环境传感器等，高性能MEMS惯性传感器多应用 于高可靠领域，复杂环境下对于产品性能要求高，因此对产品可靠性提出了更严格的需求，存在较高的 技术门槛。

 

三、MEMS传感器发展困境

 

相较于美国、日本等科技大国，国内对于 MEMS技术的研究稍显落后，在20世纪80年 代末才开始成为国家重点研究项目之一。经 过近三十年的发展，国产MEMS在技术方面 有了实质性的进展，在市场应用方面逐步实 现了长效积累。例如在MEMS麦克风市场， 全球四大公司占据市场话语权，其中两家来 自中国，歌尔股份和瑞声科技，他们还正在 挑战楼氏电子的领袖地位，势头凶猛。

 

伴随着消费电子、汽车电子、工业、医疗等 领域的快速发展，市场对MEMS产品的需求 变得十分迫切，MEMS市场如同空池一般急 需更多水源流入。

 

制造MEMS器件不仅需要成熟且丰富的工艺技术，还要有足够多的产线保证产能。目前，国内提供专业 MEMS代工服务的有中芯国际、无锡华润上华、上海先进等。除了以上企业能够满足代工产能和良率要 求之外，其他大多数国内MEMS代工企业还未积累起足够的工艺技术储备和大规模市场验证反馈的经验， 并且在加工工艺的一致性、可重复性也都不能满足设计需要，产品的良率和可靠性更是无法达到规模生 产要求。

 

在这样的情况之下，设计公司也只能选择与国外成熟代工厂合作，才能保证产品的质量。而在 后端的封装测试环节，情况则较为乐观，南通富士通、晶方半导体、华天科技、长电科技、通富微电等 企业能够满足产品质量和数量的要求。

 

四、MEMS传感器发展前景

 

随着国产MEMS传感器产业逐渐完善，MEMS将传感器“芯片化”的能力得到了广泛的认可，因此很多 人在谈论国产传感器发展趋势时，除了过往的集成化、小型化和智能化等，有时也会加上“MEMS化”。设备小型化、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。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。未来，智能家 居、工业互联网、车联网、智能城市、机器人等新产业领域都将为MEMS传感器行业带来广阔的市场空 间。展望未来，技术水平的不断提高，使市场对“小而智能”的传感器需求越来越大，特别是在物联网等应 用的推动下，MEMS传感器的应用空间也愈发广阔。

 

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文章来源：传感器专家网