MEMS传感器推动工业领域迈向智能化

摘要：MEMS传感器作为获取信息的关键器件，对各种传感装置的微型化起着巨大的推动作用，随着电子技术的发展，MEMS的应用领域越来越广泛，由最早的工业、军用航空应用走向普通的民用和消费市场。

作为数字时代的感知层，MEMS传感器已成为支撑万物互联、万事智联的重要基础产业，其产业链分为：前端fabless 设计、ODM 代工晶圆厂生产、封装测试和最终应用四大环节。随着我国设计、制造、封测等多个环节的技术和工艺的逐步成熟，MEMS传感器作为物理量连接半导体的产物在消费电子、汽车电子、工业控制、军工、智能家居、智慧城市等领域得到了更为广泛的应用。

 

根据Yole Development 的预测，2016-2020 年全球MEMS 传感器市场将以13%年复合成长率增长，2020 年MEMS 传感器市场将达到308亿美元，前景极其广阔。

MEMS全球市场产值预测（亿美元）

在MEMS传感器应用场景中，通常主要归类为四大块：消费电子、汽车电子、医疗服务以及工业领域。虽然，MEMS传感器在消费电子、汽车电子和医疗三大应用场景中占据较大的市场份额（约86%），但随着《中国制造2025》和十四五相关产业规划发布实施，“智能制造”已经上升到国家意志层面，MEMS传感器在工业控制相关产业方面，将大大推动工业领域更加迈向智能化。

 

MEMS传感器在工业领域应用非常广泛，工业生产各个环节都需要MEMS传感器进行监测，并把数据反馈给控制中心，以便对出现异常节点进行及时干预，保证工业生产正常进行。可以说，MEMS传感器让工业自动化智能设备有了感知能力，在自动化生产过程中使用各种传感器监视和控制各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量，并让工作人员远离生产线和设备，保证人身安全和健康。

 

智能工厂应用场景

工业类MEMS传感器是根据材料的物理、化学、生物学的特性和规律设计而成的器件，种类繁多，分类方法也比较多。以下，就是智芯传感小编为大家梳理一下工业类MEMS传感器类型：

• 按用途分类，可分为压力、位移、速度、温度、湿度等传感器；
• 按测量原理分类，可分为物理型传感器、化学型传感器和生物型传感器。如电压式、热电式、电阻式、光电式、电感式等；
• 按半导体有关理论分类，可分为半导体力敏、热敏、光敏、气敏等固态传感器；
• 按制造工艺分类，可分为集成传感器、薄膜传感器、厚薄传感器和陶瓷传感器；
• 按输出量分类，可分为模拟式和数字式传感器。模拟式传感器的输出信号为模拟量；数字式传感器的输出信号为数字量，便于与计算机连用，且抗干扰性强；
• 按构成分类，可分为基本型传感器、组合型传感器和应用型传感器；
• 按作用形式分类，可分为主动型传感器、被动型传感器。

 

MEMS在工业机器人中的应用

工业领域的MEMS传感器，常见的有加速度计、陀螺仪、惯性测量组合（IMU）、振荡器、压力传感器等。近年来红外探测器也向工业市场进军，气体/化学传感器则有望受空气质量检测和安全需求驱动高速增长。加速度计可以用来监测工业设备的振动和旋转速度，高精度的MEMS加速度计和陀螺仪可以为工业机器人的导航和转动提供精确的位置信息。

 

MEMS传感器典型应用

由于起步晚基础弱，我国工业类MEMS传感器和其他关键技术一样，核心元器件技术严重缺失、创新能力弱，国内工业传感器厂商主要在低端市场混战厮杀，近年来逐步向中高端市场发力，但是高端市场仍被美国、德国、日本等外资企业长期占据。目前，随着工业互联网、大数据、物联网等新一代信息技术的快速发展，我国高度重视MEMS传感器等电子元器件产业发展，MEMS传感器将在智慧工业时代大有可为。特别是在2021年1月29日，工信部发布了《基础电子元器件产业发展行动计划（2021-2023 年）》，提出要做强传感类等元器件产业，夯实信息技术产业基础，这对加快电子元器件及配套材料和设备仪器等基础电子产业发展，特别是对工业类MEMS传感器向小型化、集成化、网络化、智能化等方面发展具有重要意义。

 

2020全球MEMS传感器区域分布

根据《2020年中国MEMS制造白皮书》数据显示，中国已经成为全球MEMS传感器市场发展最快的地区。2019年，我国MEMS传感器市场规模达到579.8亿元人民币，增长率达到18.3%。中国作为全球最大的电子产品生产基地，消耗了全球近二分之一的MEMS器件，但是MEMS元器件的国产化率却相当低，不足30%。目前，由北京智芯传感科技有限公司自主研发的微差压气体压力传感器ZXP8系列和防水型压力传感器ZXP4系列产品，走在了MEMS压力传感器国产化的前列。

ZXP8系列微差压气体压力传感器将压阻式MEMS压力芯体和专用信号调理电路封装在双气嘴结构的管壳内，降低环境对输出的影响。信号调理电路包含一个24-bit的Σ-Δ ADC，可以输出高精度的数字压力信号，所输出的数据都经过充分的校准和温度补偿，标准的I2C数字 输出更容易进行系统集成。该传感器采用符合业界JEDEC标准的SOIC-16表贴封装，在工业领域适用于消防余压、气流测量、压力开关、气动量规、安全柜、生命科学、气体流量仪表等场景。

ZXP8系列微差压气体压力传感器

ZXP4系列防水型压力传感器提供表压和绝压两种压力方式，采用当前先进的压力传感器技术和高集成、低功耗、高精度的数字信号处理技术，提供完整的压力校准和温度补偿，获得放大的模拟或数字输出。

ZXP4系列防水型压力传感器

作为一家在MEMS压力传感器赛道上发展迅猛的企业，北京智芯传感科技有限公司拥有多项自主研发专利，技术力量雄厚，核心研发人员均具有研究生及以上学历，并具有多年MEMS相关领域从业经验，公司具备完整的生产能力，目前已拥有两条自主研发的自动化生产线，年产量超1000万只。随着企业实力不断壮大，智芯传感的MEMS压力传感器产品广泛地应用在军工、工业、汽车、摩托车、医疗、手机及消费电子类等多个行业，并在业界树立了良好的信誉与口碑。