物聯(lián)網(wǎng)作為當(dāng)前最具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)之一,將有力帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí),引領(lǐng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整,從而引起社會(huì)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的深度變革。在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)中,MEMS傳感器正扮演著越來(lái)越重要的角色,在即將到來(lái)的智能物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代中將起到核心作用,為新科技產(chǎn)品提供更智能、更敏銳的感知能力。中國(guó)MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)的生態(tài)環(huán)境已經(jīng)完善,目前MEMS產(chǎn)業(yè)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存,抓住機(jī)遇攻堅(jiān)克難從而獲得物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的紅利,是大家共同努力的方向,也是共同思考的問(wèn)題。
國(guó)內(nèi)MEMS傳感器潛力市場(chǎng)
MEMS傳感器作為獲取信息的關(guān)鍵器件,對(duì)各種傳感裝置的微型化起著巨大的推動(dòng)作用,由最早的工業(yè)、軍用航空應(yīng)用走向普通的民用和消費(fèi)市場(chǎng),已在太空衛(wèi)星、運(yùn)載火箭、航空航天設(shè)備、飛機(jī)、各種車(chē)輛、生特醫(yī)學(xué)及消費(fèi)電子產(chǎn)品等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。未來(lái)隨著MEMS傳感器在自動(dòng)駕駛、無(wú)人機(jī)/機(jī)器人、AR/VR、工業(yè)4.0、可穿戴設(shè)備、人工智能、5G等領(lǐng)域的不斷發(fā)展,針對(duì)這些應(yīng)用場(chǎng)景,賽迪顧問(wèn)從物聯(lián)網(wǎng)的幾大細(xì)分市場(chǎng)的規(guī)模、增長(zhǎng)潛力等維度,篩選出未來(lái)六大潛力市場(chǎng),分別是智慧城市、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智慧家庭、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智慧農(nóng)業(yè)、智慧醫(yī)療。
1.智慧城市。中國(guó)智慧城市的發(fā)展是城鎮(zhèn)化發(fā)展與新技術(shù)革命共同碰撞的結(jié)果。從長(zhǎng)期來(lái)看,中國(guó)城市巨大的存量治理和精細(xì)化發(fā)展需求意味著智慧城市行業(yè)仍存在巨大潛力。智慧城市的基本要求是城市當(dāng)中物物相連,每一個(gè)需要識(shí)別和管理的物體上,都需要安裝與之對(duì)應(yīng)的傳感器。因此,傳感器的升級(jí)換代成為智慧城市能否快速發(fā)展的關(guān)鍵。智慧城市將成為傳感器行業(yè)的又一個(gè)千億元級(jí)市場(chǎng),在智能電網(wǎng)、智能交通、智能安防等城市生活各個(gè)領(lǐng)域,相關(guān)智慧城市的實(shí)質(zhì)性建設(shè)與試點(diǎn)規(guī)劃工作已經(jīng)在逐步展開(kāi)。
2014年中國(guó)智慧城市市場(chǎng)規(guī)模僅為0.76萬(wàn)億元,到了2016年市場(chǎng)規(guī)模突破1萬(wàn)億元,截止到2018年,中國(guó)智慧城市市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)至7.9萬(wàn)億元,預(yù)計(jì)2019年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到10.5萬(wàn)億元。2016—2021 年年復(fù)合增長(zhǎng)率約為60%,預(yù)計(jì)2021年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到18.7萬(wàn)億元。
2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)手段, 在各層次之間交互傳遞信息,賦能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展,優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)管理,提高工業(yè)生產(chǎn)效率,實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。當(dāng)前,新一輪科技變革和產(chǎn)業(yè)變革給中國(guó)制造業(yè)帶來(lái)了巨大的發(fā)展機(jī)遇,隨著政府持續(xù)的政策推動(dòng),信息化、智能化的工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)引導(dǎo)中國(guó)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變。
在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施將提供重要支撐作用,大大促進(jìn)中國(guó)制造業(yè)的整體生產(chǎn)效率,優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程,擴(kuò)大競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。隨著國(guó)家對(duì)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)新動(dòng)能的進(jìn)一步推動(dòng),工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為智能制造的基礎(chǔ)平臺(tái),將會(huì)在整個(gè)制造業(yè)發(fā)展過(guò)程中起到越來(lái)越關(guān)鍵的作用。
中國(guó)2016年市場(chǎng)規(guī)模為4145.3億元,2018年市場(chǎng)規(guī)模為5358.9億元,2016—2021年年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到14%,預(yù)計(jì)2021年市場(chǎng)將達(dá)到近8000億元的規(guī)模。
3.智慧家庭。智慧家庭也稱(chēng)為智慧住宅,國(guó)外稱(chēng)之為“Smart Home”是以住宅為載體,在居住環(huán)境中安裝智能家居系統(tǒng)并融合自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),通過(guò)綜合布線、網(wǎng)絡(luò)通信、安全防范、自動(dòng)控制技術(shù)和音視頻等技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)備智能的聯(lián)系起來(lái)并集中管理,提供更具有便捷性、舒適性、安全性、節(jié)能性的家庭生活環(huán)境。在智能家庭市場(chǎng),越來(lái)越多的智能家居在設(shè)計(jì)中開(kāi)始采用傳感器,以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的傳感和控制其中傳感器網(wǎng)絡(luò),通過(guò)嵌入式系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行處理和隨機(jī)自組織無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò),綜合優(yōu)化了分布式信息處理技術(shù)、傳感器技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)等,以多跳中繼方式將所感知信息傳送到用戶(hù)終端,能夠通過(guò)各類(lèi)集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息。
2018年中國(guó)智慧家庭市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到3580.1億元,預(yù)計(jì)2020年市場(chǎng)規(guī)模將突破萬(wàn)億元,2016—2021年年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到44%以上。
4.車(chē)聯(lián)網(wǎng)。智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)是指搭載先進(jìn)的車(chē)載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置,并融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù),實(shí)現(xiàn)車(chē)與 X(車(chē)、路、人、云端等) 智能信息交換、共享,具備復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等功能,可實(shí)現(xiàn)“安全、高效、舒適、節(jié)能” 行駛,并最終可實(shí)現(xiàn)替代人來(lái)操作的新一代汽車(chē)。在車(chē)聯(lián)網(wǎng)中,車(chē)用傳感器技術(shù)是車(chē)聯(lián)網(wǎng)集成的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前,傳感器已經(jīng)涉及汽車(chē)的方方面面,比如車(chē)速的監(jiān)控、溫濕度、剎車(chē)、燃料監(jiān)控等。未來(lái),隨著智能化的程度越來(lái)越高,汽車(chē)所使用的傳感器數(shù)量與種類(lèi)也將會(huì)更多,如超聲波、圖像、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、夜視儀、3D感知等。
2018 年中國(guó)車(chē)聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模為486億元,伴隨著車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)向著智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向演進(jìn),中國(guó)車(chē)輛網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模將進(jìn)一步增長(zhǎng),預(yù)計(jì)2020年中國(guó)車(chē)聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模將接近1000億元,2016—2021年年復(fù)合增長(zhǎng)率為21%。
5.智慧農(nóng)業(yè)。相比傳統(tǒng)農(nóng)業(yè),智慧農(nóng)業(yè)更加具有規(guī)?;?、精細(xì)化、環(huán)境友好化,更低的人力成本、更低的勞動(dòng)強(qiáng)度、更低的中間投入,更高的農(nóng)業(yè)技術(shù),更直觀的統(tǒng)籌管理、更廣闊的市場(chǎng)合作。中國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó),人均耕地面積的減少讓我國(guó)糧食供需關(guān)系趨于緊張,使我國(guó)糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定受到了嚴(yán)重的威脅,因此,發(fā)展智慧農(nóng)業(yè),提高糧食生產(chǎn)質(zhì)量,推進(jìn)耕地高效合理的利用對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重大意義。其中傳感器所收集的空氣溫度、濕度、土壤水分等參數(shù)接近或超出了作物最佳生長(zhǎng)值時(shí),基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能平臺(tái)通過(guò)手機(jī)短信等方式及時(shí)提醒種植者,種植者可以根據(jù)提醒及時(shí)采取相應(yīng)行動(dòng),保障作物生長(zhǎng)環(huán)境的最優(yōu)。通過(guò)傳感器所傳輸?shù)臄?shù)據(jù),可以隨時(shí)隨地掌握作物的信息,對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行遠(yuǎn)程管理,同時(shí)請(qǐng)專(zhuān)家或通過(guò)專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)作物的病蟲(chóng)害、長(zhǎng)勢(shì)等進(jìn)行科學(xué)診斷與決策。通過(guò)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè),給農(nóng)作物適宜的生長(zhǎng)環(huán)境和營(yíng)養(yǎng),農(nóng)作物一方面長(zhǎng)得快,長(zhǎng)得好,同時(shí)還不容易得病,這樣能帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益。
2018年中國(guó)智慧農(nóng)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模突破1300億元,預(yù)計(jì)2021年市場(chǎng)規(guī)模將突接2000億元,2016—2021年年復(fù)合增長(zhǎng)率為12%。
6.智慧醫(yī)療。互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療行業(yè)諸多領(lǐng)域發(fā)生邊際改善,行業(yè)迎來(lái)良好發(fā)展機(jī)遇。 智慧醫(yī)療作為新興的專(zhuān)有醫(yī)療名詞,是指利用最先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),打造健康檔案區(qū)域醫(yī)療信息平臺(tái),實(shí)現(xiàn)患者與醫(yī)務(wù)人員、醫(yī)療設(shè)備之間的互動(dòng),逐步達(dá)到信息化。智慧醫(yī)療主要由三部分組成,分別為智慧醫(yī)院系統(tǒng)、區(qū)域衛(wèi)生系統(tǒng)以及家庭健康系統(tǒng)。近年來(lái),中國(guó)的智慧醫(yī)療市場(chǎng)需求不斷增加,市場(chǎng)規(guī)模迅速擴(kuò)大,成為僅次于美國(guó)和日本的世界第三大智慧醫(yī)療市場(chǎng)。遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能醫(yī)療,甚至結(jié)合大數(shù)據(jù)、云服務(wù)的醫(yī)療進(jìn)階應(yīng)用,多半無(wú)法避免使用到大量的醫(yī)療感測(cè)元器件,透過(guò)醫(yī)療感測(cè)元器件的整合,可以做到以智能終端測(cè)量測(cè)者的生理檢康狀態(tài),建構(gòu)更具智慧的醫(yī)療服務(wù)。智慧醫(yī)療平臺(tái)必將大量使用各種物理、化學(xué)、生物傳感器,為傳感器企業(yè)提供了市場(chǎng)機(jī)會(huì),關(guān)鍵是需要建立醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)人員與信息技術(shù)專(zhuān)業(yè)人員的協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制,互相彌補(bǔ)專(zhuān)業(yè)知識(shí)欠缺,尋找、研究、解決人體生理參數(shù)采集中的交叉性問(wèn)題。逐步研發(fā)提供高精度、高可靠的智能化傳感器產(chǎn)品或多參數(shù)檢測(cè)的系統(tǒng)集成產(chǎn)品,例如可穿戴設(shè)備、醫(yī)用家庭智能終端產(chǎn)品和服務(wù)型機(jī)器人等。
2018年中國(guó)智慧醫(yī)療市場(chǎng)規(guī)模658.7億元,預(yù)計(jì)2021年智慧醫(yī)療市場(chǎng)規(guī)模將突破1100億元,2016—2021年年復(fù)合增長(zhǎng)率為16%。
MEMS傳感器潛力產(chǎn)品
MEMS技術(shù)有非常廣闊的應(yīng)用前景,特別是進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,由于MEMS市場(chǎng)的應(yīng)用種類(lèi)繁多,產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)的多樣化,為中小企業(yè)帶來(lái)了機(jī)遇。結(jié)合未來(lái)六大物聯(lián)網(wǎng)潛力市場(chǎng),賽迪顧問(wèn)針對(duì)不同傳感器產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模和增長(zhǎng)潛力等維度,篩選出未來(lái)六大潛力產(chǎn)品,分別是壓力、慣性(組合)、射頻、MEMS麥克風(fēng)、非制冷紅外成像和探測(cè)器、氣體傳感器。
1.壓力傳感器。壓力傳感器是在六大潛力市場(chǎng)中應(yīng)用最多的,也是歷史最為悠久的傳感器。它在汽車(chē)中的應(yīng)用最為廣泛,如TPMS、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力、剎車(chē)系統(tǒng)空氣壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力、胎壓監(jiān)測(cè)等,消費(fèi)電子如胎壓計(jì)、血壓計(jì)、櫥用秤、健康秤,洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、電冰箱、微波爐、烤箱、吸塵器用壓力傳感器,空調(diào)壓力傳感器,洗衣機(jī)、飲水機(jī)、洗碗機(jī)、太陽(yáng)能熱水器用液位控制壓力傳感器。工業(yè)電子如數(shù)字壓力表、數(shù)字流量表、工業(yè)配料稱(chēng)重等。
2018年中國(guó)MEMS壓力傳感器市場(chǎng)規(guī)模為116.6億元, 2016—2021年年復(fù)合增長(zhǎng)率為12%,預(yù)計(jì)2021年市場(chǎng)規(guī)模將突破150億元。
2.慣性(組合)傳感器。MEMS慣性(組合)傳感器又稱(chēng)慣性測(cè)量單元(Inertial Measurement Unit,簡(jiǎn)稱(chēng)IMU),通常包含速度傳感器(即加速計(jì))、角速度傳感器(即陀螺儀)、磁感應(yīng)傳感器(即磁力計(jì)),這三類(lèi)傳感器的組合就形成了三軸、六軸和九軸慣性組合傳感器。MEMS慣性組合傳感器應(yīng)用范圍非常廣泛,從軍事防御、機(jī)器人、船舶、飛機(jī)和無(wú)人機(jī)、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)、可重復(fù)使用航天運(yùn)載器和微型衛(wèi)星,到監(jiān)測(cè)建筑物狀態(tài)、監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電廠、太陽(yáng)能發(fā)電廠、高壓線路、水壩、管道等,再到智能手機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)/無(wú)人駕駛汽車(chē)、智能家居等。
消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)仍是慣性MEMS器件最大的細(xì)分市場(chǎng),但是價(jià)格壓力巨大,競(jìng)爭(zhēng)也是非常激烈,但隨著智能汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,其在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用市場(chǎng)將會(huì)很快超越消費(fèi)電子。2018年中國(guó)MEMS慣性傳感器市場(chǎng)規(guī)模為78.5億元,2016—2021年年復(fù)合增長(zhǎng)率為15%,預(yù)計(jì)2020年市場(chǎng)規(guī)模將突破110億元。
3.射頻(RF)MEMS器件。射頻RF(Radio Frequency)MEMS器件主要有:基于開(kāi)關(guān)基本結(jié)構(gòu)單元的移相器、可調(diào)濾波器、可變波束天線等,應(yīng)用于相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)、平面陣列掃描天線等;硅基/熔融石英基的高性能濾波器,應(yīng)用于軍用雷達(dá)/衛(wèi)星通信、電子對(duì)抗等;超小型化的聲波濾波器(SAW、 FBAR),大量應(yīng)用于手機(jī)、無(wú)線人機(jī)交互設(shè)備、導(dǎo)航、微納衛(wèi)星等;微納電感、電容結(jié)構(gòu)組成的天線陣列,用于雷達(dá)、電子對(duì)抗等;微納傳輸線/波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(如微同軸結(jié)構(gòu))組成的高性能T/R組件等。
其中,濾波器是構(gòu)建射頻微波子系統(tǒng)最重要、用量最大的器件之一,也是研究最廣泛、成熟度最高的器件。民用市場(chǎng)的射頻微波濾波器主要以聲表面波濾波器(Surface Acoustic Wave,簡(jiǎn)稱(chēng)SAW)和體聲波濾波器(Bulk AcousticWave,簡(jiǎn)稱(chēng)BAW) 以及近年來(lái)的薄膜腔聲諧振濾波器(film bulk acousticresonator,簡(jiǎn)稱(chēng)FBAR)為主。隨著智能手機(jī)支持頻段數(shù)量增多,加上5G的推動(dòng),RF MEMS的應(yīng)用前景廣闊。2018年中國(guó)RF MEMS市場(chǎng)規(guī)模為42.9億元,預(yù)計(jì)2016—2021年年復(fù)合增長(zhǎng)率為18%。
4.MEMS麥克風(fēng)。MEMS麥克風(fēng)長(zhǎng)期以來(lái)一直備受關(guān)注,是增長(zhǎng)速度最快的MEMS器件之一。2017年智能語(yǔ)音交互市場(chǎng)的火熱帶動(dòng)了麥克風(fēng)市場(chǎng)的爆發(fā),其中MEMS麥克風(fēng)受益最為明顯,2017年全球MEMS麥克風(fēng)前三大廠家分別為樓氏電子(美)、歌爾股份(中)和瑞聲科技(中)。
MEMS麥克風(fēng)除了應(yīng)用在手機(jī)、電腦等領(lǐng)域外,耳機(jī)組、汽車(chē)電子、醫(yī)療數(shù)位設(shè)錄影機(jī)也是其重要應(yīng)用市場(chǎng)。隨著人工智能技術(shù)的快速崛起,可穿戴智能設(shè)備、無(wú)人駕駛、智能家居等物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)⒊蔀镸EMS麥克風(fēng)的新興市場(chǎng)。2018年中國(guó)MEMS麥克風(fēng)市場(chǎng)規(guī)模為31.3億元,預(yù)計(jì)2016—2021年年復(fù)合增長(zhǎng)率為13%。
5.非制冷紅外熱成像和探測(cè)器。紅外探測(cè)器和成像儀,包括熱釋電感測(cè)器、熱電堆和微測(cè)輻射熱計(jì),其在軍事和商用領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用。軍事領(lǐng)域應(yīng)用包括武器熱觀瞄(TWS)、便攜式視覺(jué)增強(qiáng)、車(chē)載視覺(jué)增強(qiáng)(DVE)、遠(yuǎn)程武器站(RWS)、無(wú)人機(jī)(UAV)、無(wú)人駕駛地面車(chē)輛、觀察指揮車(chē)、火控和制導(dǎo)等;熱像測(cè)溫領(lǐng)域用于預(yù)防性檢測(cè),例如對(duì)電力輸電線路、發(fā)電設(shè)備、機(jī)械設(shè)備等通過(guò)紅外熱像儀檢測(cè)異常發(fā)熱區(qū)域,可以預(yù)防重大停機(jī)以及事故的發(fā)生。在建筑方面,用于檢測(cè)房屋的隔熱效果、墻壁外立面、空鼓、滲水和霉變等。其他的領(lǐng)域還包括產(chǎn)品研發(fā)、電子制造、醫(yī)學(xué)測(cè)溫和制程控制等;商用視覺(jué)增強(qiáng)領(lǐng)域的主要應(yīng)用包括消防營(yíng)救、安防監(jiān)控、車(chē)載、船載的紅外視覺(jué)增強(qiáng)等。主要是利用紅外成像無(wú)需外界光源、較強(qiáng)的穿透煙霧的能力、作用距離遠(yuǎn)、成像對(duì)比度強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),對(duì)人眼視覺(jué)進(jìn)行有效的補(bǔ)充。
過(guò)去的十年中,非制冷紅外熱成像市場(chǎng)主要受到國(guó)防應(yīng)用的驅(qū)動(dòng),然后才是商業(yè)應(yīng)用。目前,非制冷紅外熱成像和探測(cè)器市場(chǎng)的增長(zhǎng)主要來(lái)自于熱成像、監(jiān)視、個(gè)人視覺(jué)系統(tǒng)(PVS)和安全市場(chǎng),未來(lái)將在智慧城市、智慧建筑、智慧醫(yī)療、自動(dòng)駕駛等多領(lǐng)域應(yīng)用。2018年中國(guó)非制冷紅外熱成像和探測(cè)器市場(chǎng)規(guī)模為91.6億元,預(yù)計(jì) 2016—2021 年年復(fù)合增長(zhǎng)率在14%,2021年市場(chǎng)規(guī)模將接近150億元。
6.氣體傳感器。氣體傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)、生活的各個(gè)領(lǐng)域,如石油、化工、鋼鐵、冶金、礦山、環(huán)保、市政、醫(yī)療、食品等諸多領(lǐng)域。近年來(lái),隨著互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展,氣體傳感器在新興的智能家居、可穿戴設(shè)備、智能移動(dòng)終端等領(lǐng)域的應(yīng)用突飛猛進(jìn),大幅擴(kuò)展了應(yīng)用空間,需求量也發(fā)生數(shù)量級(jí)的改變。目前應(yīng)用的氣體傳感器中,以半導(dǎo)體、電化學(xué)、催化燃燒、紅外四大門(mén)類(lèi)為主,其工作原理各異,功能特性各有優(yōu)勢(shì)。
隨著國(guó)內(nèi)環(huán)保需求日益迫切,氣體傳感器市場(chǎng)潛力巨大,除此之外在其他領(lǐng)域,例如工業(yè)、家居、醫(yī)療、樓宇等氣體傳感器也創(chuàng)造了更多機(jī)會(huì)。氣體傳感器很可能是下一個(gè)集成在智能手機(jī)或可穿戴設(shè)備的最佳選擇。消費(fèi)應(yīng)用正在推動(dòng)新的氣體傳感器發(fā)展,以減少成本、功耗和尺寸,尤其是采用MEMS技術(shù)的解決方案。
2018年中國(guó)MEMS氣體傳感器市場(chǎng)規(guī)模為13.1億元,預(yù)計(jì)2016—2021年年復(fù)合增長(zhǎng)率在12%,2021年市場(chǎng)規(guī)模將突破21億元。
MEMS領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外進(jìn)展
目前,國(guó)內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)在營(yíng)收規(guī)模、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、制造工藝、新品研制和解決方案供應(yīng)能力等方面與國(guó)外有差距明顯,產(chǎn)品在本身技術(shù)實(shí)力和生產(chǎn)工藝還有很大的提升空間。
國(guó)外企業(yè)巨頭林立國(guó)內(nèi)企業(yè)規(guī)模較小
目前國(guó)內(nèi)MEMS傳感器廠商整體規(guī)模不大,產(chǎn)品種類(lèi)單一,相比于國(guó)際大廠方案集成能力較弱。除歌爾與瑞聲年?duì)I收在1億美元以上,如美新半導(dǎo)體、美泰科技、芯奧微等本土MEMS傳感器廠商年?duì)I收均在6000萬(wàn)美元以下,整體規(guī)模較小。同時(shí),本土廠商經(jīng)營(yíng)產(chǎn)品種類(lèi)較為單一,產(chǎn)品線多數(shù)為一條, 多為元器件供應(yīng)商,解決方案供應(yīng)能力較差。相比之下,國(guó)際巨頭博世、霍尼韋爾、應(yīng)美盛等產(chǎn)品線均在3條以上且具備一體化解決方案供給能力。
國(guó)外積極推出新品國(guó)內(nèi)新品進(jìn)展相對(duì)緩慢
運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域,如美國(guó)的Qualtre主導(dǎo)的基于BAW原理的MEMS慣性傳感器,其具有更堅(jiān)固、尺寸更小、更精確等特點(diǎn)。Vesper與General MEMS Corporation兩家美國(guó)公司主導(dǎo)的壓電式麥克風(fēng)相較于傳統(tǒng)電容式麥克風(fēng) 性能提高在一倍以上,同時(shí)具有防污、防塵、防水等特點(diǎn)。在揚(yáng)聲器領(lǐng)域,MEMS揚(yáng)聲器相比于傳統(tǒng)動(dòng)圈式揚(yáng)聲器更小、更薄、聲音更清晰、能效更高,而且具有更好的兼容性,能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代電子制造和器件的各種要求,目前美國(guó)的Vesper和奧地利的USound已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。在生物傳感器領(lǐng)域,MEMS技術(shù)與傳統(tǒng)氣體、壓力、光學(xué)、流量等生物傳感器的結(jié)合,能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的性能提升、成本降低、尺寸縮小與耐用性上升,目前該領(lǐng)域龍頭如強(qiáng)生公司都在積極布局該領(lǐng)域。而國(guó)內(nèi)總體上在新品的研制和推廣上面進(jìn)展相對(duì)緩慢。
制造代工環(huán)節(jié)國(guó)外技術(shù)成熟國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)相對(duì)不足
國(guó)內(nèi)MEMS代工廠部分企業(yè)硬件條件雖與國(guó)際水平相近,但開(kāi)發(fā)能力遠(yuǎn)不及海外代工廠;中國(guó)MEMS代工企業(yè)還未積累起足夠的工藝技術(shù)儲(chǔ)備和大規(guī)模市場(chǎng)驗(yàn)證反饋的經(jīng)驗(yàn),加工工藝的一致性、可重復(fù)性都不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要,產(chǎn)品的良率和可靠性也無(wú)法達(dá)到規(guī)模生產(chǎn)要求。因此國(guó)內(nèi)商業(yè)化階段的設(shè)計(jì)公司更愿意同TSMC、X-Fab、Silex等海外成熟代工廠合作。代工環(huán)節(jié)薄弱導(dǎo)致好的設(shè)計(jì)無(wú)法迅速產(chǎn)品化并推向市場(chǎng),極大地制約了中國(guó)MEMS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,產(chǎn)業(yè)中游迫切需要有工藝經(jīng)驗(yàn)和高端技術(shù)的廠商。
國(guó)外產(chǎn)品功能強(qiáng)大且智能?chē)?guó)內(nèi)產(chǎn)品功能待提升
目前國(guó)際大廠已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)級(jí)九軸慣性傳感器封裝,并且在逐步向“九+”方向演進(jìn),如九軸慣性傳感器與氣體、溫濕度傳感器集成產(chǎn)品,相比之下,國(guó)內(nèi)產(chǎn)品目前多數(shù)僅為六軸產(chǎn)品,且封裝尺寸較國(guó)際產(chǎn)品還存在不小差距。在環(huán)境傳感器方面,MEMS技術(shù)幫助傳統(tǒng)傳感器實(shí)現(xiàn)多類(lèi)別、多功能集成,能夠有效降低成本、縮小體積、擴(kuò)大應(yīng)用場(chǎng)景,如博世推出的氣體、氣壓、溫度、濕度的一體化集成傳感器,體積僅為3×3×0.93mm3。博世、意法半導(dǎo)體、應(yīng)美盛已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)片上MCU、DSP與傳感器產(chǎn)品的系統(tǒng)集成,實(shí)現(xiàn)可編程型的智能傳感器,而國(guó)內(nèi)廠商目前多處于單一傳感器產(chǎn)品階段,智能化水平較低。
中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào)2019年24期