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一、MEMS簡介

MEMS的全稱是微型電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro Electromechanical System)，利用半導(dǎo)體制造工藝和材料，將傳感器、執(zhí)行器、機(jī)械機(jī)構(gòu)、信號處理和控制電路等集成于一體的微型器件或系統(tǒng)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級。MEMS主要包含兩個(gè)部分：傳感器和執(zhí)行器。

與傳統(tǒng)的機(jī)械傳感器相比，MEMS傳感器具有體積小、集成化、智能化、低成本等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代對于傳感器的要求。

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二、MEMS分類

MEMS 傳感器種類很多，也有多種分類方法。按其工作原理，大致可分為MEMS物理、化學(xué)和生物傳感器，其中每一種MEMS傳感器又可分為很多種小類，不同的MEMS 傳感器可以測量不同的量，實(shí)現(xiàn)不同的功能。

傳感器分類

三、國內(nèi)傳感器企業(yè)的主要布局區(qū)域

長三角區(qū)域

?以上海、無錫、南京為中心。

?逐漸形成包括熱敏、磁敏、圖像、稱重、光電、溫度、氣敏等較為完備的傳感器生產(chǎn)體系及產(chǎn)業(yè)配套。

珠三角區(qū)域

?以深圳中心城市為主。

?由附近中小城市的外資企業(yè)組成以熱敏、磁敏、超聲波、稱重為主的傳感器產(chǎn)業(yè)體系。

東北地區(qū)

?以沈陽、長春、哈爾濱為主。

?主要生產(chǎn)MEMS力敏傳感器、氣敏傳感器、濕敏傳感器。

京津區(qū)域

?主要以高校為主。

?從事新型傳感器的研發(fā)，在某些領(lǐng)域填補(bǔ)國內(nèi)空白。北京已建立微米/納米國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

中部地區(qū)

?以鄭州、武漢、太原為主。

?產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合的模式，在PTC/NTC熱敏電阻、感應(yīng)式數(shù)字液位傳感器和氣體傳感器等產(chǎn)業(yè)方面發(fā)展態(tài)勢良好。

四、MEMS產(chǎn)業(yè)鏈流程

MEMS是多學(xué)科交叉的復(fù)雜系統(tǒng)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈涉及設(shè)計(jì)、制造、封裝測試、軟件及應(yīng)方案環(huán)節(jié)。

MEMS產(chǎn)業(yè)鏈流程

五、全球MEMS供應(yīng)鏈

MEMS整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)雜，涉及的廠商眾多；中國的設(shè)計(jì)、制造、封裝測試廠商都在積極布局MEMS，已形成完整MEMS的產(chǎn)業(yè)鏈。

全球MEMS供應(yīng)鏈

六、MEMS傳感器生產(chǎn)廠商

全球MEMS傳感器制造廠商如下：

羅伯特.博世

意法半導(dǎo)體(ST)

德州儀器

惠普

Qorvo

樓氏電子（Knowles）

應(yīng)美盛(InvenSense)

DENSO

佳能

松下（Panasonic）

NXP—飛思卡爾（Freescale）

SENSATA

英飛凌（Infineon）

旭化成微電子（AKM ）

亞德諾半導(dǎo)體（Analog Devices）

村田制作所（Murata）

AMPHENOL

霍尼韋爾（Honeywell）

瑞聲科技（AAC）

歌爾聲學(xué)-全球MEMS麥克風(fēng)龍頭

ABB

PCB

Vishay

HBM

MEAS

飛利浦

漢威電子-國內(nèi)氣體傳感器龍頭

美新半導(dǎo)體(MEMSIC)(2016年7月被華燦光電收購)

北京青鳥元芯

華工科技-國內(nèi)家電溫度傳感器龍頭

中航電測-軍工MEMS龍頭

大立科技

昆侖海岸

高德紅外

科陸電子

瑞聲聲學(xué)

航天機(jī)電

廣陸數(shù)測

格科微電子

杭州麥樂克

華潤半導(dǎo)體

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MEMS傳感器種類繁多，主要的MEMS傳感器包括運(yùn)動(dòng)傳感器、壓力、麥克風(fēng)、環(huán)境、光傳感器等。其中運(yùn)動(dòng)傳感器可分為陀螺儀、加速度計(jì)、磁力計(jì)。

1、MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器

MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器主要有加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)三大類，加速度計(jì)和陀螺儀可以集成為六軸慣性傳感器；磁力計(jì)和加速度計(jì)集成為電子羅盤（e-compass），加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)可集成為9軸傳感器。

MEMS陀螺儀是通過陀螺儀的核心原理科里奧利力測角速度的；MEMS加速度計(jì)可以感知任意方向上的加速度。MEMS磁力計(jì)通過測試磁場強(qiáng)度和方向可以定位設(shè)備的方位。

慣性傳感器(加速度計(jì)+陀螺儀)廠家有：意法半導(dǎo)體(ST)、旭化成微電子（AKM ）、應(yīng)美盛(InvenSense)、羅伯特.博世等。

電子羅盤（磁力計(jì)+加速度計(jì)）廠家有：旭化成微電子（AKM ）、雅馬哈（Yamaha）、阿爾卑斯（Alps Electric）?、美新半導(dǎo)體(MEMSIC)(2016年7月被華燦光電收購)等。

2、MEMS麥克風(fēng)

MEMS麥克風(fēng)在消費(fèi)電子、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用。目前幾乎每部智能手機(jī)至少使用一個(gè)MEMS麥克風(fēng)，高端的智能手機(jī)甚至使用三個(gè)麥克風(fēng)，分別用于語音采集、噪音消除、改善語音識(shí)別，而iPhone 6S已經(jīng)采用了4個(gè)MEMS麥克風(fēng)。在物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也將使用MEMS麥克風(fēng)。蘋果iPhone 5S和5C采用兩顆樓氏電子（Knowles）、一顆是瑞聲科技（AAC）的MEMS麥克風(fēng)。

主流MEMS麥克風(fēng)制造廠商有美國樓氏電子（Knowles）、江蘇瑞聲科技（AAC）、歌爾聲學(xué)、韓國BSE、意法半導(dǎo)體（ST）、美國應(yīng)美盛（InvenSense）、日本Hosiden、Cirrus?Logic、無錫芯奧微、博世（BOSCH）、無錫美芯等。

3、MEMS壓力傳感器

壓力傳感器主要用于檢測壓力，根據(jù)量程范圍可分為低壓、中壓、高壓壓力傳感器。MEMS壓力傳感器則屬于低壓傳感器，主要檢測原理有硅電容式和硅壓阻式。

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主流MEMS壓力傳感器制造廠商有GE、博世（BOSCH）、歐姆龍（Omron）、飛思卡爾（Freescale）、亞德諾半導(dǎo)體（Analog?Devices）、菲爾斯特（Firstrate）、香港HKST、TDK-EPC、Silicon?Microstructures、Sensimed、敏芯微（MEMSensing）、華美澳通、北京青鳥元芯、中科院上海微系統(tǒng)所、無錫納微電子有限公司、上海芯敏微系統(tǒng)技術(shù)有限公司、Consensic、盾安環(huán)境等。

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汽車和醫(yī)療是MEMS壓力傳感器最大的應(yīng)用領(lǐng)域。與MEMS慣性傳感器相比，目前MEMS壓力傳感器在消費(fèi)電子與移動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用不是特別廣泛，主要包括潛水與運(yùn)動(dòng)手表、計(jì)步器和徒步高度計(jì)，部分應(yīng)用于飲水機(jī)、洗衣機(jī)、太陽能熱水器等家電產(chǎn)品充當(dāng)水位傳感器。未來智能手機(jī)、平板電腦可能集成MEMS壓力傳感器用以檢測大氣壓，或充當(dāng)高度計(jì)以支持室內(nèi)定位服務(wù)。

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4、MEMS環(huán)境傳感器

環(huán)境傳感器可細(xì)分為氣體、溫度和濕度傳感器等。

MEMS溫度傳感器可用于任何需要檢測溫度的地方。主要MEMS溫度傳感器供應(yīng)商有博世（BOSCH）、Hygrometrix、德州儀器（TI）、瑞士盛思銳（Sensirion）、歐姆龍等。

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MEMS濕度傳感器在工業(yè)控制、氣象、農(nóng)業(yè)、礦山檢測等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)外MEMS濕度傳感器供應(yīng)商主要有博世（BOSCH）、意法半導(dǎo)體（ST）、MEMS?Vision、瑞士盛思銳（Sensirion）、精量電子（TE?Sensors）。

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MEMS氣體傳感器主要用于檢測目標(biāo)氣體的成分、濃度等。國內(nèi)外主要MEMS氣體傳感器供應(yīng)商有博世（BOSCH）、奧地利微電子（AMS）、Cambridge?CMOS Sensors（CCS）、瑞士盛思銳（Sensirion）、瑞士Micronas、美國Synkera、漢威電子、武漢微納傳感科技、煒盛科技，森斯特（北京）電子科技有限公司（Nenvitech）、深圳市戴維萊傳感技術(shù)開發(fā)有限公司、武漢四方光電科技有限公司、速麗德（Solidsense）、城市技術(shù)（CityTechnology）等。

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5、MEMS生物傳感器

MEMS生物傳感器目前處于發(fā)展初期。MEMS生物傳感器是利用生物分子探測生物反應(yīng)信息的器件，被列為新世紀(jì)五大醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)之一，是現(xiàn)代生物技術(shù)與微電子學(xué)、化學(xué)等多學(xué)科交叉結(jié)合的產(chǎn)物。未來MEMS生物傳感器在醫(yī)學(xué)、食品工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域具有廣闊發(fā)展空間。

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七、MEMS代工

MEMS代工主要有兩種類型：IDM廠商提供的MEMS代工，獨(dú)立的代工廠提供的MEMS代工，其中獨(dú)立的代工廠包括集成電路代工廠和純MEMS代工廠。近幾年Fabless模式的MEMS器件制造商發(fā)展迅速，獨(dú)立的MEMS代工廠努力尋求標(biāo)準(zhǔn)化的工藝以提升規(guī)模經(jīng)濟(jì)，減少制造時(shí)間和降低成本，使得獨(dú)立的MEMS代工廠快速成長，但目前IDM代工仍處于市場領(lǐng)導(dǎo)地位。

目前提供MEMS代工的IDM廠商主要有意法半導(dǎo)體、索尼、德州儀器等；臺(tái)積電目前是全球最大的獨(dú)立的MEMS代工廠，全球領(lǐng)先的純MEMS代工廠還有Silex Microsystems、Teledyne DALSA、Asia Paci?c Microsystems、X-FAB 、Innovative Micro Technology等,國內(nèi)的中芯國際、華宏宏利、上海先進(jìn)半導(dǎo)體也有生產(chǎn)MEMS的能力。

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八、MEMS封裝測試

目前具備MEMS封裝測試能力的國際廠商主要有日月光、安靠、矽品、力成科技等，國內(nèi)有華天科技、長電科技、晶方科技等廠商。盡管國內(nèi)的MEMS前端制造還落后于國際大廠，由于國內(nèi)的封裝技術(shù)起步較早，國內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)鏈后端封裝較為完善。

封裝技術(shù)與IC封裝有著諸多不同，對企業(yè)的要求很高。眾所周知，MEMS器件價(jià)格下降非常之快，目前部分MEMS器件中封裝成本甚至占到總價(jià)格的40%到60%。如何做到低成本封裝是封測廠商面臨的巨大挑戰(zhàn)。

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九、MEMS傳感器幾大應(yīng)用

可穿戴設(shè)備應(yīng)用

以小米手環(huán)為例，就用到了ADI的MEMS加速度和心率傳感器來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和心率監(jiān)測。

Apple Watch內(nèi)部除了MEMS加速度計(jì)、陀螺儀、MEMS麥克風(fēng)，還有使用脈搏傳感器。

VR應(yīng)用

VR設(shè)備需要足夠精確測定頭部轉(zhuǎn)動(dòng)的速度、角度和距離，采用MEMS加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)來進(jìn)行測定是重要的解決方案之一，幾乎成為VR設(shè)備的標(biāo)配。Oculus Rift、HTC Vive、PlayStation VR都采用了MEMS加速度計(jì)和陀螺儀，未來VR設(shè)備也可能會(huì)使用MEMS眼球追蹤技術(shù)。

無人機(jī)應(yīng)用

無人機(jī)飛行姿態(tài)控制技術(shù)上，MEMS傳感器又有了施展的空間。結(jié)合加速度計(jì)和陀螺儀，可以算出角度變化，并確定位置和飛行姿態(tài)。MEMS傳感器能在各種惡劣條件正常工作，同時(shí)獲得高精度的輸出。MEMS加速度計(jì)和陀螺儀在無人機(jī)上的應(yīng)用可謂是大放異彩。

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智能汽車應(yīng)用
車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重大領(lǐng)域，智能汽車是車聯(lián)網(wǎng)的核心，正處于高速發(fā)展中。在智能汽車時(shí)代，主動(dòng)安全技術(shù)成為備受關(guān)注的新興領(lǐng)域，需要改進(jìn)現(xiàn)有的主動(dòng)安全系統(tǒng)，比如側(cè)翻（rollover）與穩(wěn)定性控制（ESC），這就需要MEMS加速度傳感器和角速度傳感器來感測車身姿態(tài)。語音將成為人與智能汽車的重要交互方式，MEMS麥克風(fēng)將迎來發(fā)展新機(jī)遇。MEMS傳感器在汽車領(lǐng)域還有很多應(yīng)用，包括安全氣囊（應(yīng)用于正面防撞氣囊的高g值加速度計(jì)和用于側(cè)面氣囊的壓力傳感器）、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)（應(yīng)用于檢測進(jìn)氣量的進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器和流量傳感器）等。

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自動(dòng)駕駛應(yīng)用

自動(dòng)駕駛技術(shù)的興起，進(jìn)一步推動(dòng)了MEMS傳感器進(jìn)入汽車。雖然GPS接收器可以計(jì)算自身位置和速度，但在GPS信號較差的地方（地下車庫、隧道）和信號受到干擾的時(shí)候，汽車的導(dǎo)航會(huì)受到影響，這對自動(dòng)駕駛來說是致命的缺陷。利用MEMS陀螺儀和加速度計(jì)獲取速度和位置（角速度和角位置），車輛任何細(xì)微的動(dòng)作和傾斜姿態(tài)，都被轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過總線，傳遞給行車電腦。即便在最快的車速狀態(tài)下，MEMS的精度和反應(yīng)速度也能夠適應(yīng)。得益于硅體微加工、晶片鍵合等技術(shù)的發(fā)展，精度已經(jīng)上升到0.01。

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工業(yè)應(yīng)用

MEMS讓傳感器小型化、智能化，MEMS傳感器將在智慧工業(yè)時(shí)代大有可為。MEMS溫度、濕度傳感器可用于環(huán)境條件的檢測，MEMS加速度計(jì)可以用來監(jiān)測工業(yè)設(shè)備的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)速度。高精度的MEMS加速度計(jì)和陀螺儀可以為工業(yè)機(jī)器人的導(dǎo)航和轉(zhuǎn)動(dòng)提供精確的位置信息。

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