微电子传感器赛微电子：MEMS传感器替代传统传感器的比例将逐步提高

发布时间：2024-11-25 07:11:53

赛微电子：MEMS传感器替代传统传感器的比例将逐步提高

36氪获悉，赛微电子表示，MEMS工艺能够实现传统传感器的“芯片化”，即实现低成本、小体积、低功耗，MEMS传感器替代传统传感器的比例将逐步提高，同时将使得许多新的功能和应用成为可能，未来有望出现多点爆发。竞争关键是如何保证工艺水平、同时实现低成本的大规模制造，保持自身的竞争优势，保持或提高市场份额。

5种商用最成功的MEMS传感器，颠覆了这些行业

1959年美国物理学家Richard Feynman（理查德费曼），在他著名的演讲“底部有足够的空间（There's Plenty of Room at the Bottom）”中，提出了将机器小型化到原子和分子尺度的想法。 然而，直到 20 世纪 80 年代和 90 年代，MEMS 技术才开始得到开发和商业化。

传感器专家网

https://www.sensorexpert.com.cn

专注于传感器技术领域，致力于对全球前沿市场动态、技术趋势与产品选型进行专业垂直的服务，是国内领先的传感器产品查询与媒体信息服务平台。基于传感器产品与技术，对广大电子制造从业者与传感器制造者提供精准的匹配与对接

1962年，微小器件的先驱——第一个硅微压力传感器问世，开创了MEMS技术的先河，也是MEMS微传感器的起始点。霍尼⻙尔研究中⼼和⻉尔实验室的相关论文显示，他们发明了第⼀个硅隔膜压⼒传感器和应变计。

此后，⼈们对MEMS传感器技术的兴趣急剧增⻓，到 1960 年代后期，许多美国先驱公司已经开始生产第一批MEMS压力传感器。

▲理查德•费曼

MEMS技术发展迅速，对现今传感器的普及起到关键作用，如果没有MEMS技术，传感器的微型化、集成化、低功耗等将难以做到，而物联网、智能手机、汽车等发展也将严重滞后。

如今，多种MEMS传感器及执行器取得了商业化的成功，替代传统器件，得到大规模应用，每年全球出货量数以百亿计，本文我们来看看这些取得巨大成功的MEMS传感器及执行器器件。

MEMS麦克风：一经推出就在移动设备上大受欢迎

1961年，著名的贝尔实验室研发出第一款驻极体（ECM）麦克风，利用声音作用在振膜上电容大小的变化，将声音转换为电信号。

之后驻极体麦克风在全国大规模流行了40多年的时间，直到2003年，市场上第一款商用MEMS麦克风产品问世——来自Knowles（楼氏电子）的SiSonic麦克风。

此时，市场上移动手机逐渐普及，并且越做越轻薄，传统的驻极体麦克风无法满足可移动设备对麦克风轻、薄、小的要求，MEMS麦克风的问世获得手机厂商的青睐。

2003年，楼氏电子率先将MEMS麦克风出货给日本京瓷，应用于手机中，同一年，摩托罗拉在其超薄手机RAZR中使用楼氏电子的MEMS麦克风，目前楼氏电子已卖出超百亿颗SiSonic麦克风。

▲来源：Digitimes

MEMS麦克风在市场上大获成功，基本在市场上——尤其是移动设备市场，全面替代传统的驻极体麦克风，成为市场主流，我们每台手机中，至少都有3颗以上的MEMS麦克风。

据YoleDeveloppement数据统计，2015年开始MEMS麦克风的出货量逐步超过ECM——此时MEMS麦克风商业化仅12年 ，此后MEMS麦克风出货量连年两位数增长。

据Yole的数据显示，凭借MEMS麦克风的先发优势，楼氏电子长期以来占据全球MEMS麦克风第一厂商宝座，直至2020年被歌尔微超越，歌尔微、瑞声科技、敏芯股份等MEMS麦克风厂商的崛起侧面折射出中国MEMS产业的发展。

▲来源：歌尔微电子

MEMS惯性传感器：让移动设备的惯性测量成为可能

你知道吗？世界上第一个真正大规模商业化的 MEMS 传感器是加速度计 ，它由美国ADI公司（亚德诺）于 1991 年发明。 该传感器基于电容传感原理，传感器的输出信号可用于测量加速度或倾斜度。

这个MEMS加速度传感器主要用于汽车安全气囊中，此前汽车安全气囊用传统传感器一只售价20美元，而ADI的MEMS加速度传感器售价约为每个5美元，这使安全气囊电子装置的成本降低了75%左右。

此后，MEMS惯性传感器快速普及，在汽车等许多领域替代了传统惯性传感器，并创造了更多的应用场景——譬如手机、智能手表、TWS耳机等可移动设备的惯性测量成为可能。

MEMS 惯性传感器主要包括 MEMS 陀螺仪、MEMS 加速度计、MEMS-IMU（惯性测量单元）。

在手机中，MEMS加速度计负责感知运动状态，通过测量物体在三个方向上的加速度，实现屏幕自动旋转、计步器、游戏控制等多种功能。

目前，市场上最成功的MEMS加速度计供应商是博世、意法半导体、村田制作所、恩智浦和亚德诺等，其中，博世和意法半导体分别以32%和21%市场份额领先。

陀螺仪通过测量角速度来感知物体的旋转状态，自Sperry发明全球第一个实用的陀螺仪至今，陀螺技术已经经历了近百年的发展，是惯性技术的核心。

1989年采用MEMS技术的第一个微机械陀螺问世，漂移率达10度/小时。相比其他陀螺仪，MEMS 陀螺仪的成本更低、体积更小、可靠性更高且更易于批量化生产，使在移动设备上使用陀螺仪成为可能。

iPhone 4是世界上第一台内置MEMS三轴陀螺仪的手机，可以感知来自六个方向的运动、加速度、角度变化

在智能手机中，陀螺仪与GPS、地磁传感器等配合，可以实现精确的定位和导航功能，同时游戏方面的重力感应特性更加强悍和直观，游戏效果将大大提升。这个功能可以让手机在进入隧道丢失GPS信号的时候，凭借陀螺仪感知的加速度方向和大小继续为用户导航。而三轴陀螺仪将会与iPhone原有的距离感应器、光线感应器、方向感应器结合起来让iPhone 4的人机交互功能达到了一个新的高度。

如今，随着无人机、自动驾驶技术的兴起，MEMS陀螺仪的应用越来越广，为这些设备提供稳定可靠的姿态控制。

MEMS陀螺仪的主要厂商有TDK、亚德诺、霍尼韦尔、博世、意法半导体等。

MEMS-IMU（惯性测量单元）由MEMS加速度计和MEMS陀螺仪组成，具备加速度和角速度测量能力，应用领域非常广泛，美国Draper 实验室于 1994 年研制出了首台微机电惯性测量组合。

▲InvenSense（TDK）的九轴惯性测量单元内部：陀螺仪 (右)和加速度计(左)

MEMS IMU的发展早期主要受军工需求推动，后续逐步推广至民用，现已于消费电子、汽车、工业自动化等领域中实现广泛应用。

目前，随着MEMS IMU技术的快速发展和成本下降，MEMS IMU有逐步替代独立的MEMS加速度计和MEMS陀螺仪的趋势。

MEMS压力传感器：带动压力检测向微小化延伸

压力是是各种物理量中，排名第二大的测量值，如前文所述，世界上第一个MEMS传感器为硅微压力传感器，于1962年问世，由霍尼韦尔研发。

目前霍尼韦尔的压力传感器产品覆盖了各种各样的场景 ，其绝压、表压、真表压、小型压力传感器等各种压力传感器，能在世界上最恶劣的环境下，满足最严苛的测试和测量规格，包括一般的工业过程需求和专用于危险区域的压力传感器。

▲霍尼韦尔工业压力传感器，来源：霍尼韦尔官网

相比传统的压力传感器，MEMS压力传感器具有无机械疲劳或老化、输出信号稳定、灵敏度高、体积小、适合批量大规模生产（成本优势）等优点，随着移动设备、汽车等发展MEMS压力传感器越来越受到欢迎。

在医疗健康领域，压力传感器被广泛应用于血压计、呼吸机、监护仪等设备中，为医生提供准确的生理参数数据。此外，随着可穿戴设备的兴起，压力传感器也被用于智能手环、智能手表等设备中，实现心率监测、睡眠分析等功能。

▲MEMS压力传感器应用，来源：Yole

MEMS压力传感器的一个显著优点，是其体积可以做到非常小，从而推动了压力传感器在小型化移动设备、医疗等创新领域的应用。

譬如，此前泰科电子推出了业界首创微型侵入式MEMS压力传感器，细如发丝，推动了压力感测在医疗设备领域的应用，今后在诊断导管、治疗导管、一次性窥镜、活检针、消融设备等微创医疗设备上都可以应用 该IntraSense系列传感器，医生进行相关微创手术就不需要仅凭借经验进行操作，可以根据准确的压力数值去判断，这将对现有医疗行业的数字化产生巨大变革。