mems压力传感器 五种常见的传感器

什么是MEMS传感器？

MEMS传感器是微电子机械系统。MEMS技术发明于20世纪80年代。它是一种利用硅基半导体制造技术制造微机械电子系统的技术。它最早用于汽车和军事工业。其主要产品包括MEMS传感器和MEMS执行器。与传统传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适合批量生产、易于集成和智能实现等特点。同时，微米级的特征尺寸使传统机械传感器无法实现的一些功能成为可能。

MEMS技术被认为是传统集成电路（IC）制造的延伸形式。传统IC制造技术（VLSI）与MEMS的主要区别在于，MEMS不仅可以用于制造电容器和电感器等电气元件，还可以用于制造齿轮、弹簧和横梁等机械元件。使用传统的IC技术，只能制造导体、绝缘体、二极管和晶体管。

MEMS采用先进的集成电路制造技术，将有源和无源元件集成到单个硅衬底上。有源元件是传感器和执行器，而无源元件是无源电子系统和无源机械系统。

由放大器、ADC、滤波器等信号处理电路组成的电子系统采用ic制造工艺设计，而由齿轮、曲柄和轴承组成的机械系统采用微加工工艺设计。

传感器是当今数字世界的重要组成部分之一。由于所有的计算和处理都是在数字信号上完成的，因此在模拟世界和数字电子设备之间应该有一个媒介。传感器弥补了这一差距，因为它们用于观察模拟物理参数的时间效应并产生有意义的信息（对计算机而言）。

传感器的现代定义有时令人困惑，但简单地说，传感器是一种包含基本传感元件的设备，它可以感知温度或湿度等物理量并将其转换为电信号。传感器还包括信号处理单元，例如放大器、滤波器或ADC或这些元件的组合。

说到MEMS传感器，如果使用MEMS技术设计和制造传感器，则称为微机械微型传感器或简称MEMS传感器。

MEMS传感器的三次浪潮

MEMS行业的第一波浪潮是汽车领域。从1990年到2000年，汽车电子化的趋势导致加速度计、角速度传感器、压力传感器和质量流量传感器的兴起。主要原因是MEMS传感器在可靠性和性能方面与机械传感器相当，但在成本、体积、功能和成本方面比机械传感器有优势。

MEMS行业的第二波浪潮是消费电子。从2000年到2010年，手机的快速发展导致MEMS在体育、声学、光学和环境领域迅速崛起。智能手机的传感器数量一般在9~13个左右。例如，iPhone包括接近传感器、麦克风、加速度计、陀螺仪、温湿度传感器和环境光传感器等9种MEMS器件。IPhoneX配备了3D传感功能，进一步增强了智能手机中传感器的数量和价值。随着智能手机的技术创新和手机制造商之间差异化竞争的趋势，传感器的数量将继续增长。

MEMS行业的第三次浪潮是物联网。从2010年到2020年，随着网络化节点的爆发式增长趋势，智能传感器和节点、传感器相关软件和算法以及定制化网络化传感器解决方案将成为行业的重要发展趋势。物联网的核心是感知、互联和计算。MEMS在物联网中的重要应用场景包括智能家居、工业互联网、车联网、环境监测、智慧城市等领域。

随着未来联网设备数量的快速增长，集成电源、MEMS、MCU、RF等设备的多功能联网传感器将持续增长，物联网将是MEMS的下一个重要增长极。

物联网生态系统的核心是感知、连接和计算。MEMS传感器、微控制器和安全芯片等硬件将成为物联网发展的基础。传感器约占物联网硬件市场的20%。小型化、低功耗、高集成度和低成本将成为物联网传感器的发展趋势。随着NB-IoT和LTE-V等通信协议的逐步商业化，MEMS传感器将在物联网的发展中得到广泛应用。

MEMS市场分为多个领域，前景广阔。

根据Yole Développement的研究，全球MEMS传感器市场将从2015年的118.5亿美元增长到2021年的396.9亿美元，CAGR为22%。据估计，到2021年，超过10亿美元的MEMS细分市场包括射频MEMS（38亿美元）、光学MEMS（116亿美元）、惯性集成MEMS（118亿美元）、陀螺仪（15亿美元）、加速度计（16亿美元）、麦克风（18亿美元）和压力传感器（38亿美元）。

从市场增长的角度来看，从2015年到2021年，CAGR最大的MEMS细分市场是:环境MEMS（39%）、红外传感器（29%）、射频MEMS（21%）、其他（19%）、振荡器（16%）、微流体（13%）和辐射热计（13%）。

从应用领域看，MEMS市场的主要应用领域集中在消费电子、医疗、汽车、工业等领域。根据应用领域分类，根据Yole dédevelopment的研究，2021年全球MEMS传感器市场规模如下:电信（3亿美元）、医疗（10亿美元）、工业（18亿美元）、国防（4亿美元）、消费电子（111亿美元）、汽车（48亿美元）和航空空。从2015年到2021年，相应的CAGR增长率为:电信（3.6%）、医疗保健（11.1%）、工业（7.3%）、国防（7.8%）、消费电子（11.8%）、汽车（4.2%）、航空空航天（。

全球MEMS市场竞争格局

2015年，全球排名前30的MEMS公司实现销售收入90.73亿美元，同比增长5%。其中，5家MEMS公司实现了20%以上的销售增长:ago Technologies受益于4G手机渠道射频前端模组业务的增长，实现了41%的销售增长；英伟达2015年的销售增长率为33%，这得益于惯性传感器系统的多功能集成以及为手机开发的STUDIO sensing软件套件业务的增长；台积电首次上市，由于英生美和麦立方等客户的业务推广，其销售收入增长了29%。Qorvo和AAC分别实现了28%和22%的MEMS收入增长率。

2016年，全球MEMS 30强公司实现MEMS销售收入93.5亿美元，同比增长1.6%。与德州仪器相比，博世在2015年的排名没有变化，意法半导体和惠普的MEMS收入同比下降。受益于4G的应用和4.5G对蜂窝技术需求的增加，2016年射频MEMS市场需求呈现高速增长。博通凭借RF MEMS的强劲出货量首次排名第二，Qorvo也受益于RF前端市场，其收入在三年内从1.45亿美元增加到5.85亿美元。

射频MEMS市场将呈现高速增长。Yole预测，从2017年到2022年，射频MEMS滤波器市场的CAGR将为35%，同期射频前端市场的CAGR将为14%。

MEMS是智能汽车感知环境的关键。

智能感知是智能汽车上路的基础。智能汽车的核心在于感知、计算、联网和决策。智能汽车感知环境的物理视角包括声学、光学、热学、电学、力学等。在道路上，需要集成软件和硬件的智能传感器（包括MEMS、MCU、RF、AP等单元）。

主要有：

加速度计-用于电子稳定控制和安全气囊展开。

惯性测量单元或IMU（由MEMS加速度计和MEMS陀螺仪组合而成）-用于测量自动驾驶仪的偏航、俯仰和滚动。

磁力计-用于导航的方向。

压力和惯性传感器-用于制动控制。

压力传感器-轮胎压力监测系统。

空气流量传感器—进气监控。

燃油传感器—燃油油位指示器。

碰撞和碰撞传感器-碰撞检测和安全气囊展开。

MEMS麦克风-用于通信和降噪。

温度传感器-用于自动气候控制和发动机温度监控。

声学感知包括超声波雷达、麦克风、扬声器等。超声波雷达包含超声波发射器和收集器，主要用于自动泊车、道路行人和障碍物检测和避障。麦克风和扬声器是MEMS的产品之一，也是智能汽车中人机交互的主要接口之一。语音接收和应答是MEMS在汽车上的重要应用之一。

光感知包括红外夜视仪、激光雷达、CMOS图像传感器、行车记录仪等。红外夜视仪包括红外探测器和红外发射器等MEMS器件，主要用于在夜间、雨雾等恶劣路况下探测行人和动物。激光雷达包括激光发生器和激光收集器，用于对道路上的车辆、行人和障碍物进行精确测距。

热感知包括车身空调节系统、温度传感器等。车身空调节系统、动力控制系统和其他部件都带有MEMS温度传感器。

电传感，包括射频器件和天线等MEMS，主要用于车辆之间、车辆与人之间以及车辆与道路之间的车联网通信。

机械感知包括MEMS传感器，如加速度计、压力传感器、陀螺仪、电子罗盘和振荡器。运动传感器主要用于智能汽车的高精度定位和导航，压力传感器用于胎压监测和油压监测。

国内MEMS产业链完整，蓄势待发。

中国是全球最大的MEMS传感器市场，其关键产品涵盖体育、声学、射频、红外成像等领域。构建了从科研、产品研发设计到代工、封装测试、下游应用的完整产业链。2015年，中国MEMS传感器市场规模约为300亿元，连续两年增速超过15%。随着消费电子、汽车电子、物联网的发展和国内制造技术的不断创新，我国MEMS传感器市场将迎来重要的发展机遇。

中国是全球MEMS行业的增长引擎。中国拥有全球最大的智能手机和汽车市场，但高端传感器和传感器芯片的自主化率较低，对MEMS传感器的需求非常旺盛。以智能手机为例。目前，iphone中使用的MEMS器件有9~13个。随着智能手机组件更新的加速，智能手机中使用的MEMS器件数量预计将达到20个。随着华为、小米、OPPO和Vivo等国产整机制造商在全球的崛起，预计智能手机所需的硅麦克风、加速度计、陀螺仪、电子罗盘、射频仪器、高精度压力传感器和气体传感器等EMMS器件将实现快速增长。

在MEMS产业链中，研究环节包括高校、科研院所等机构，产品开发环节包括上海微技术产业研究院、苏州纳米城、无锡物联网等单位，设计环节包括MEMSIC、硅睿科技、敏微电子等。OEM制造包括IC、华虹李鸿、CC、AC、耐威科技，封装测试包括长电科技、华天科技、通富微电子、晶科科技等。

中国MEMS OEM制造主要基于6英寸和8英寸生产线，封装和测试是强项。应用领域正在从手机、汽车向VR/AR、物联网等领域转移。

科技的进步一直推动着时代的发展，从工业时代到信息时代。现在，物联网时代已经到来。毫无疑问，在万物互联、万物可感知的时代，最重要的技术突破是传感器。

无论行业面临饱和停滞还是高速增长，MEMS始终是一颗璀璨的明星。在智能物联网时代，MEMS传感器正发挥着不可替代的作用。