傳感器與計算機、通信并稱為現代信息技術的三大支柱。當計算機向深度學習、人工神經網絡等類人腦方向發展,通信向5G、6G、物聯網等方向發展,傳感器將何去何從?
傳感器被稱為“電五官”,其發展大致經歷了三個階段:結構型傳感器(始于20世紀50年代)、固體傳感器(始于20世紀70年代)、智能傳感器(始于20世紀末)。近年來,在需求牽引和技術推動的影響下,集成化、微型化、低功耗、高性能、智能化成為傳感器的整體發展趨勢,而MEMS傳感器就是這一趨勢下的重要方向之一。
MEMS傳感器增長迅速
2026年規模可達893億元
MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)即微機電系統,是集微傳感器、微執行器、微機械結構、微電源微能源、信號處理和控制電路、高性能電子集成器件、接口、通信等于一體的微型器件或系統。
△MEM工藝流程
MEMS產品尺寸一般在1μm~1mm之間(頭發直徑約50μm),可在微觀尺度上單獨或批量執行傳感、控制和驅動操作,并在宏觀尺度上實現各類功能,兼具微型化、低成本、高效能、可大批量生產等優點。
△MEMS傳感器&執行器
MEMS產品主要分為MEMS傳感器和MEMS執行器兩大類。其中MEMS傳感器是用于探測和檢測物理、化學、生物等現象和信號的器件,而MEMS執行器是用于實現機械運動、力和扭矩等行為的器件。
MEMS傳感器是整個MEMS市場的主力軍,占比約為74%。據Yole預測,MEMS傳感器全球市場規模將由2020年的90億美元增長至2026年的128億美元(折合人民幣893億元),CAGR(年均復合增長率)為6.1%,規模增長迅速。
奮起直追
國產MEMS傳感器大有可為
我國MEMS傳感器的起步時間相對較晚,種種原因造成我國MEMS傳感器產業與國外有明顯差距。為此,我國陸續出臺相關政策,大力支持MEMS傳感器產業的發展。
2016年,我國發布《“十三五”國家科技創新規劃》,提出要開展MEMS傳感器的研發,提高自主研發能力,開展工業傳感器核心器件、智能儀器儀表、傳感器集成應用等技術攻關。
此后,我國又陸續發布《智能傳感器產業三年行動指南(2017-2019)》《促進新一代人工智能產業發展三年行動計劃(2018-2020)》《關于集成電路生產企業有關企業所得稅政策》《產業結構調整指導目錄(2019年本)》《2019年工業強基重點產品,工藝“一條龍”應用計劃示范企業和示范項目公示》《基礎電子元器件產業發展行動計劃(2021-2023 年)》,以及“十四五”規劃等政策,在宏觀層面對我國MEMS傳感器產業的發展起到了很好的指導、幫扶作用。
我國部分省市也有出臺相關政策,支持當地傳感器企業的發展。如廣州、上海等明確表示,會對MEMS傳感器相關企業在當地落戶、設立研發中心、產值突破一定金額等給予相應的資金獎勵。
值得注意的是,我國在2021年末發布的《科學技術進步法》提到,“對境內自然人、法人和非法人組織的科技創新產品、服務,在功能、質量等指標能夠滿足政府采購需求的條件下,政府采購應當購買;首次投放市場的,政府采購應當率先購買, 不得以商業業績為由予以限制。”各地紛紛響應,陸續出臺“政府集中采購目錄及標準”,自此拉開了國產替代的大幕。實際上,不僅是政府采購,隨著近年來國產品牌的崛起,民營國產品牌也開始青睞國內上游供應商,這無疑又為國產MEMS傳感器注入一劑強心劑。
簡而言之,下游需求牽引、產業政策支持以及國產替代,為我國MEMS傳感器的彎道超車創造了機會。
MEM傳感器的主戰場
在下游應用領域方面,消費、汽車、工業、醫療、航空航天、通信等將成為MEMS傳感器的主戰場。
△部分汽車傳感器
以汽車為例,一輛汽車就有上百個傳感器,智能型汽車甚至能達到200多個,常見的如汽車動力系統的氧傳感器、曲軸位置傳感器,底盤系統的加速度傳感器、扭矩傳感器,智能駕駛相關的激光雷達等,其中有相當一部分為MEMS傳感器。
隨著智能汽車、新能源汽車等的不斷發展,為了追求更加健康、安全、舒適的駕乘體驗,車載空氣質量檢測、新能源車電池安全檢測等功能不斷出現,與之對應的車載MEMS傳感器也愈加豐富。
△漢威ZM102車載空氣質量模塊