中国信通院 | MEMS传感器技术产业与我国发展路径研究(第一部分)
本文来自《信息通信技术与政策》杂志,是工业和信息化部主管、中国信息通信研究院主办的专业学术期刊,两位作者均为中国信息通信研究院信息化与工业化融合研究所研究员。

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原文中强调在商业化的MEMS设计工具层面我国处在真空环境情况,进而引起诸多MEMS工程设计公司的产品产品研发周期时间太长,且以效仿海外完善产品为主导。国内MEMS封裝产业链在全世界范畴内位于比较先进的影响力,但高档检测设备仍被海外行业龙头垄断性。MEMS封裝成本费在传感器生产制造阶段中占成本的比例做到40%之上……

0 前言

微机电系统(Microelectro Mechanical System,MEMS)传感器是从微机械加工制造技术性生产的新式传感器,对比于传统式传感器元器件,MEMS传感器凭着品质轻,体型小,敏感度高,稳定性强,便于融合等优质特点,变成 促进传感器持续向小型化,智能化系统发展趋势的首要驱动力,与此同时MEMS技术性做为微电子技术生产技术的一个主要支系,也是超过克分子时期的主要发展前景之一。

1 MEMS传感器产业发展规划整体状况

当今,全世界传感器产业链正处在蓬勃发展的阶段,技术性更新迭代持续加速,产业链市场竞争日益猛烈。2018年,全世界传感器市场容量做到2059 亿美金,年平均增长率超出12%,在其中MEMS传感器占有率由2015年的8%快速上涨至25%,变成仅次图象传感器(CIS)的第二大传感器类别。

全世界MEMS传感器销售市场当前仍由欧美国家日等西方国家和地域核心,在其中美国,法国及其日本三国销售市场占有率做到50%之上,而在高档MEMS传感器领域,美国和法国的优点则更加显著。

美国博通在频射MEMS传感器领域处在一定领先水平,特别是在在MEMS过滤器领域,市场占有率达到87%。伴随着移动智能终端产业链的爆发式增长,博通的竞争优势将获得进一步推进。

BOSCH在健身运动类MEMS传感器层面一枝独秀,其产品在车辆及其智能机等领域已变成不可缺少的核心部件。在我国在声学材料MEMS传感器等领域具备一定竞争能力,但总体看来尚不具有核心工作能力。

伴随着MEMS生产技术的逐步完善,新式MEMS传感器产品五花八门,产品销售量也出现大幅度上升的发展趋势。

现阶段,MEMS公司已经根据持续的基本技术革新完成进一步的提升,产品商业化的周期时间和成本费减少周期时间得到大幅度减少,20世际60时代,传统式的工作压力传感器商业化的时间长达15年,而成本费减少時间一样必须 15年,而当今MEMS传感器的均值商业化的時间仅为6年,成本费减少時间也进一步减少至5年之内,因而迅速更替的产品促使MEMS传感器早已在诸多领域取得成功得到商业化的,并发生了很大的市場机遇。

2 MEMS传感器运用现况

MEMS传感器类型极多,可使用于物理学,有机化学,微生物等领域数据信号的检测,比较常用的类型有瞬时速度传感器,惯性力传感器,工作压力传感器,MEMS陀螺仪及其MEMS话筒等。现阶段,MEMS传感器在消费电子产品,诊疗,汽车电子产品及其工业生产等运用领域占有率最大,各自占有41.8%,28.1%,16.7%和9.1%。

在消费电子产品领域,出自于对容积,功能损耗及其费用等要素的考虑到,以手机上,平板电脑,可配戴,AR/VR机器设备等为意味着的ICT智能终端80%之上的传感器是根据MEMS加工工艺生产的,关键分成速度感测组成传感器,自然环境传感组成传感器,电子光学传感组成传感器等。

在其中,速度感测组成传感器关键包含加快计,陀螺仪和惯性力精确测量模块;自然环境传感组成传感器关键包含MEMS话筒,工作压力传感器等;电子光学传感组成传感器关键包含光线传感器,贴近传感器,RGB色调传感器,激光测距传感器,电子光学微生物传感器等。

在诊疗领域,微生物MEMS传感器早已变成医药学检测中不能缺失的核心部件,关键分成微生物菌种传感器,酶传感器,体细胞传感器,机构传感器,蛋白传感器,免疫力传感器6类。

除此之外,MEMS传感器还使用于脑电精确测量,心电图检查检测,CT显像及其机器设备精准定位等别的非生物因素领域,将来伴随着元器件特性的持续提高及其进一步小型化,MEMS技术性还将在外骨骼,心血管支架,眼底黄斑嵌入等新起领域获得进一步运用。

在汽车电子产品领域,MEMS传感器总体展现持续增长的发展趋势,近5年汽车交易市场MEMS传感器复合型增长率超出7%,预估到2022年,市场容量将做到32 亿美金,销售量将超出20 亿颗。

汽车电子产品领域常见的传感器关键包含加快传感器,工作压力传感器,陀螺仪,总流量传感器,溫度传感器,液位仪传感器,部位传感器,汽体浓度值传感器等,关键运用于电子器件稳定性程序流程自动控制系统,汽车安全气囊,胎压监测装置,进排汽管肯定压力检测等领域。

在工业电子领域,MEMS传感器高可靠性,高精密的特点可达到工业控制系统领域几近“零误差”的规定,与此同时针对極限溫度,环境湿度和ph酸碱度等办公环境规定,MEMS传感器可根据封装类型,加工工艺等技术应用的变动开展达到。如使用在地质勘查等领域的ADI工业级陀螺仪,其使用寿命可以达到1000 h,耐冲击性达10 000 G,应用温度范围达-40℃~175℃ 。

3 优秀MEMS传感器技术性发展趋势最新消息

当今,MEMS传感器早已使用于每个领域当中,在其中技术性迭代更新更快,运用经营规模最高的就是健身运动传感器和工作压力传感器。

MEMS健身运动传感器是现阶段使用极其普遍的MEMS传感器,包括了陀螺仪,加速度传感器和惯性力精确测量模块等,现阶段早已在智能机,可佩戴智能产品及其平板等领域完成了大量运用。

当今,MEMS健身运动传感器已经朝着多用途集成化和高精密开展演变,为处理移动智能终端产品中的差异要求衍化出各种各样优秀的解决方法。

为完成多传感器中间的数据预处理,飞思卡尔等企业在其传感器产品中内嵌了微控制器及其储存器等控制模块,解决了结合外界感测器信息的难题。

博世公司运用系统封装(SiP)等技术性,将三轴12位加速度传感器,三轴地磁场传感器,三轴16位陀螺仪及其微处理器开展融合,进一步对增强现实技术,定位导航,本人运动健身及其其它对自然环境观念规定较高的情景的适用性开展了提升。

为完成无GPS数据信号状况下的精准惯性导航,现阶段现已有集成化了加速度传感器,陀螺仪,地磁场传感器及其插口专用型处理器的本人惯性导航系统软件被报导,该体系在功耗低CMOS集成电路芯片的协助下,与系统软件校正技术性完全融合,完成了在无GPS数据信号状况下,3 km徒步相距内偏差低于6 m的优势性能。

MEMS工作压力传感器一样是应用最普遍的MEMS传感器产品之一,一般运用于智能机,航天航空,车辆,生物技术及其加工工艺操纵等领域,依照工作压力检测方法能够分成压阻式,电容传感器,串联谐振感测器等,而最常见的是压阻式和电容传感器,因而这二种工作压力传感器的技术性迭代更新也较为活跃性。

为充足减少微压MEMS传感器中测定的敏感和线性中间的分歧,持续提升微压传感器测量精度,一种新式的FBBM构造应时而生,该构造包括了4个短梁和一个坐落于核心的正方形凸块,根据降低感测器膜结构工程偏移水平做到进一步减少工作压力的离散系统,并提升了压阻敏感度,做到了提高微压MEMS传感器精密度的总体目标。

为达到航天航空行业中在极端条件中的微波感应器无线网络压力传感要求,一种根据蓝色宝石的隔阂和建筑结构MEMS压力传感构造被明确提出,在施压时,传感器膈膜产生偏移,传感器的电串联谐振因此随工作压力膈膜的偏移而更改,完成了将轻度压力转换为信号的目地,该构造可在1000℃的高溫下正常的工作中,达到了极端条件下压力传感的要求。

4 在我国MEMS传感器高新产业现况

近些年,中国MEMS全产业链已产生从网站前端开发,制造到后面封装,检测的完善全产业链条[4],瑞声科技,歌尔股份,耐威科技,中芯,长电科技等各全产业链行业龙头发展趋势快速。

此外,近些年中国MEMS销售市场增长速度一直高过全世界销售市场提高水准,这一方面归功于中国MEMS销售市场发展趋势开始相比比较晚,销售市场数量较小,因而销售市场增长率较快;另一方面,近些年中国消费电子产品产品及其汽车电子产品产品始终保持较快增长势头,加上全世界电子器件整个机械产业链不断向中国迁移,促使MEMS要求持续释放出来,中国MEMS销售市场因而展现较好快速发展趋势,占全世界的市场占有率也不断地提升。

殊不知因为发展比较晚,在我国公司仍存有生产能力不够,关键技术缺乏等薄弱点。总而言之,当今中国仍需在关键技术科技攻关,全产业链配套设施水准提高等领域做工作中,从源头上提高当地MEMS传感器产业链的竞争优势。

4.1 设计方案

MEMS传感器设计方案是一项集基础知识,应用技术及其例如通讯,有机化学,微生物等学科交叉有关新技术的繁杂工作中,包含覆盖面广,综合型强,因而相较于传统式传感器,MEMS传感器产品线开发设计难度系数大,时间长,且成本费一直持续上升。

整体而言,在我国在MEMS传感器设计方案水平及其基础研究等领域与海外领先水准仍存有一定差别。

在制定实力层面,在我国MEMS产业链通过20很多年的发展趋势,现阶段早已不断涌现歌尔股份,瑞声科技,敏芯高新科技等行业龙头,在其中歌尔股份的MEMS话筒产品早已进到iPhone,三星等国际性一流生产商的供应链管理,销售量位列全世界第二,且于2018年营业收入经营规模做到50 亿美金。

但与霍尼韦尔,BOSCH等全球领头生产商对比,在我国公司仍存有产品线单一,总体经营规模偏小等难题,现阶段中国除歌尔股份和瑞声科技等极少数行业龙头外,别的公司年营业收入仍难以实现1 亿美金。

在基础研究层面,现阶段中国在商业化的MEMS设计工具层面处在真空环境情况,一般选用Coventorware,IntelliSuite和Ansys等海外专用工具开展MEMS模拟仿真,而且欠缺高质量的MEMS和ASIC设计服务(如IP库等),进而引起诸多MEMS工程设计公司的产品产品研发周期时间太长,且以效仿海外完善产品为主导,欠缺助推行业市场的自主创新产品,不能满足日新月异的市场的需求。

4.2 制造

MEMS制造工艺是集成电路芯片IC制造工艺的一支,但与传统式IC制造工艺对比具有显著差别。

传统式IC制造的目标是在企业范围上集成化尽量多的晶体三极管,如intel全新i7CPU可集成化数十亿只晶体三极管,与之对比,MEMS传感器件集成化元器件数目少,单独元器件容积比较大,因而MEMS制造工艺并不是一味追求完美更小的制造连接点与更多的处理速度,只是更为重视原料的构造机械设备特点,材料有机化学特点及其离子注入深度1,精密度,地应力操纵等每一步工艺的精确完成。

除此之外,因为MEMS元器件中存有例如固支梁等独特构造,因而相较于传统式的IC制造工艺,MEMS工艺存有大量完成困难很大的独特技术性,如形槽离子注入,放弃层释放出来技术性,LIGA工艺,引线键合技术性等。

中国流行的MEMS代工生产生产线现阶段以6 英尺和8 英尺集成ic为主导,伴随着近些年罕王高新科技,耐威科技等优秀生产线依次落地式,在我国的MEMS生产能力获得了一定程度上的提高,且生产量也从2015年的不够20%提高到现今的80%之上。

但现在我国内线仅能制取以工作压力传感器,MEMS话筒,加速度传感器等为核心的中低端产品,制造工艺水准与世界领跑代工企业的差异显著,例如压电材料(AlN,PZT等)等高档制造工艺线并未创建,没法生产制造塑料薄膜体声波频率过滤器,压阻式喷墨打印机打印机喷头和超音波传感器等产品。

虽然中国MEMS代工企业也有着体微生产加工技术性,表层微生产工艺和CMOS MEMS技术性,但因为产品销售量都相对比较小,因而在批量生产合格率,稳定性和可靠性等领域存在的问题。

2010年末,张番番夫妇请到了刘慈欣共进晚餐,饭桌上张番番提出想要买断《三体》的影视改编权,就让刘慈欣开个价。刘慈欣因为和这对夫妇聊得投机外加酒喝得有点多,随口一答:10万块! 没想到5年之后,《三体》的改编权竟被张番番转手卖了1.2个亿。

真不愧张番番名字里有“番番”,5年时间就翻了1200倍,不仅张番番夫妇觉得自己赚了,就连花1.2亿从他们手中买到版权的公司都觉得自己这钱花的太值了。如今看来这无疑是至今国内IP史上最大的遗憾。

以至于《三体》火了之后有无数媒体采访刘慈欣:你当初为什么用这么低的价格就把《三体》给卖了?刘慈欣面对这种问题从来都只有一个回答:你们当初早干嘛去了?可能当初就连刘慈欣本人都没有想到,自己的《三体》竟然有这么大的能量。

要知道当年刘慈欣还只是山西娘子关电厂的一位计算机工程师,《三体》的故事也只是刘慈欣在工作之余创作的。而创作《三体》的初衷也十分有趣,80年代末,刘慈欣步入工作没多久,身边的年轻同事都有一个共同的爱好,就是打麻将。

刘慈欣和同事们在工作之余的时间都用来打牌消磨时光,直到周末的一个晚上,因为第二天不用上班,刘慈欣就和同事们通宵达旦,没想到这一夜刘慈欣就输掉了自己一个月的工资,整整800块,这让刘慈欣产生了罪恶感,一方面是心疼自己的钱,另一方面他觉得自己不能这样堕落下去了。

于是刘慈欣就再也没有碰过麻将,空暇的时候他则捡起了而是最大的爱好——创作科幻小说。在这之前刘慈欣从来没有和任何人提起过这个独特的爱好,因为在当时人们看来,这种爱好简直就是天马行空不切实际的,“科幻”这个词已经远远超出了当时人们的认知。

回想刘慈欣的童年,有两件事情对他触动很大,一件就是1970年中国第一颗人造卫星的发射,那时候他还小,只知道抬头望向星空,就知道在浩瀚的太空中也曾留下过我们自己的足迹,刘慈欣内心的激动就已经安耐不住。

而另一件事就是自己父亲床下的箱子,里面装满了各种科幻著作,可在那个年代这些书都是不入流的东西,父亲多次警告刘慈欣不要碰这些书籍,可刘慈欣还是忍不住,父亲看到他这么感兴趣就告诉他:“这叫科学幻想小说,是有科学根据的创作。”然后就把书递给了他。

童年的回忆和父亲的理解让刘慈欣受到了深深的触动, 1999年到2006年期间,刘慈欣的作品《流浪地球》《三体》等多部作品连续八年获得了中国科幻文学银河奖。他本人也成了中国科幻作家第一人。

2015年,《三体》还摘得了科幻界最高荣誉的“雨果奖”,就连当时M国总统奥巴马都曾动用白宫的关系向刘慈欣催稿,这才提前读到了《三体》终章的手稿,读完之后奥巴马更是感慨:“同宇宙相比,我这个美国总统也太渺小了。”

有人戏称所有的互联网大佬都是一本《三体》“打天下”。马化腾曾经深夜给刘慈欣打电话请教关于《三体》中黑暗法则的深层次含义,雷军曾在金山集团的战略会上,号召所有员工读《三体》,学《三体》。周鸿祎多次登门拜访寻求《三体》的创作灵感。

这本广受好评的《三体》在各种评分网站上的排名始终名列前茅,截止到今天,《三体》的全球销量早已经突破了2500万册,海外销量更是达到了惊人的200万册,在日本发售当天就供不应求,以至于一周之内加印数十次。

Facebook创始人扎克伯格曾说:“我非常喜欢《三体》,特别推荐。如果你对中国历史、虚拟现实、科幻小说感兴趣,就请读这本书吧!”

著名科幻作家韩松评价《三体》说:“ 刘慈欣将我们之前所写的,所谓的科幻小说都碾得粉碎。”

《三体》作为我国科幻小说的巅峰之作,刘慈欣用极其丰富的想象力,为我们描绘了一场惊心动魄的宇宙战争。从中国的80年代到宇宙归零,他把科幻上升到哲学的高度,以预言历史进程的手笔为整个地球作序。

如果你还没读过这部宏伟巨著,强烈建议你去读一读,读懂《三体》的人绝不会将自己的眼界置身于单纯的三维世界,他会有一个清晰宏大的宇宙观,进而从中发现与拓展人类生存的意义的核心象征。

正如书中所写的那样,在神话与科技的摇篮里,宇宙度过了他的婴儿时代,那些所谓的人类生死和历史在宇宙漫长的时间面前显得是那么渺小,和浩瀚的宇宙相比,还有什么难题能够困扰我们呢?

【#我国休闲食品市场规模今年预计超1.4万亿元#】新京报记者10月14日了解到,商务部流通产业促进中心发布《新消费时代休闲食品消费趋势研究》报告显示,随着居民收入水平和国民消费能力的提升,休闲食品消费潜力不断释放,行业实现快速扩容。预计2021年,我国休闲食品行业市场规模将超过1.4万亿元。

报告引用国际咨询机构弗若斯特沙利文数据显示,2020年中国休闲食品产业规模接近1.3万亿元,预计2021年,我国休闲食品行业市场规模将超过1.4万亿元,继续保持平稳增长。就目前行业现状来说,休闲食品行业呈现小、散、多、乱的特点,市场竞争格局分散,行业集中度相对较低。休闲食品行业吸引新入局者的同时,也导致头部企业市场竞争更加激烈。

从2016年-2020年休闲食品头部企业销售情况看,除受疫情影响较大的2020年外,坚果类产品销售均保持快速增长。为解决同质化问题,许多头部企业已经开始以创新为驱动,打造以“产品”为中心的核心竞争力。三只松鼠2016年至2020年连续5年中国坚果销量领先;洽洽食品持续聚焦瓜子坚果业务发展,深耕三四线及县乡市场,拓展海外市场。

对于#休闲食品# 行业未来的发展趋势,该报告称,未来将产业融合化、行业集中化、推广多元化、品类多样化、产品升级化、需求健康化、渠道协同化、人群精准化、监管严格化。其中在渠道方面,报告指出,在零售新业态新模式快速迭代的背景下,休闲食品企业将不再局限于单一零售渠道,线上线下协同一体化发展是必然趋势。


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