我国MEMS传感器行业三大挑战和四大趋势

如今,我国作为全球最大的电子产品生产基地,正消耗着全球四分之一的MEMS器件。但目前,我国大部分MEMS传感器仍依赖进口。国内MEMS传感器也仍以中低端为主,技术相对落后,这一局面将在较长时间里一直存在下去。那么,各家MEMS企业又该如何摆平心态,正视这一挑战,从而寻找其中的发展商机呢?

 

 

  中国正消耗着全球四分之一的MEMS器件

  三大挑战:技术研发、产业链竞争力、价格影响

中国MEMS厂商面临的挑战非常多。首先,缺乏高端研发人员和经验丰富的本土MEMS工程师,导致基础研究落后。同时,MEMS传感器商业化应用周期长,MEMS传感器研发时间更长,这对MEMS企业的耐心、远见是一个很大挑战。

另一方面,中国MEMS产业链在竞争方面,力量还较薄弱,没有产生在国际市场上具有领导地位的企业。MEMS传感器和IC芯片一样,具有很强的规模效应,国内企业出货量上不去,导致整个产业链,例如前端流片等环节加工能力薄弱,一致性、生产重复性都不能满足设计加工工艺要求。因此,整个MEMS产业链均处于投入阶段,盈利比较困难,产生了恶性循环。

 

 

  系统厂商对于MEMS产品需求量很大

  此外,价格下滑导致MEMS厂商盈利困难。MEMS传感器产品的价格,并非与产品的重要性或开发难度成正比。例如,据统计数据显示,从应用广泛和竞争激烈的陀螺仪和加速度传感器市场来看,价格每季度下跌3%至5%,系统厂商对于MEMS产品需求量很大,但是它们也已经把价格杀到MEMS厂商难以为继的地步。

四大趋势:新兴器件、新应用、颠覆性技术、新设计

面对上述挑战,国内MEMS厂商如何树立信心,寻求机遇呢?

首先必须承认,中国是最大电子生产和消费大国,终端消费市场巨大,该优势应该可以给各家MEMS厂商给予一定信心。而且受物联网市场驱动,MEMS传感器的市场增量将相当可观。另外,MEMS传感器产品多样,也有巨大的创新空间。

MEMS传感器制造需要依赖发达的半导体微加工技术

另一方面,根据MEMS传感器的特点,MEMS传感器一直依赖于使用基于半导体的微加工技术来制造器件,以取代更为复杂、笨重或不敏感的传感器。据此,未来将有四大趋势改变MEMS市场格局。它们分别是:新兴器件、新应用、颠覆性技术、新设计。

简单来说就是:新兴器件,如微镜和环境组合传感器;新应用,如压力传感器应用于位置或高度感测;颠覆性技术,包括封装、新材料,如压电薄膜和300mm/12寸晶圆;新的设计,包括NEMS纳机电系统和光学集成技术。

物联网是我国未来十年的核心发展战略,MEMS传感器则是物联网中不可或缺的一环,下一个十年,会涌现出远比现在主流MEMS传感器更有市场前景的MEMS产品,期待中国MEMS产业能跻身世界前列。

 

 

 

盘点:无人机上都有哪些传感器技术应用

  据麦姆斯咨询介绍,工业无人机是无人机市场中重要的增长产业。根据市场研究公司Tractica预测,到2025年全球商业无人机的出货量将从目前的8万台增加至270万台;与此同时产生的相关服务产业将达到82亿美元/年。在过去,无人机技术创新主要集中在军事应用上。然而,最近的重点发展趋势已逐步向商业市场转移。主要包括︰

货物运输与快递

在远程或者不容易到达的区域,可以采用无人机运输药品和小型物品,包括将物资运送到经历了地震、洪水和疾病爆发的区域。另一方面,无 人机也可用于商业快递。2013年亚马逊和谷歌都宣布将采用无人机进行货物投递,使客户可以在几个小时之内就收到订购的物品。而此类应用的 关键在于美国联邦航空局的飞行规则。虽然目前无人驾驶飞机只是仅有的几个网络电商的配送方式,但美国联邦航空局有望修改规则,允许一部分超出可视范围的应 用。美国联邦航空局目前有27个企业和贸易协会正在调查和讨论基于大小和飞行路径的商用无人飞机的飞行规则,我们期望持续关注定义测试和飞行规则,最终的 目标是允许自主无人机成为日常商务的一部分。

监测与测量

监测与测量产业也是目前增幅较大的市场。例如:地磁测量,可用于预测矿藏位置、天然气和石油管道监测、灾区检查和野火检测和预防。其他应用包括:考古研究和数据收集,考古学家可以使用无人机技术创建三维模型的站点,可以节省研究人员几个月的时间。

环境与动物保护

环保组织和动物权利组织通过使用无人机有效遏制了违法行为,取得了良好的效果。例如,世界野生动物自然基金会(WWF)从2012年 开始,在尼泊尔的环境保护援助项目中使用无人机。无人机主要用于老虎、大象、犀牛、鹿种群的观测。世界自然基金会还曾与纳米比亚政府通过使用无人机来帮助 减少犀牛偷猎。海洋守护者协会反捕鲸活动人士则通过无人机监视日本的捕鲸船。

法律实施

在过去的几年中,许多国家的警察使用无人机,对嫌疑人和公共场所进行监测。无人机可配备非致命性的工具,如电击枪来调查罪犯和辅助追捕。例如:美国北达科他州正在对配有电击枪的无人机进行巡逻测试,而其他无人机配备传感器来识别化学、生物、放射和核材料。

商业电影

媒体和电影制片人使用无人机来捕获图像和视频,从而替代直升机或昂贵的起重设备,在降低成本的同时还可以提高拍摄灵敏度和可操作性,为导演提供更多优质的图片和 画面。同时,无人机还可以用于捕捉体育事件,获得运动员在比赛过程中的动态特写,特别是运动员高速运动过程中的特写。加速度传感器作为无人驾驶飞机的引导 系统,实现了无人机的上述功能。大疆公司为电影拍摄推出的“大疆精灵3”价格仅为999美元,是业界便宜的无人机之一。近期,GoPro已宣布,将投资开 发一款专门用于视频录制的无人驾驶飞机。

农业

无人机在农业的应用在过去几年中大幅增加。农民使用无人机监测和提高作物的健康状态和灌溉系统以及牲畜位置。鉴于严重干旱处理等问 题,无人机将成为越来越重要的农业产业化的新型生产工具。美国美林银行全球研究报告显示,农业无人机的市场潜力,将创造超过10万个就业岗位,2015年 至2025年的市场容量将达到820亿美元。

医疗健康

无人机在医疗保健领域的使用也日益受到关注。小型无人机可以有效地使用内部的医疗设施和自主投放,把药物送至病人床边。他们也可以用 于传送关键项目如血液分析和医疗用品,而救护车无人机也正在测试之中。这些无人机可以用于传送自动体外除颤器来增加心脏骤停患者的存活率。荷兰代尔夫特大 学已经完成该产品的设计及定义。

       传感器成就无人驾驶

根据目前的无人机发展趋势,传感器技术在其中起到什么样的作用?如下图所示。

盘点:无人机上都有哪些传感器技术应用

 

盘点:无人机上都有哪些传感器技术应用

加速度计

加速度计用于确定位置和无人机的飞行姿态。像任天堂Wii控制器或iPhone屏幕位置,这些小的MEMS传感器在维持飞行控制中起 到关键的作用。MEMS加速度传感器有多种方式感知运动姿态,一种类型的技术能够感知微型集成电路的微小运动。这类“跳水板”的运动改变了结构中电流的移 动,从而指示与重力有关的位移变化。

另一种加速度计的技术为热对流技术,具有几个明显的优势。它没有移动部件,而是通过一个“热气团”的位移来感知的运动变化。这类传感 器灵敏度较高,在稳定车载摄像机、电影制作等应用起着至关重要的作用。通过控制上下运动和防振功能,制片人就能够非常顺利的捕获画面。此外,由于这些传感 器较其他产品有更好的抗震性,热对流MEMS传感器在无人机螺旋桨运动的抗震性有着完美的表现。

惯性测量单元

惯性测量单元结合GPS是维持方向和飞行路径的关键。随着无人机智能化的发展,方向和路径控制是重要的空中交通管理规则。惯性测量单元采用的多轴磁传感器,在本质上都是精准度极高的小型指南针,通过感知方向将数据传输至中央处理器,从而指示方向和速度。

倾角传感器

倾角传感器,集成了陀螺仪和加速度计为飞行控制系统提供保持水平飞行的数据。这是在易碎品运输和投递过程中最重要的稳定性监测应用程 序。这类传感器和陀螺仪,结合加速度计,能够测量到细微的运动变化,使得倾角传感器能够应用于移动程序,如汽车或无人驾驶飞机的陀螺仪补偿。

电流传感器

在无人机,电能的消耗和使用非常重要,尤其是在电池供电的情况下。电流传感器可用于监测和优化电能消耗,确保无人机内部电池充电和电 机故障检测系统的安全。电流传感器工作通过测量电流(双向),理想的情况下提供电气隔离,以减少电能损耗和消除电击损坏用户系统的机会。同时,具有快速的 响应时间和高精度的传感器可以优化无人驾驶飞机电池的寿命和性能。

磁传感器

在无人机,电子罗盘提供关键性的惯性导航和方向定位系统的信息。基于各向异性磁阻(AMR)技术的传感器,较其他传感器相比有明显的 地功耗优势,同时具有高精度、响应时间短等特点,非常适用于无人机的应用。整体解决方案为无人驾驶飞机制造商提供质了量数据传感稳定且紧凑的封装。

发动机进气流量传感器

流量传感器可以用于有效地监测电力无人机燃气发动机的微小空气流速。这一功能能够帮助引擎CPU确定在特定的引擎速度下保持适当的燃 料空气比值,从而改善功率和效率,并减少排放量。许多气体发动机质量流量传感器都采用热式技术,主要利用加热的元件和至少一个温度传感器来量化质量流量。 MEMS热式气体质量流量传感器也在微计量范围内利用热原理及其适用于对重量要求较高的领域。

[消息来源:物联中国]

 

 

 

美国防部大力研发可植入传感器: 大兵体征实时看

为了能够实时掌握美国大兵的身体状况,美国国防部先进研究项目局(DARPA)宣布将与美国陆军研究办公室(U.S. Army Research Office)共同研发能够植入人体组织的智能生物传感器,将耗资750万美元。这个项目交由一家名为Profusa的旧金山公司来领导,军方希望该技术能够科学快速地掌握自己的实时身体状况,以便灵活安排任务行动,提升效率。

美国防部大力研发可植入传感器: 大兵体征实时看

根据Profusa介绍,植入体为“智能水凝胶”,与隐形眼镜所用材料比较类似,能够克服身体天生的排异反应。它的体积非常小,长度仅为3-5 毫米,直径约为500微米,将植入皮下2-4毫米的位置,而且材质较为柔软灵活,使用寿命约为2年。

美国防部大力研发可植入传感器: 大兵体征实时看

当然,仅凭这么一个植入体还不能完成工作,还需要光学扫描装置配合,二者之间配合产生的信号要发送到智能手机上,然后用户可自己掌握 情况,也可以发送给专业医师。等到这些数据积累的够多,大数据就会发挥出更大的作用,能够为更多用户的健康问题提供分析基础。因此这项技术也可以用在糖尿 病等慢性病人的身上,有助于病情的科学把控。

[消息来源:物联中国]

 

 

 

 

2016年我国传感器市场分析 企业要思考哪些问题?

 

近几年,中国的传感器行业发展总体规模逐渐扩大,市场增长速度超过了20%。但高发展速度与不利因素并存。2016年,在国家利好政策支持和新技术推动下,如何突破障碍、抓住新的市场需求和应用增长点,尚需要企业的艰难求索。

 1、发展现状:高速发展与不利因素并存

中国传感器的市场近几年一直持续增长,增长速度超过20%,传感器应用四大领域为工业及汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品专用设备。

2012年中国传感器行业发展总体规模逐渐扩大,显著应用于汽车工业中。包括汽车轮胎、安全气囊、底盘系统、发动机运行管理系统、废气与空气质量控制系统、ABS、车辆行驶安全系统中等传感器的应用。

除此以外,中国传感器在其他领域也有新的应用,如工业控制领域、环境保护领域、设施农业中、多媒体图像领域的应用。

中国传感器行业虽然发展迅速,但也存在一些不利的因素。如产品技术产业基础薄弱、科技与生产脱节、产品技术水平偏低、产品种类欠缺、企业产品研发能力等。

 

  尽管如此,国家不断制定的有利传感器产业发展的战略与政策,全年整机系统市场的快速发展,新兴技术的不断推动,这些都成为传感器产业发展的利好因素。

 

2、产业市场:容量广,多样化

据中国产业调研网发布的中国传感器市场现状调研与发展趋势分析报告(2016-2020年)显示,在政府的支持下,我国的传感器技术及其产业取得了长足进步。尤其是在“双加工程”,即“加快力度,加快发展”的方针指导下,建立了中国敏感元器件与传感器生产基地。

目前,国内有三大传感器生产基地,分别为:安徽基地,主要是建立力、光敏规模经济;陕西省敏感技术产业集团公司,主要是建立电压敏、热敏、汽车电子规模经济为主要目标;黑龙江基地主要建立气、湿敏规模经济为主要目标。

我国已有1700多家从事传感器的生产和研发的企业,其中从事微系统研制、生产的有50多家。

同时,传感器越来越多地被应用到社会发展及人类生活的各个领域。如工业自动化、农业现代化、航天技术、军事工程、机器人技术、资源开发、海洋探测、环境监测、安全保卫、医疗诊断、交通运输、家用电器等。

 

  3、地域格局:遍地开花

 

我国传感器的生产企业主要集中在长三角地区,并逐渐形成以北京、上海、南京、深圳、沈阳和西安等中心城市为主的区域空间布局。

长三角区域:以上海、无锡、南京为中心。逐渐形成包括热敏、磁敏、图像、称重、光电、温度、气敏等较为完备的传感器生产体系及产业配套。

珠三角区域:以深圳中心城市为主。由附近中小城市的外资企业组成以热敏、磁敏、超声波、称重为主的传感器产业体系。

东北地区:以沈阳、长春、哈尔滨为主。主要生产MEMS力敏传感器、气敏传感器、湿敏传感器。

京津区域:主要以高校为主。从事新型传感器的研发,在某些领域填补国内空白。北京已建立微米/纳米国家重点实验室。

中部地区:以郑州、武汉、太原为主。产学研紧密结合的模式,在PTC/NTC热敏电阻、感应式数字液位传感器和气体传感器等产业方面发展态势良好。

此外,传感器产业伴随着物联网的兴起,在其他区域,如陕西、四川和山东等地发展很快。

 4、产业问题:技术差,企业小,创新弱

一是核心技术缺乏,创新能力弱。传感器在高精度、高敏感度分析、成分分析和特殊应用的高端方面差距巨大,中高档传感器产品几乎100%从国外进口,90%芯片依赖国外,国内缺乏对新原理、新器件和新材料传感器的研发和产业化能力。

二是关键技术尚未突破。设计技术、封装技术、装备技术等方面都存在较大差距。国内尚无一套有自主知识产权的传感器设计软件,国产传感器可靠性比国外同类产品低1-2个数量级,传感器封装尚未形成系列、标准和统一接口。传感器工艺装备研发与生产被国外垄断。

三是产业结构不合理,品种、规格、系列不全,技术指标不高。国内传感器产品往往形不成系列,产品在测量精度、温度特性、响应时间、稳定性、可靠性等指标与国外也有相当大的差距。

四是企业能力弱。我国传感器企业95%以上属小型企业,规模小、研发能力弱、规模效益差。从目前市场份额和市场竞争力指数来看,外资企业仍占据较大的优势。

针对这种现状,我国传感器企业需要深思:应该如何分步去解决发展问题?又应该如何提高综合竞争力,并逐步参与到国际竞争中去?

5、市场前景:增长点多,增长规模大

据了解,至2015年,我国物联网整体市场规模达到7500亿元,而传感器产业也将从中直接受益。

展望未来5年,中国传感器市场将稳步快速发展。尤其是在物联网市场规模大幅增长的动力之下,2016年中国传感器市场规模有望达到1213亿元左右 。

除了工业自动化系统、大型重点工程配套、汽车电子以及家电类产品的应用之外,在现代农业、医疗卫生、环保检测与治理以及食品检测类市场领域里的应用,是无法估量的。

值得一提的是,国内水资源控制系统和家电类商品正处于由传统技术向节能减排和技术升级的发展阶段。变频式空调和家用吸尘器、洗衣机、太阳能热水器及大型中央空调器,为各种传感器在家用空调、洗衣机、吸尘器、家庭供水系统等方面的应用开辟了广阔的空间,同是也构成了我国传感器市场新的需求以及新的应用增长点。

 

 

 

未来10年无线传感器是行业发展重点

在未来10年甚至更长的时间,MEMS传感技术、光纤传感技术、气体传感技术及无线传感器技术仍将是传感器领域的发展重点。

       1、MEMS传感器

MEMS ( microelectro mechanical systems)技术是采用微制造技术,在一个公共硅片基础上整合了传感器、机械元件、执行器(actuator)与电子元件。MEMS技术已被认为是 21世纪最有前途的技术之一。目前市场上的MEMS传感器种类很多,包括惯性、压力、流量、温度传感器等,其主要应用领域包括军事、消费电子、汽车、航空、航天、医疗健康等。

       2、光纤传感器

伴随着光导纤维和光纤通信技术发展而出现的光纤传感器,其传感灵敏度要比传统传感器高许多倍,而且它可以在高电压、大噪声、高温、强 腐蚀性等很多特殊环境下工作,还可以与光纤遥感、遥测技术配合,形成光纤遥感系统和光纤遥测系统。光纤传感技术是许多经济、军事强国争相研究的高新技术, 它可广泛应用于国民经济的各个领域和国防军事领域。

       3、无线传感器

无线传感器分为两种概念:无线传感模块和无线传感网络。微机电系统和低功耗高集成数字设备的发展,使得低成本、低功耗、小体积的传感器节点得以实现。这样的节点配合各类型的传感器,可组成无线传感器网络 (WSN)。无线传感网络是一种开创了新的应用领域的新兴概念和技术,广泛应用于大棚环境监测,养殖环境监测,大气环境监测,供排水管道环境监测,燃气管 道无线监测,博物馆无线温湿度监测,图书馆无线温湿度监测,粮库无线温湿度监测,油气田无线监测,仓储无线温度监测,化工厂仓库易燃易爆无线监测,大坝水 库无线水位监测,煤炭采矿无线监测,智能工厂生产制造无线监控等领域。

       4、气体传感器

气体传感器是以气敏器件为核心组成的、能把气体成分转换成电信号的装置。气体传感器的基本性能是能按要求检测出气体的成分、浓度等参数,不受其他气体或物质的干扰;可以重复多次使用,有较长的使用寿命和稳定性;动态特性好等。

气体传感器主要用于在煤矿、石油、化工等领域,对煤气、天然气、液化气等可燃性气体进行气体泄漏、浓度等实时在线监测,可早发现事故隐患,避免重大灾害的发生。
[消息来源:物联中国]