物联网最终的实现无法回避MEMS+的应用

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1、 行业动态分析 行业动态分析 近期， “物联网”概念得到了资本市场广泛的重视。每一次经济/金融危机后，经济发展总在寻找着新的出路，在这过程中，科技进步总是被寄予厚望。科技已成为人类追求更先进文明，憧憬更美好生活的重要途径，这或许也是“物联网”概念可以迅速升温的重要原因之一。本报告主要介绍MEMS（微机电系统） ，因为我们认为“物联网”最终的实现无法回避MEMS的应用，因此一旦“物联网”可以得到更具体的实施（目前还仅停留在制订标准阶段） ，MEMS产业有望在物联网带动下实现超预期增长。 1. 本报告的出发点：本报告的出发点：物联网(The Internet of things)是指把射频识别（R

2、FID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、公路、建筑、供水系统、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。物联网技术实现的过程中，难点之一便是如何让“无生命，无思想”的物品可以对环境变化恰当反应，即实现“传感+执行”的过程，而这一过程，恰恰可以通过MEMS来实现：根据现在的MEMS发展趋势，未来的MEMS芯片将整合进音讯、光线、化学分析及压力、温度感测等子系统，发展出人体眼睛、鼻子、耳朵、皮肤等感官功能的芯片；如果再加入对电磁、电力的感应与控

3、制能力，将赋予物品一定的“生命力和思想” ，使物联网的实现变成可能。 2. MEMS的简介：MEMS的简介：MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems） ，也称为微机电系统/微机械/微系统。它可分成几个独立的功能单元，包括微结构元器件、微传感器、微执行器和微系统等。简单来说，其工作原理是外部环境物理、化学和生物等信号输入，通过微传感器转换成电信号，经过信号处理（模拟信号或数字信号）后，由微执行器执行动作，达到与外部环境“互动”的功能。 图表 1：理想的MEMS模型结构图 图表 1：理想的MEMS模型结构图 力运动光能量声状态热信息生物其它其它感测量执 行 器微系

4、统通讯/接口光/电/磁控制量传 感 器模 拟 信 号数 字 信 号模 拟 信 号资料来源：天相投顾整理 资料来源：天相投顾整理 物联网研究系列之三： “物联网”最终的实现无法回避 MEMS 的应用 物联网研究系列之三： “物联网”最终的实现无法回避 MEMS 的应用 元器件行业元器件行业 2009 年年 9 月月 23 日日 天相资讯科技组 组长：刘晓冬 天相资讯科技组 组长：刘晓冬 分析师：何阳阳 010-66045782 马国江 010-66045747 2 诚信源于独立，专业创造价值诚信源于独立，专业创造价值行业动态分析行业动态分析 3. MEMS发展现状及市场规模：MEMS发展现状及

5、市场规模：MEMS技术发展日新月异，各种新产品不断涌现。随着新微机电系统和微系统产品的诞生和不断发展， 这些产品的市场扩展非常迅速， MEMS产品在商业市场的每个方面都将占据主导地位。 根据市场研究机构The Information Network预估，2008年全球MEMS应用市场将成长11%，市场规模可达78亿美元，其中MEMS在消费电子应用比例可近五成，规模将为35亿美元，预估到2012年全球MEMS应用市场规模将达154亿美元，其中MEMS消费电子应用规模可成长至71亿美元。iSuppli的报告则指出，手机将会是MEMS下一阶段最具潜力的应用市场，成长预期可超过PC周边和汽车感测领域；

6、到2012年MEMS在手机领域的应用规模将达8.669亿美元，约为2007年3.048亿美元的3倍，出货量达2.009亿颗,是2007年的4倍。市调机构Yole Development的报告更为乐观，其预计2012年MEMS零组件在手机应用市场规模可望达到25亿美元。 图表 2：MEMS市场规模情况（单位：百万美元） 图表 2：MEMS市场规模情况（单位：百万美元） 数据来源：iSuppli 图表 3：MEMS不同应用领域占比 数据来源：iSuppli 图表 3：MEMS不同应用领域占比 6%4%3%54%22%1%2%8%IT/外围设备汽车零售电子生化/医疗通信工业与过程控制航空航天/保密其

7、它资料来源：天相投顾整理 资料来源：天相投顾整理 3 诚信源于独立，专业创造价值诚信源于独立，专业创造价值行业动态分析行业动态分析 图表 4：MEMS不同应用领域对应的技术 图表 4：MEMS不同应用领域对应的技术 应用领域微系统微器件应用领域微系统微器件安全系统微加速度计，角速度计，微惯性传感器，位移、位置和压力传感 器，微阀，微陀螺仪 发动机和动力系统歧管绝对压力传感器，硅电容绝对压力传感器、制动致力器 诊断和健康监测系统压阻型压力传感器，微继电器 临床化验系统生化分析仪，生物传感器 基因分析和遗传诊断系统微镜阵列，电泳微器件 颅内压力监测系统硅电容式压力传感器 微型手术微驱动器 超声成

8、像系统微型成像探测器（探头） 电磁微机电系统磁泳，微电磁膜片钳 人工/仿生器官电子鼻、植入式微轴血泵 流体测控系统微喷，微管路，微腔室，微阀，微泵，微传感器 药物控释系统微泵，微注射管阵列，微阀，微针刀，微传感器，微激励器 微型惯性导航系统微陀螺仪，微加速度计，压力微传感器 空间姿态测定系统微型太阳和地球传感器，磁强计，推进器动力和推进系统微喷嘴，微喷气发动机，微压力传感器，化学传感器，微推进器 阵列，微开头 通信和雷达系统RF微开头，微镜，微可变电容器、电导谐振器，微光机电系统 控制和监视系统微热管，微散热器，微热控开头，微磁强计，重力梯度监视器 微型卫星微马达，微传感器，微处理器，微型火箭

9、，微控制器等 光纤通信系统光开头，光检测器，光纤耦合器，光调制器，光图像显示器 无线通信系统微电感器，微电容器，微开头，微谐振器 微动力系统微内燃发动机，静电、电磁、超声微电机，微发电机，微涡轮机 微电池微燃料电池，微太阳能电池，微锂电池，微核电池能源汽车生物医学航空航天信息通信资料来源：天相投顾整理 图表 5：全球前三十大MEMS厂商2008年MEMS业务预估收入（单位：百万美元） 资料来源：天相投顾整理 图表 5：全球前三十大MEMS厂商2008年MEMS业务预估收入（单位：百万美元） 资料来源：天相投顾整理 资料来源：天相投顾整理 4 诚信源于独立，专业创造价值诚信源于独立，专业创造价值

10、行业动态分析行业动态分析 4. 部分MEMS重要应用介绍：部分MEMS重要应用介绍： 4.1 IT/消费电子领域4.1 IT/消费电子领域 众多机构都看好未来MEMS在IT/消费电子领域的应用， 这一领域也是MEMS未来最大的市场。 的确， Wii和iPhone的热销使得电子产品终端厂商不得不提高对MEMS的重视，加快了MEMS的普及。MEMS赋予电子产品独特的人机交互体验，使得电子产品更娱乐化、智能化。伴随着MEMS技术的不断成熟以及应用领域的不断拓展，MEMS产品将广泛地应用于喷墨打印头、投影仪、笔记本等计算机类产品，手机等通讯产品以及MP3、MP4、游戏机、麦克风等消费电子产品中。 图

11、表 6：MEMS在消费电子领域的应用 图表 6：MEMS在消费电子领域的应用 资料来源：天相投顾整理 资料来源：天相投顾整理 5 诚信源于独立，专业创造价值诚信源于独立，专业创造价值行业动态分析行业动态分析 4.2 汽车工业4.2 汽车工业 汽车工业是微机电系统的主要应用市场之一，规模较大。MEMS可以使汽车更安全，使驾驶更舒适，并可提高燃烧效率和降低排放。1993年，美国ADI公司采用MEMS技术成功将微型加速度计商品化，并大批量应用于汽车防撞气囊，标志着MEMS技术商品化的开端。现阶段，MEMS在汽车中的应用可分为四类，即安全、发动机和动力系统、舒适和便利及汽车诊断和健康监测。 图表 7

12、：MEMS在汽车工业领域的应用 图表 7：MEMS在汽车工业领域的应用 资料来源：天相投顾整理 4.3 生物医学资料来源：天相投顾整理 4.3 生物医学 MEMS技术极大地推动了生物医学工程及相关领域的进步，使得诸如医学检测与分析、介入治疗、监测等方面获得很大的发展。举个例子，灵巧药丸或靶药物输送，实际上是包含传感器，储药囊和微压力泵的微型仪器，可注入人体，并在人体内部的精确部位施放精确剂量的药物；监测皮肤或体内温度的集成无线微型食品，可用来监测皮肤或相关器官温度等参数，并将信息以350Hz的载波频率传送到接收器，在尺寸为4.6mm*6.8mm的芯片上集成了传感器的电子线路和微天线。医学领域，

13、细胞操作、临床化验、基因分析和遗传诊断、介入治疗以及生物芯片等都将是未来MEMS可以发挥优势的领域。 4.4 航空航天和国防军事4.4 航空航天和国防军事 MEMS技术首先将促进航天器内传感器的微型化、节能、降低成本和大幅度提高系统可靠性，其微小，灵活和智能化的特点正是在国防军事应用方面难得的优点。如，可作为侦察敌情用的微型航空器，可称为芯片级的微型航天器和纳卫星， 以及能跟踪， 监测的分布式无人值守传感器群等。 美国国防部正在推动的军事领域MEMS应用主要有：(1)武器、制导和平衡中采用MEMS惯性测量；(2)分布式传感、控制维护、智能化和化学识别；(3)大容量数据存储、显示的信息技术。除此

14、之外，近年来，科技人员也提出了智能卫星小组（Intelligent 6 诚信源于独立，专业创造价值诚信源于独立，专业创造价值行业动态分析行业动态分析 satellite teams）的概念，主要致力于数十个，上百个，上千个同类卫星，如纳米卫星（10g-10kg）或皮卫星（10mg-10g）的协同工作，完成太空任务，如空间硬件的构建，地球和空间科学等。 图表 8：MEMS在航空航天和国防军事领域的应用 图表 8：MEMS在航空航天和国防军事领域的应用 资料来源：天相投顾整理 资料来源：天相投顾整理 5. MEMS未来技术发展趋势MEMS未来技术发展趋势 5.1 研究方向多样化5.1 研究方向多

15、样化 MEMS技术未来涉及的领域将主要包括惯性器件如加速度计与陀螺、AFM（原子力显微镜） 、数据存储、三维微型结构的制作、微型阀门、泵和微型喷口、流量器件、微型光学器件、各种执行器、微型机电器件性能模拟、各种制造工艺、封装键合、医用器件、实验表征器件、压力传感器、麦克风以及声学器件等16个发展方向。内容涉及军事、民用等各个应用领域。 5.2 加工工艺多样化5.2 加工工艺多样化 加工工艺多种多样，如：传统的体硅加工工艺、表面牺牲层工艺、溶硅工艺、深槽刻蚀与键合工艺相结合、SCREAM工艺、LIGA加工工艺、厚胶与电镀相结合的金属牺牲层工艺、MAMOS（金属空气MOSFET）工艺、体硅工艺与表

16、面牺牲层工艺相结合等。而具体的加工手段更是多种多样。 5.3 系统单片集成化5.3 系统单片集成化 由于一般传感器的输出信号（电流或电压）很弱，若将它连接到外部电路，则寄生电容、电阻等的影响会彻底掩盖有用的信号。因此采用灵敏元件外接处理电路的方法已不可能得到质量很高的传感器。只有把两者集成在一个芯片上，才能具有最好的性能，美国ADI公司生产的集成式加速度计就是将敏感器件与集成电路集成在同一芯片上的。 5.4 MEMS 器件芯片制造与封装统一考虑5.4 MEMS 器件芯片制造与封装统一考虑 7 诚信源于独立，专业创造价值诚信源于独立，专业创造价值行业动态分析行业动态分析 MEMS器件与集成电路芯片的主要不同在于，MEMS器件芯片一般都有活动部件，比较脆弱，在封装前不利于运输。所以MEMS器件芯片制造与封装应