盤點(diǎn)全球MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)鏈

MEMS 按產(chǎn)品線劃分占主導(dǎo)低位的依然是慣性傳感器和微流量傳感器，占比都為24%左右，其次是壓力傳感器，占比為13%，光學(xué)傳感器和噴墨頭，占比都為10%左右。

2016 全球MEMS 市場按產(chǎn)品劃分

一、MEMS 傳感器在智能手機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用

1. 光線傳感器

說到手機(jī)中的傳感器，首先要說的就是光線傳感器，它就好比手機(jī)的眼睛。我們?nèi)祟惖难劬梢栽诓煌饩€的環(huán)境下，調(diào)整進(jìn)入眼睛的光線。而光線傳感器則可以讓手機(jī)感測環(huán)境光線的強(qiáng)度，用來調(diào)節(jié)手機(jī)屏幕的亮度。

原理：光敏三極管，接受外界光線時，會產(chǎn)生強(qiáng)弱不等的電流，從而感知環(huán)境光亮度。

應(yīng)用：通常用于調(diào)節(jié)屏幕自動背光的亮度，白天提高屏幕亮度，夜晚降低屏幕亮度，使得屏幕看得更清楚，同時不刺眼；可用于拍照時調(diào)節(jié)自動白平衡；用光線傳感器來協(xié)助調(diào)整屏幕亮度，能進(jìn)一步達(dá)到延長電池壽命的作用；光線傳感器也可搭配其他傳感器一同來偵測手機(jī)是否被放置在口袋中，以防止誤觸。

產(chǎn)品代表：ST （意法半導(dǎo)體）——OPT3007

超薄環(huán)境光傳感器，傳感器的精密光譜響應(yīng)與人眼的明視響應(yīng)高度匹配。

應(yīng)用手機(jī)：蘋果iPhone XR、vivo X23、華為Mate 20、三星GALAXY Note 9等。

2. 距離傳感器

光線傳感器和距離傳感器一般都是放在一起，位于手機(jī)屏幕聽筒周圍。這樣就存在一個問題，手機(jī)屏幕上方開太多洞或黑色長條不太好看，各大手機(jī)廠商都一直在想方設(shè)法減少開孔或者隱藏開孔。

原理：紅外LED燈發(fā)射紅外線，被物體反射后，紅外探測器通過接收到紅外線的強(qiáng)度，測定距離。距離傳感器同時擁有發(fā)射和接受裝置，一般體積較大。

應(yīng)用：檢測手機(jī)是否貼在耳朵上正在打電話，以便自動關(guān)閉屏幕達(dá)到省電的目的；也可用于皮套、口袋模式下自動實(shí)現(xiàn)解鎖與鎖屏動作。

產(chǎn)品代表：TAOS——TMD2772

主要由紅外發(fā)射、光線接收、模數(shù)轉(zhuǎn)化、I2C接口等幾部分組成。

應(yīng)用手機(jī)：華為Mate 20、蘋果iPhone XR、一加6T等。

3.重力傳感器

原理：利用壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)，傳感器內(nèi)部一塊重物和壓電片整合在一起，通過正交兩個方向產(chǎn)生的電壓大小，來計算出水平方向。

應(yīng)用：手機(jī)橫豎屏智能切換；拍攝照片方向；重力感應(yīng)類游戲，例如平衡球、賽車游戲等。

產(chǎn)品代表：蘋果研發(fā)的重力感應(yīng)設(shè)備。

應(yīng)用手機(jī)：榮耀Magic 2、三星GALAXY Note 9、魅族16th等。

4. 加速度傳感器

原理：加速度傳感器是多個維度測算的，主要測算一些瞬時加速或減速的動作。功耗更小，但是精度低。

應(yīng)用：計步，加速度傳感器可以檢測交流信號以及物體的振動。人在走動的時候會產(chǎn)生一定規(guī)律性的振動，而加速度傳感器可以檢測振動的過零點(diǎn)，從而計算出人所走的步或跑步所走的步數(shù)，從而計算出人所移動的位移，并且利用一定的公式可以計算出卡路里的消耗；日常應(yīng)用中的一些甩動切歌、翻轉(zhuǎn)靜音等。

產(chǎn)品代表：ST意法半導(dǎo)體——LSM330D

可測量250dps至2000dps的俯仰、滾轉(zhuǎn)和偏航軸角速度。

應(yīng)用手機(jī)：蘋果iPhone XR、一加6T、小米MIX 3、蘋果iPhone XS等。

5. 磁場傳感器

原理：各向異性磁致電阻材料，感受到微弱的磁場變化時會導(dǎo)致自身電阻產(chǎn)生變化，所以手機(jī)要旋轉(zhuǎn)或晃動幾下才能準(zhǔn)確指示方向。

應(yīng)用：指南針、地圖導(dǎo)航方向、金屬探測器APP。

產(chǎn)品代表：ADI（亞德諾）——ADA4571

對氣隙變化的敏感度非常小。

應(yīng)用手機(jī)：OPPO R17等。

6. 陀螺儀

原理：角動量守恒，一個正在高速旋轉(zhuǎn)的物體(陀螺)，它的旋轉(zhuǎn)軸沒有受到外力影響時，旋轉(zhuǎn)軸的指向是不會有任何改變的。陀螺儀就是以這個原理作為依據(jù)，用它來保持一定的方向。一般手機(jī)里標(biāo)配的是三軸陀螺儀，可追蹤6個方向的位移變化。

應(yīng)用：一些射擊或賽車游戲；3D拍照、全景導(dǎo)航等。

產(chǎn)品代表：NXP（恩智浦）——FXAS21002C

3軸數(shù)字陀螺儀，適用于游戲控制器、電子羅盤穩(wěn)定、增強(qiáng)運(yùn)動控制等應(yīng)用。

應(yīng)用手機(jī)：華為Mate 20、OPPO R17、vivo X23、蘋果iPhone XR等。

7. GPS

原理：手機(jī)GPS模塊通過天線接收GPS衛(wèi)星傳送的信息。模塊中的芯片根據(jù)高速運(yùn)動的衛(wèi)星瞬間位置作為起算數(shù)據(jù)，根據(jù)衛(wèi)星發(fā)射坐標(biāo)的時間戳與接收時的時間差計算出衛(wèi)星與手機(jī)的距離，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點(diǎn)的位置坐標(biāo)。

應(yīng)用：地圖、導(dǎo)航、測速、測距。

產(chǎn)品代表：Fastrax——UP501

可以在惡劣條件下進(jìn)行高性能的導(dǎo)航，甚至在較低的GPS衛(wèi)星可見度環(huán)境下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的定位。

應(yīng)用手機(jī)：榮耀Magic 2、魅族16th等。

8. 指紋傳感器

目前，電容式指紋識別和超聲波指紋識別應(yīng)用比較廣泛。

電容指紋傳感器原理：手指構(gòu)成電容的一極，另一極是硅晶片陣列，通過人體帶有的微電場與電容傳感器間形成微電流，指紋的波峰波谷與感應(yīng)器之間的距離形成電容高低差，從而描繪出指紋圖像。

超聲波指紋傳感器原理：利用超聲波，直接掃描并測繪指紋紋理。超聲波獲得的指紋是3D立體的，而電容指紋是2D平面的。超聲波不僅識別速度更快、而且不受汗水油污的干擾、指紋細(xì)節(jié)更豐富難以破解。

應(yīng)用：加密、解鎖、支付等。

產(chǎn)品代表：新思科技——Clear ID FS9500

僅有1.55mm，能夠直接放置在柔性屏幕下邊或直接集成在屏幕中。

應(yīng)用手機(jī)：華為Mate 20、三星GALAXY Note 9、小米MIX 3、OPPO R17 等。

9. 霍爾感應(yīng)器

原理：霍爾磁電效應(yīng)，當(dāng)電流通過一個位于磁場中的導(dǎo)體的時候，磁場會對導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生一個垂直于電子運(yùn)動方向上的的作用力，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢差。

應(yīng)用：自動解鎖、自動鎖屏等。

產(chǎn)品代表：Diodes——AH1883

卓越的溫度穩(wěn)定性，對身體壓力不敏感。

應(yīng)用手機(jī)：榮耀Magic 2、魅族16th、華為Mate 20等。

10. 氣壓傳感器

原理：分為變?nèi)菔交蜃冏枋綒鈮簜鞲衅?，將薄膜與變阻器或電容連接起來，氣壓變化導(dǎo)致電阻或電容的數(shù)值發(fā)生變化，從而獲得氣壓數(shù)據(jù)。

應(yīng)用：GPS計算海拔會有十米左右的誤差，氣壓傳感器主要用于修正海拔誤差(將至1米左右)，當(dāng)然也能用來輔助GPS定位立交橋或樓層位置。

產(chǎn)品代表：TI（德州儀器）——BMP180

高精度、小體積、超低能耗的氣壓傳感器。

應(yīng)用手機(jī)：華為Mate 20、蘋果iPhone XR、蘋果iPhone XS等。

二、MEMS 傳感器在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著汽車安全應(yīng)用與降低碳排放的關(guān)注度日益提升，MEMS 傳感器在汽車電子領(lǐng)域的滲透率逐漸提高，除此之外，無人駕駛等新興技術(shù)也推動著MEMS 傳感器進(jìn)一步普及。2010 年全球平均每輛汽車包含9.2 個傳感器，中國汽車含有5 個，但中國擴(kuò)大部署安全氣囊和輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)，將推動中國汽車平均傳感器數(shù)量到2015 年增加到10 個，在每輛汽車中，光TPMS 系統(tǒng)就要使用4.2 個汽車MEMS 傳感器，目前中國已超越日本成為第三大汽車MEMS 市場。目前汽車上常見的傳感器有加速度計、陀螺儀、電子羅盤、氣壓計、紅外傳感器、超聲波傳感器、激光測距儀、雷達(dá)傳感器等。

應(yīng)用于汽車的MEMS 傳感器

三、MEMS 傳感器在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用

在可穿戴智能設(shè)備上，傳感器的使用更為廣泛。Apple Watch 配置的MEMS 傳感器超

過十種。

加速度傳感器：測量身體運(yùn)動，并且可以記錄用戶步數(shù)以及睡眠習(xí)慣。

陀螺儀：可以偵測轉(zhuǎn)動，此外，陀螺儀還能讓iWatch“感知”用戶，比如舉起手腕準(zhǔn)備看表時，屏幕自動亮起。

磁力計：可以用來提升運(yùn)動追蹤的準(zhǔn)確性。

晴雨表/氣壓傳感器：提供更準(zhǔn)確的天氣數(shù)據(jù)，感知海拔高度的變化

環(huán)境溫度傳感器：提供更準(zhǔn)確的生物數(shù)據(jù)

心率監(jiān)控儀：進(jìn)行心率監(jiān)控

血氧傳感器：測量血氧值，對于準(zhǔn)確的脈搏率檢測至關(guān)重要

皮膚電導(dǎo)傳感器：計算用戶的排汗量

皮膚溫度傳感器：可以幫助用戶了解自己的健身強(qiáng)度

GPS：GPS 可以幫助我們了解自己要去哪里，去過哪里

應(yīng)用于Apple Watch 的MEMS 傳感器

四、MEMS 傳感器在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。簡而言之，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)三大層次結(jié)構(gòu)之一的感知層的重要組成部分，將現(xiàn)實(shí)世界中的物理量、化學(xué)量、生物量等轉(zhuǎn)化成可供處理的數(shù)字信號，是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和前提，同時MEMS（微機(jī)電）技術(shù)作為支撐技術(shù)，在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。

MEMS 的傳感器發(fā)展共經(jīng)歷了三個階段，分別對應(yīng)不同的驅(qū)動力。2000 年左右是汽車電子、2007 年左右是智能手機(jī)、2013 年左右是可穿戴設(shè)備，下一個驅(qū)動MEMS 的傳感器發(fā)展的動力是物聯(lián)網(wǎng)，業(yè)界預(yù)測全球傳感器需求有望從當(dāng)前的百億級激增到2025年的Trillion-Sensor（TSensor，萬億-傳感器）量級。

MEMS 發(fā)展線路圖

MEMS 技術(shù)在可穿戴設(shè)備、智能家居、醫(yī)療、工業(yè)4.0、智能汽車、智慧城市等IOT 細(xì)分領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，常見的MEMS 傳感器諸如麥克風(fēng)、體聲波濾波器、壓力傳感器、溫度傳感器等都存在豐富的應(yīng)用場景。

MEMS 產(chǎn)品在IOT 應(yīng)用廣泛

五 、MEMS傳感器在無人機(jī)的應(yīng)用

1、加速度計：加速度計用于確定位置和無人機(jī)的飛行姿態(tài)。像任天堂Wii控制器或iPhone屏幕位置，這些小的MEMS傳感器在維持飛行控制中起到關(guān)鍵的作用。MEMS加速度傳感器有多種方式感知運(yùn)動姿態(tài)，一種類型的技術(shù)能夠感知微型集成電路的微小運(yùn)動。另一種加速度計的技術(shù)為熱對流技術(shù)，沒有移動部件，而是通過一個“熱氣團(tuán)”的位移來感知的運(yùn)動變化。這類傳感器靈敏度較高，在穩(wěn)定車載攝像機(jī)、電影制作等應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用。

2、慣性測量單元：慣性測量單元結(jié)合GPS是維持方向和飛行路徑的關(guān)鍵。隨著無人機(jī)智能化的發(fā)展，方向和路徑控制是重要的空中交通管理規(guī)則。慣性測量單元采用的多軸磁傳感器，在本質(zhì)上都是精準(zhǔn)度極高的小型指南針，通過感知方向?qū)?shù)據(jù)傳輸至中央處理器，從而指示方向和速度。

3、傾角傳感器：傾角傳感器，集成了陀螺儀和加速度計為飛行控制系統(tǒng)提供保持水平飛行的數(shù)據(jù)。這類傳感器和陀螺儀，結(jié)合加速度計，能夠測量到細(xì)微的運(yùn)動變化，使得傾角傳感器能夠應(yīng)用于移動程序，如汽車或無人駕駛飛機(jī)的陀螺儀補(bǔ)償。

4、大氣監(jiān)測傳感器：空氣質(zhì)量的好壞，是人們最關(guān)注的一個話題。實(shí)時監(jiān)測空氣質(zhì)量好壞，大氣污染程度已經(jīng)成為一個熱點(diǎn)，當(dāng)然大氣監(jiān)測傳感器在其中就起著至關(guān)重要的作用。目前 煒盛科技的大氣監(jiān)測傳感器已被廣泛應(yīng)用于城市大氣環(huán)境監(jiān)測、工廠廠區(qū)無組織排放污染氣體監(jiān)測以及環(huán)境評價監(jiān)測等。可監(jiān)測多種氣體，包括：臭氧、一氧化碳、 二氧化硫、二氧化氮等。

5、電流傳感器：無人機(jī)上的電能消耗和使用非常重要，尤其是在電池供電的情況下。電流傳感器可用于監(jiān)測和優(yōu)化電能消耗，確保無人機(jī)內(nèi)部電池充電和電機(jī)故障檢測系統(tǒng)的安全。電流傳感器工作通過測量電流（雙向），理想的情況下提供電氣隔離，以減少電能損耗和消除電擊損壞用戶系統(tǒng)的機(jī)會。

6、磁傳感器：在無人機(jī)，電子羅盤提供關(guān)鍵性的慣性導(dǎo)航和方向定位系統(tǒng)的信息?；诟飨虍愋源抛瑁ˋMR）技術(shù)的傳感器，較其他傳感器相比有明顯的地功耗優(yōu)勢，同時具有高精度、響應(yīng)時間短等特點(diǎn)，非常適用于無人機(jī)的應(yīng)用。

7、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣流量傳感器：流量傳感器可以用于有效地監(jiān)測電力無人機(jī)燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的微小空氣流速。許多氣體發(fā)動機(jī)質(zhì)量流量傳感器都采用熱式技術(shù)，主要利用加熱的元件和至少一個溫度傳感器來量化質(zhì)量流量。MEMS熱式氣體質(zhì)量流量傳感器也在微計量范圍內(nèi)利用熱原理及其適用于對重量要求較高的領(lǐng)域。

六、MEMS傳感器在智慧工業(yè)時代的應(yīng)用

智能工廠利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加強(qiáng)信息管理和服務(wù)，掌握產(chǎn)銷流程、提高生產(chǎn)過程的可控性、減少生產(chǎn)線上人工的干預(yù)、及時正確地采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，以合理的安排生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)進(jìn)度，并優(yōu)化供應(yīng)鏈。傳感器應(yīng)用非常廣泛，工業(yè)生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)都需要傳感器進(jìn)行監(jiān)測，并把數(shù)據(jù)反饋給控制中心，以便對出現(xiàn)異常節(jié)點(diǎn)進(jìn)行及時干預(yù)，保證工業(yè)生產(chǎn)正常進(jìn)行。業(yè)界普遍認(rèn)為，新一代的智能傳感器是智能工業(yè)的“心臟”，它讓產(chǎn)品生產(chǎn)流程持續(xù)運(yùn)行，并讓工作人員遠(yuǎn)離生產(chǎn)線和設(shè)備，保證人身安全和健康。

智能工廠應(yīng)用場景

MEMS讓傳感器小型化、智能化，MEMS傳感器將在智慧工業(yè)時代大有可為。MEMS溫度、濕度傳感器可用于環(huán)境條件的檢測，MEMS加速度計可以用來監(jiān)測工業(yè)設(shè)備的振動和旋轉(zhuǎn)速度。高精度的MEMS加速度計和陀螺儀可以為工業(yè)機(jī)器人的導(dǎo)航和轉(zhuǎn)動提供精確的位置信息。

MEMS在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用