一、什么是传感器？ 

传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。

二、为什么关注传感器？ 

传感器是一类检测装置，能接收到被测量的信息，并能将感受到一些信息，按一定规律转变为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的处理、存储、显示、记录、传输和控制等要求。

传感器是物联网的“五官”，是用于采集各类信息并转换为特定信号的器件，也是科学技术发展的重要标志，与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱。

2017年，全球传感器市场规模突破2000亿美元，达2075亿美元，增速达14.7%。近年来，我国传感器市场持续快速增长，年均增长速度超过20%，据前瞻产业研究院发布的《中国传感器制造行业发展前景与投资预测分析报告》数据显示，2011年传感器市场规模为480亿元，到2016年达到1126亿元。2017年增长至1300亿元，同比增长15.45%。其中，流量传感器、压力传感器、温度传感器占据最大的市场份额，分别占21%、19%、14%;应用领域，工业、汽车电子、通信电子、消费电子占比最大，仅工业和汽车电子产品领域的传感器占比即达42%左右。

物联网的系统架构一般由感知层、传输层和应用层组成，传感器是感知层主要组成之一。传感器的主要任务是从周围环境中收集数据。传感器是物联网系统前端的一部分。它们在信号转换和处理之后直接或间接连接到物联网网络。传感器是整个物联网系统工作的基础，类似人的手/眼/耳/口/鼻。

预计到2025年物联网带来的经济效益将在2.7万亿到6.2万亿美元之间。其中，传感器作为数据采集的入口，将迎来巨大的发展空间。

三、MEMS传感器--传统传感器的未来

（一）MEMS传感器

微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System），也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，指尺寸在几厘米以下乃至更小的小型智能装置，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体，是微电子技术和精密机械加工技术相互融合，并将微电子与机械融为一体的系统。MEMS内部结构一般在微米甚至纳米量级（NEMS），是一个的智能系统。MEMS是在微电子技术（半导造技术）基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。

应用了MEMS技术的传感器统称为MEMS传感器。

依据测量数据的类型，MEMS传感器可分为三大类：MEMS物理传感器、MEMS化学传感器和MEMS生物传感器。更细致的分类如下：

（二）MEMS传感器的特点

与传统传感器相比，MEMS传感器的特点包括：

1）微型化：MEMS器件体积小，一般单个MEMS传感器的尺寸以毫米甚至微米为计量单位，重量轻、耗能低。同时微型化以后的机械部件具有惯性小、谐振频率高、响应时间短等优点。MEMS更高的表面体积比（表面积比体积）可以提高表面传感器的敏感程度。

2）硅基加工工艺，可兼容传统IC生产工艺：硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨，同时可以很大程度上兼容硅基加工工艺。

3）批量生产：以单个5mm*5mm尺寸的MEMS传感器为例，用硅微加工工艺在一片8英寸的硅片晶元上可同时切割出大约1000个MEMS芯片，批量生产可大大降低单个MEMS的生产成本。

4）集成化：一般来说，单颗MEMS往往在封装机械传感器的同时，还会集成ASIC芯片，控制MEMS芯片以及转换模拟量为数字量输出。

5）多学科交叉：MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。

（三）MEMS传感器加工工艺

MEMS与IC工艺的异同。

MEMS产品种类丰富、功能各异，工艺开发过程中呈现出“一类产品一种制造工艺”的特点。MEMS芯片或器件的种类多达上万、个性特征明显，除了采用相同的硅材料外，不同的MEMS产品之间没有完全标准的工艺，产品参量较多，每类产品品种实现量产都需要从前端研发重新投入，工艺开发周期长，且量产率较传统半导体生产行业相比更低。

MEMS加工的三大技术：体硅微加工（Bulk Micromachining)、表面微加工(Surface Micromachining)、LIGA工艺（光刻、电铸和模造）

（四）MEMS传感器发展现状和前景

1.市场空间、和前景

（1）MEMS市场空间

MEMS 当前主要应用在消费电子、汽车等领域，随着产品的不断成熟，航空航天、医学和工业的应用也逐渐普及。

MEMS 的主要应用领域

2010 年开始在 MEMS 麦克风、惯性传感器等带动下，MEMS 市场开始进入快速成长期，从下游 应用来看，目前汽车和消费电子是最主要的应用领域，而在 2010 年至 2015 年期间，汽车的复合年增长率为 6.8%，高于消费电子的 5.1%CAGR。MEMS 是未来几年增长潜力最大的电子元器件，室内导航、背景识别、动作识别等功能都对 MEMS 提出新需求。由于消费电子领域的基础创新较快，MEMS 也成为其重要的创新基础元件，下游应用领域中快速 成长的仍然是消费电子领域，2015 年至 2020 年的 CAGR 为 10.9%。 自 2015 年至 2020 年汽车、工业、医疗的 CAGR 分别 4.3%、7.7%、11.8%。

按应用类别划分全球 MEMS 市场总规模(亿美元）

    中国的MEMS 行业按下游应用来看，汽车和消费电子同样是主要的增长动力，2010 年至 2015 年 汽车和消费电子领域的 CAGR 分别为12.4%和10.6%。 未来 5 年，由于中国消费电子和汽车的产业链国产化进程快速，仍将保持高速增长，消费电子的年复合增速预测将达到 17.2%，汽车增速为 10.3%。

中国 MEMS 市场按下游应用划分情况（亿美元）

从产品使用领域结构来看，国内MEMS公司在营业规模、技术水平、产品结构、与国外有明显差距，60%-70%的设计产品集中在加速度计、压力传感器等传统领域。工艺开发是我国MEMS行业目前面临最主要的问题，产品在本身技术实力和生产工艺还有待于进步。

DMD（(Digital Micromirror Devices，数字微镜）芯片

FBAR（film bulk acoustic resonator滤波器）的简称，译为薄膜腔声谐振滤波器，FBAR滤波器不同于以前的滤波器，是使用硅底板、借助MEMS技术以及薄膜技术制造出来。

（2）相关

2016年7月28日，发布了《“十三五”国家科技创新规划》。其中，在“发展新一代信息技术，发展智能绿色服务制造技术”章节中，提出重点加强新型传感器的研发，加强工业传感器制造基础共性技术研发，提升制造基础能力;在先进制造技术专栏中，提出开展MEMS（微机电系统）传感器的研发。

智能传感器产业三年行动指南 （2017-2019年）

（3）前景预判

传统传感器被MEMS替代。第一波大规模替代是在个人电子消费领域，在过去的20年，消费类应用使不同类别的MEMS传感器实现了从雏形到大批量生产、直至大批量应用的过程，这些传感器包括加速计、陀螺仪、惯导模块、磁力计、气压计等；第二波工业（含智能驾驶）领域，这个领域对MEMS传感器要求的性能和精度更高，规模和应用想象空间远超个人电子消费领域。

2.产业链现状

MEMS产业链类似于传统半导体产业，主要包括了四大部分：前端fabless设计环节、ODM代工晶圆厂生产环节、封装测试到下游最终应用的四大环节。

MEMS制造目前主要分为三类，纯MEMS代工、IDM企业代工和传统集成电路MEMS代工。MEMS器件依赖各种工艺和许多变量，只有经过多年的工艺改进及测试，MEMS器件才能真正被商品化。研发团队一般需要大量时间来搜索有关工艺及材料物理特性方面的资料，每一种工艺都需要长期、大量的数据来稳定一个工艺。

大部分 MEMS行业的主要厂商是以 Fabless为主，例如楼氏、 HP、佳能等。同时，平行的也有 IDM厂商垂直参与到整条产业链的各个环节，比如 Bosch、 ST等都建有自己的晶元代工生产线。目前提供MEMS代工的IDM厂商主要有意法半导体、索尼、德州仪器等；台积电目前是全球最大的的MEMS代工厂，全球领先的纯MEMS代工厂还有Silex Microsystems、Teledyne DALSA、Asia Pacific Microsystems、X-FAB 、Innovative Micro Technology等。

中国MEMS产业在2009年后才逐渐起步，目前尚未形成规模，产业整体处于从实验室研发向商用量产转型阶段。国内MEMS厂家在营业规模、技术水平、产品结构、产业环境上与国外有明显差距，60%-70%的设计产品依旧集中在加速度计、压力传感器等传统领域，对新产品（例如生物传感器、化学传感器、陀螺仪）的涉足不多。国内MEMS代工厂华润上华、中芯国际、上海先进等；中国MEMS代工企业还未积累起足够的工艺技术储备和大规模市场验证反馈的经验，加工工艺的一致性、可重复性、产品的良率和可靠性等指标都还有较大的提升空间。

目前，中国MEMS产业尚处于起步阶段。目前，具有一定知名度和出货量的本土MEMS企业仍然屈指可数，逐鹿中国市场的主要竞争者仍以企业为主。如今，我国MEMS传感器产品在精度和敏感度等性能指标上与国外存在巨大差距，应用范围也多局限于传统领域。中高档传感器产品几乎100%从国外进口，90%的芯片依赖国外。

从MEMS产业的设计、制造和封装三个环节来看，国内缺乏对MEMS相关关键技术的自主研发和产业化能力。我国尚无一套有自主知识产权的传感器设计软件，国产传感器可靠性也远不如国外同类产品;MEMS制造能力更为薄弱，国内具备一定规模的设计企业基本选择国外代工厂，而多数小型设计企业选择与科研院所的中试线绑定，这就导致产业化进程相对缓慢;我国的MEMS封装尚未形成系列、标准和统一接口。下载本文