MEMS传感器未来的三大应用包括哪些?

 

　　汽车传感器三大类：安全、引擎管理和舒适应用

 

　　如果您的答案中没有“汽车”市场，那证明您没有在浮躁的市场“回声室”中人云亦云(回声室效应，形象地体现了如今社交媒体上的一种普遍现象：由于相同的观点被人们不断地重复、夸大，因此很难听到质疑的声音)，当然，也有可能您没有仔细看标题。每个人都知道，由于汽车正在从传统的机械向电气化“线控驱动”转型，为电子市场带来了巨大的市场机遇。

 

　　这意味着越来越多的传感器将会在汽车中得到应用，因此，MEMS厂商正在为即将到来的市场热潮而做好准备。

 

　　但是，蛋糕可能没那么快上桌。逻辑似乎没问题，但事实上，正如去年秋季在“MEMS和传感器高峰会议”上，著名市场研究机构IHS Markit首席分析师兼MEMS和传感器高级总监Jeremie Bouchaud提供的一些实际调研。确实，在汽车市场的这轮变革中，需要应用很多传感器，但其中有多少会是MEMS传感器(甚至基于半导体的传感器)?

 

　　MEMS无处不在?

 

　　据麦姆斯咨询介绍，MEMS器件在汽车领域的表现一直很好。安全气囊和胎压监测是MEMS传感器在汽车领域的首批大规模应用，将MEMS传感器从乏力的高摩擦业务推向主流市场。但据IHS Markit称，汽车领域的MEMS传感器增长预计将低于其他传感器。2014~2024年期间，IHS Markit认为MEMS传感器的复合年增长率(CAGR)为3%，而排在MEMS传感器前面的下一个类别传感器(传统的负温度系数(NTC)热传感器)的复合年增长率预计为7%，其它一些传感器的复合年增长率更高，例如，雷达可达18%。

 

　　Jeremie Bouchaud按应用对传感器的市场机遇进行了细分解读，如果您认为所有传感器都将最终从传统技术转换到MEMS技术，那么他的分析可以给您带来一些清醒的认识。

 

　　在认识到实际上并非所有传感器都是MEMS以后，已将原本的“MEMS产业”分类更名为“MEMS和传感器产业”。但研究的重点仍是领先的微尺度半导体传感器。例如，严格来说，霍尔效应传感器这样的器件可能不属于MEMS，但它们仍然是微尺度的，并且也是用硅制造的。其它不在晶圆上制造和组装的尺寸更大、相对更笨重的宏观机电单元，也不乏光明的未来。

 

　　目前，汽车根据显著差异的传感器需求可以分为两类。其中，最显眼的一类是大家都在谈论的自动驾驶汽车;另一类(在某种程度上与自动驾驶重叠或有交集)是电动或混合动力汽车。

 

　　自动驾驶内燃汽车中的传感器

 

　　在传统汽车向自动驾驶发展的过程中，多种传感器正在爆发增长。在Level 2级自动驾驶，外部摄像头和雷达占主导地位，微测辐射热计作为可选传感器应用日益增长;在Level 3级自动驾驶，将需要车厢内部摄像头和激光雷达(LiDAR);在Level 4级和5级自动驾驶，在操作端将会看到惯性测量单元(IMU，即加速度计、陀螺仪和磁力计的组合)，乘员娱乐系统会用到更多可能的传感器和执行器。

 

　　摄像头和雷达属于传统传感器，每辆车可以在不同方向上应用多颗。此外，在众多激光雷达竞争者中，大部分也都采用了传统技术。事实上，最知名的使用旋转镜反射激光束的方案，也是在宏观尺度上运行的。这些传感器会被MEMS技术替代吗?有可能，但IHS Markit的预测并不确定，认为只有部分激光雷达会采用MEMS方案。

 

　　然后，是应用日益增长的微测辐射热计。那什么是微测辐射热计呢?这是一种电阻型热传感器，工作原理是吸收目标物体发出的红外辐射，在引起热敏材料发生温度变化时，热敏材料的电阻也将发生变化，在外加偏置的作用下产生相应的电学信号输出，然后还原成图像信息。

 

　　那么，这与汽车应用有什么关系?通过探测热成像，微测辐射热计可以用于汽车夜视，提高夜间或视线受阻时行车的安全性。但是，微测辐射热计相对成本较高，因此，仍然只是部分车型的选装功能。

 

　　IHS Markit还列出了另外一种用于电池充电的新型传感器：磁通门传感器。其工作原理是基于铁芯材料的非线性磁化特性，其敏感元件为高磁导率、易饱和材料制成的铁芯，有两个绕组围绕该铁芯：一个是激励线圈，另一个是信号线圈。在交变激励信号的磁化作用下，铁芯的导磁特性发生周期性饱和与非饱和的变化，从而使围绕在铁芯上的感应线圈感应出反应外界磁场的信号。

 

　　所有这些传感器都在汽车领域获得了市场机遇，但它们不是MEMS，而且，至少在IHS Markit看来，它们似乎并没有转向MEMS的趋势。而且，还有很多宏观传感器在今天仍大有可为。

 

　　电动和混合动力汽车中的传感器

 

　　与此同时，在通往电动化的大道上，还有一些完全不同的传感器。IHS Markit将他们分为四大类：

 

　　■ 电流传感器

 

　　- 分流器(传统)

 

　　- 霍尔(半导体)

 

　　- 磁阻(半导体)

 

　　■ 温度传感器

 

　　- 主要是NTC

 

　　■ 位置传感器

 

　　- 旋转变压器(传统)

 

　　■ 换向开关(执行器，而不是传感器)

 

　　- 主要是霍尔(半导体)

 

　　MEMS的机会在哪里?

 

　　那么，未来MEMS(和半导体)传感器的可能应用有哪些?目前汽车领域对于MEMS而言似乎没那么光明?

 

　　或许是的，但目前还有一些有前景的领域以及一些尚未解决的需求，有待MEMS或半导体技术去发力。

 

　　旋转变压器可以让位于磁阻(MR)传感器，后者更小、更便宜。开环霍尔传感器也可以让位于MR，同样可以改善尺寸和成本。通过增加CO2传感器，则能改善车厢内的舒适度控制。

 

　　现在，我们已经有相应的传感器来检测运动中的碰撞，它们还可以用来探测慢速(如泊车时)或停止时的碰撞，其中一个目标应用是，在电池绝缘受损的情况下断开电池。

 

　　此外，对于电动和混合动力汽车，尤其需要能够监控电池的完整性。改进电池技术或许会消除这些需求，但是，可以利用压力传感器或应变计、气体传感器和光纤传感器来进一步确保电池不会撂挑子。

 

　　因此，对于汽车领域的MEMS技术(一种正在改变一切的技术)，需要有清醒的认识，MEMS未来会改变我们从A点到B点的方式，MEMS在很多领域拥有高增长的市场机遇，但是，至少在IHS Markit的预测中，目前的汽车市场还算不上MEMS的金矿。