近年來，車聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、汽車智能化等成為了汽車行業(yè)的熱點話題，隨著人們對汽車智能化、安全化的追求日益凸顯，汽車電子的市場需求不斷增長，而對汽車電子起核心作用的元件當屬傳感器。其中，MEMS憑借小型化、類型多樣、測量范圍廣等優(yōu)勢，逐漸成為汽車電子的主流傳感器。

MEMS是Micro Electro Mechanical System的縮寫，簡稱微機電系統(tǒng)，是按功能要求在芯片上把微電路和微機械集成于一體的系統(tǒng)。MEMS傳感器是采用微電子和微機械技工技術工藝制造出來的微型傳感器，種類繁多，是使用最廣泛的MEMS產(chǎn)品，通過微傳感元件和傳輸單元把輸入的信號轉換并導出另一種可監(jiān)測信號。與傳統(tǒng)工藝制造的傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實現(xiàn)智能化的特點。MEMS

MEMS傳感器算得上是一個新興的行業(yè)，在中國商業(yè)化的時間不到10年，在全球也只有20余年的產(chǎn)業(yè)化歷程。隨著自動駕駛的發(fā)展浪潮，MEMS憑借諸多優(yōu)勢，正在成為汽車傳感器的新風向。

ST MEMS產(chǎn)業(yè)的布局與優(yōu)勢

在近日舉辦的MWC 2021活動上，意法半導體（下文簡稱“ST”）向媒體介紹了其在MEMS傳感器的動態(tài)和布局。

ST模擬、微機電產(chǎn)品部亞太區(qū)高級市場部經(jīng)理許永剛介紹道，ST提供了最廣泛的MEMS和傳感器，從用于增強型虛擬現(xiàn)實（AR）組件和消費電子的設備，到工業(yè)4.0以及用于電池供電應用的低功耗設備、精確導航和定位、ADAS/自動駕駛等汽車電子設備，覆蓋了眾多應用場景。

ST的MEMS 20年發(fā)展歷程

經(jīng)過20年的發(fā)展歷程，ST在MEMS市場取得了領先位置。根據(jù)Omnia “MEMS & Sensors Competitive Analysis Database - H1 2020” 報告中提到，ST Motion MEMS市場份額高達39%，位列第一；在MEMS壓力傳感器領域以28%的市場份額位列第二。

作為獲取信息和實現(xiàn)交互的關鍵器件，MEMS對機械系統(tǒng)的微型化起著重要的推動作用。MEMS傳感器已在汽車電子、消費電子、工業(yè)、航空航天等領域得到了廣泛應用。消費電子和汽車為目前MEMS最主要的應用領域。從2019年全球MEMS市場結構來看，消費電子為主要應用領域，占比接近60%；汽車為第二大應用領域，占比約19%。

這一比例與ST的業(yè)務板塊也相對吻合。許永剛表示隨著汽車市場的發(fā)展態(tài)勢，有望迎來新的增長機遇。汽車市場成為ST下一步發(fā)力的重點方向。

在汽車市場，ST提供符合AEC-Q100標準的汽車傳感器產(chǎn)品組合，包括六軸慣性模塊（IMU）、三軸陀螺儀、單軸、雙軸和三軸加速度計等產(chǎn)品，全部采用數(shù)字輸出。

IMU（慣性導航系統(tǒng)）

用于導航平臺穩(wěn)定控制和導航的高性能MEMS IMU是自動駕駛定位的最后一道防線，與GNSS定位依靠衛(wèi)星不同，MEMS IMU具有獨特的提供連續(xù)性導航的能力，即使進入隧道或地庫，也能持續(xù)導航，且短時精度很高，長期精度取決于所選MEMS IMU的等級。

Yole Development數(shù)據(jù)顯示，慣性傳感器2022年將達到9億美元。目前，ST、博世、ADI等廠商已推出面向智能駕駛的MEMS慣導方案。其中，為了在系統(tǒng)層面進一步節(jié)電，ST設計了iNEMO 慣性模塊（內(nèi)嵌機器學習內(nèi)核）。MLC運行一個傳感器內(nèi)置的分類引擎，分擔主處理器的負荷以運行不同的任務，或者讓主處理器進入睡眠狀態(tài)以節(jié)電，同時內(nèi)置的傳感器可以識別運動數(shù)據(jù)。

SiP封裝方式（系統(tǒng)級封裝）在6軸單片式解決方案內(nèi)整合了加速器、陀螺儀和磁力計，提供了比分立式MEMS產(chǎn)品更小巧、穩(wěn)定且易于組裝的解決方案。同時還可以延長情境感知和運動檢測器件的電池運行時間、降低維護需求、減少尺寸和重量。

“相比競品，ST IMU的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在同類最佳功耗水平，高精度時間和溫度測量，以及極強的抗震動能力，保證產(chǎn)品性能和耐用性?！?許永剛說道。

MEMS陀螺儀

ST的6軸陀螺儀提供了在時間和溫度變化時卓越的穩(wěn)定性，角速率傳感器確保滿足嵌入航位推算功能的最先進導航系統(tǒng)的精度要求。

這些汽車級陀螺儀采用一種獨立傳感架構來測量3個正交軸上的運動，而市面上的其它解決方案則采用2或3種獨立架構。ST的解決方案可以避免軸之間的干涉，避免降低輸出信號的質量，提高運動受控功能的精度和可靠性。

加速度計

加速度計測量線性加速度，也可用于特定目的，例如：傾斜度和振動測量。MEMS加速度計嵌入了一些用于運動和加速度檢測的有用功能，包括自由落體、喚醒、單次/兩次輕擊識別、活動/不活動檢測以及6D / 4D方向。

ST的加速度計傳感器（如AIS2IH， AIS2DW12系列）具有先進的節(jié)電特性，具有擴展的溫度范圍并符合AEC-Q100標準，適用于超低功耗應用。這些特性包括低功耗模式、自動喚醒功能和可用于存儲數(shù)據(jù)的FIFO緩存，從而降低了主處理器負載和系統(tǒng)功耗。

“此外，MEMS在激光雷達傳感器方面也大有可為，MEMS激光雷達具有低成本、小型化優(yōu)勢，可以解決可靠性問題，是被看好的量產(chǎn)車激光雷達方案之一?！痹S永剛補充道。

總結來看，MEMS傳感器的應用方向和市場需求包括車輛的防抱死系統(tǒng)、電子車身穩(wěn)定程序、電控懸掛、電動手剎、斜坡起動輔助、胎壓監(jiān)控、引擎防抖、主動降噪、智能車鑰匙、車輛傾角計量和安全氣囊觸發(fā)監(jiān)測等汽車的各個部分，可滿足汽車環(huán)境苛刻、可靠性高、精度準確、成本低的要求。

隨著新能源車滲透率進一步提升與車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來汽車電子占據(jù)MEMS市場應用半數(shù)以上的份額，隨著5G、智能網(wǎng)聯(lián)的落地，MEMS的滲透率將繼續(xù)提升，上述領域的市場空間有望進一步打開。

產(chǎn)業(yè)格局下，本土廠商挑戰(zhàn)猶在

汽車半導體產(chǎn)品的大量應用也造就了汽車半導體全球市場的快速增長。

從產(chǎn)業(yè)規(guī)模上看，市場研究機構Gartner數(shù)據(jù)顯示，全球汽車半導體市場2019年銷售規(guī)模達410.13億美元，預計2022年有望達到651億美元，占全球半導體市場規(guī)模的比例有望達到12%，并成為半導體細分領域中增速最快的部分。

從產(chǎn)品結構來看，汽車功率半導體以及計算、控制類芯片市場規(guī)模最大，兩者合計規(guī)模達到229億美元，占到了全部汽車半導體市場的55%以上。車用傳感器需求規(guī)模位于第三位，達到為76.7億美元。

從產(chǎn)業(yè)格局來看，目前全球汽車半導體市場由國際巨頭企業(yè)占據(jù)壟斷地位，雖然目前全球頭部汽車半導體廠商對于芯片的布局基本涉及全部的汽車模塊分類，但是由于汽車半導體較長的開發(fā)周期和較高的技術壁壘，ST、恩智浦，英飛凌，瑞薩電子，德州儀器等供應商憑借各自積累和優(yōu)勢，相對地專注于不同的產(chǎn)品和細分市場。在全球消費類傳感器（IMU+加速度計+陀螺儀）市場，ST處于市場領導者的地位。

看回國內(nèi)市場，根據(jù)賽迪智庫的統(tǒng)計，2019年中國MEMS市場規(guī)模約600億元，占全球市場比例約54%，且國內(nèi)市場增速持續(xù)高于全球，預計2022年市場規(guī)模將超過1000億元人民幣。此外，從應用市場來看，我國作為全球最大的汽車生產(chǎn)和消費市場，汽車半導體市場也正在獲得快速的發(fā)展機遇。2019年全球汽車半導體產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過400億美元，而我國汽車半導體產(chǎn)業(yè)總收入規(guī)模僅為10億美元左右，全球占比不到3%，也低于我國整體半導體行業(yè)的自主率水平。

中國MEMS市場規(guī)模 圖源 | 賽迪顧問

巨大的市場規(guī)模和本土產(chǎn)業(yè)薄弱的現(xiàn)狀對比之下，凸顯出我國汽車半導體領域的差距和國產(chǎn)化的替代空間。然而，面對差距和挑戰(zhàn)，追趕之路困難重重。

對于汽車半導體或者MEMS產(chǎn)業(yè)的技術壁壘，許永剛向筆者指出，由于車規(guī)級半導體極其嚴苛的可靠性一致性、安全穩(wěn)定性和產(chǎn)品長效性等要求，大大提高了進入這個行業(yè)的標準與門檻。

標準和驗證體系缺乏：為滿足車規(guī)級半導體對可靠性、一致性、安全性的高要求，企業(yè)要通過一系列車規(guī)標準和規(guī)范。國內(nèi)目前還沒有適用的車規(guī)標準，國外雖有AEC-Q和AQG324等標準，但不能完全支持中國的新能源汽車技術發(fā)展對半導體性能和可靠性的要求。在車規(guī)測試平臺方面，國內(nèi)雖有部分測試機構和資源，但是大多不具備完整的車規(guī)測試能力，且極少做過車規(guī)測試。

缺乏驗證機會：國內(nèi)的半導體企業(yè)大多是做消費類電子和工業(yè)電子，對汽車行業(yè)的技術要求和質量控制要求不清楚，對于汽車行業(yè)的通用要求和規(guī)范比較陌生。在質量控制，特別是一致性保證能力方面較為薄弱，因此國內(nèi)半導體企業(yè)的產(chǎn)品很難得到上車驗證的機會和試錯機會，且缺乏對錯誤的承擔能力。

基礎環(huán)節(jié)差距大，產(chǎn)業(yè)配套環(huán)節(jié)能力弱：在很多通用和基礎產(chǎn)品領域，國外巨頭企業(yè)長期占據(jù)壟斷優(yōu)勢，這種差距也延伸到車規(guī)級半導體產(chǎn)業(yè)。例如半導體制造技術差距明顯，核心高端半導體嚴重依賴進口等。目前國內(nèi)代工制造和封裝企業(yè)布局專用車規(guī)線的推進較為緩慢，此外在車規(guī)級芯片質量管控體系、可靠性驗證測試環(huán)境、專業(yè)車規(guī)級芯片人才培育等車規(guī)級半導體產(chǎn)業(yè)鏈配套環(huán)節(jié)建設方面都相對滯后。

不難看到，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈和技術亟待完善，MEMS產(chǎn)業(yè)的國產(chǎn)替代尚處于成長初期。無論從供應安全性，還是基于汽車半導體快速增長的市場需求，實現(xiàn)車規(guī)級芯片的國產(chǎn)化，都具有十分重要的現(xiàn)實意義及經(jīng)濟效益。

近年來，我國企業(yè)通過收購，將海外優(yōu)質汽車半導體資產(chǎn)進行整合，為國產(chǎn)替代打開成長空間，成為我國汽車半導體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的主要驅動力。同時，部分國內(nèi)傳統(tǒng)汽車廠商也開始注重產(chǎn)業(yè)鏈上下游延拓，積極布局汽車半導體產(chǎn)業(yè)。另外在ADAS、智能網(wǎng)聯(lián)等汽車半導體領域，國內(nèi)汽車半導體初創(chuàng)企業(yè)不斷涌現(xiàn)。外部收購、成熟企業(yè)布局車規(guī)半導體業(yè)務、以及新興領域創(chuàng)業(yè)，成為目前支撐我國汽車半導體發(fā)展的主要路徑。

寫在最后

在自動駕駛走向更高級別自動駕駛的過程中，MEMS技術正在迎來新的發(fā)展契機，在孕育一場深刻的技術變革并對汽車領域產(chǎn)生新一輪的影響。

包括ST在內(nèi)的行業(yè)領先企業(yè)已經(jīng)在MEMS方面積極布局與探索，從單一器件、單一技術的進步，走向整體解決方案的優(yōu)化，提升產(chǎn)品安全等級，提升供應鏈上下游的協(xié)同能力，全方位提升產(chǎn)品性能和安全性。

責任編輯；lq6