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MEMS传感器普及 加速物联网时代到来

2015-11-23 09:24
seele_jin
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  传感器是建构物联网不可或缺的关键元件;随着各产业领域业者纷纷投入物联网应用开发,已刺激动作、影像、温度、湿度、紫外线、气压及有机气体等传感器需求急遽攀升,相关元件制造商无不积极研发新产品,以抢搭此波商机。

  物联网即将建构的美好生活令人充满想像。人类将透过一个由全球数亿人所共有共享的巨型智能网路基础建设,进行全面性的社群交流与资讯分享,并且经由连结实体物件及虚拟分析整合,达到无所不在的侦测、识别、控制及服务。

  物联网可藉由亿万个遍布于体内、体外与周围环中的智能感测装置,长期收集记录所有关心的目标讯息,并利用先进分析技术处理这些巨量资料,持续创造出预测性演 算法或智动化系统,来达到改善能源使用效率、提供优质医疗服务、增加生活舒适便利性、降低安全风险、或是提高生产力等目的。

  在2014年,台湾半导体产业协会(TSIA)的年会中,张忠谋以“Next Big Thing”为题发表演说。他表示,下一个Big Thing是物联网,而物联网商机将可望于5到10年内萌芽。

  感测技术 IoT基础建设核心项目

  在无限感测、万物互联的未来世界中,将充满着各式各样的智能技术,例如无人车辆会自动驾驶、让行车更安全;智能家电提供便利舒适的生活管家及保全服务;植物 工厂精准掌握作物生产过程、解决气候剧变导致的粮荒问题;工业4.0实现安全有效率的人机协作、提升产品良率与品质。

  远距医疗网路带来更优质便利的医疗服务;智能电网提升城市能源使用效益、带动经济成长、并减缓全球温室效应等。而对于个人而言,行动及穿戴式装置则将提供无处不在的资讯服务及生活照顾。

  物联网整体架构基本上是由感测层、网路层及应用层所组成,其三大关键技术类别则包括传感器、网路通讯以及大数据分析。特别是传感器技术,是物联网智能基础建设中最核心的项目。

  依据市场统计资料,在2007年时已有一千万个传感器将各式各样的装置连结到网际网路上;而2013年时,联网的感测装置已激增到三十五亿个。预估到2030年时,连结物联网的传感器数量将超过一百兆个之多。

  如此庞大的传感器需求规模,将能为现有及新兴厂商带来丰厚利润的市场机会。根据Yole的研究预测,2024年全球物联网产业将达到4,000亿美元的规 模,复合年均增长率(CAGR)高达42%。而物联网所必须应用之传感器市场营收,预估2022年时将成长超过140亿美元。

  传感器普及 加速物联网时代到来

  2014 年全球手机出货数量已经超过十一亿支。智能型手机是目前最便利的上网工具,同时也是数量最多、使用者黏着度最高的消费性电子随身装置;由于其同时具备感 测、连网及运算储存等最佳条件,只要用一支手机就能够取得世界上所有资讯,因此被公认为是开启物联网时代的最佳核心终端装置。

  苹果(Apple)公司于2007年首度将微机电系统(MEMS)加速度计应用在iPhone中,开启手机产业的传感器革命。而MEMS传感器在手机应用的数量规模以及多样性,也仍不断在快速成长当中。

  单就Apple公司为例,截至目前为止已拥有超过三百五十篇以上与传感器相关的发明专利,而申请内容包括触控、影像、运动、振动感测、资料运算、掉落感知及亮度感知等等,可见其积极布局智能传感器未来市场的野心。

  目前有许多的行动装置如手机、笔记型电脑、数位相机等,皆已广泛采用MEMS元件于系统中,以获得更良好的操控性能和创新功能。而随着MEMS技术应用风潮的快速崛起,也使得轻薄及微小化变成目前消费性电子产品全面追求的时尚新趋势。

  凭藉半导体晶圆制程的成熟优势,MEMS感测元件具有灵敏度高、性能均一、成本便宜、可批次生产等特点,不仅适合普及应用在数量庞大的消费性电子产业,未来 也必然将成为物联网感测应用市场上的营收亮点。根据IC Insights预估,至2018年MEMS传感器的总出货量可望达九十三亿颗,而产值将达到122亿美元。

  若是以物联网传感器应用需求爆发的时间点来区分,首波热潮绝对仍会是行动装置与智能穿戴产品,其次为车辆物联网,之后才会真正进入到需求广泛且种类多样化的工业物联网(IIOT)。

  此处所谓的工业物联网,范围包含传统的工业应用,例如医疗、导航、军事、航空、地震勘探及制程控制等,以及业界目前正在定义中、利用MEMS感测元件技术的新型态工业物联网,此新兴应用包括资产追踪系统、智能电网或智能建筑自动化等。

  根据IHS机构预测,在2018年时,全球MEMS在消费性电子产品与行动装置的市场规模将达到57亿美元,比起在工业物联网的应用市场营收约3.34亿美 元高很多。而在这些工业应用中,建筑物自动化包括由智能电表、智能家庭(Smart Home)、智能城市(Smart City)等,将会是最主要的营收来源。

  预期未来10年内MEMS在物联网的最大商机及技术挑战,仍会是在行动装置与智能穿戴产品的相关应用。图1是应用在消费性电子产品与穿戴装置的热门感测元件及其商品上市时程。

  

  图1 消费性电子产品与穿戴装置应用的热门感测元件及其商品化时程

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