我國微系統技術發展
微系統技術融合了微電子、微機電和微光電技術,通過系統架構和軟件算法,將微傳感器、微控制器、微執行器、微能源及各種接口等構成一體化軟、硬件多功能集成,采用微納制造及微集成工藝實現系統結構的微納尺度化。它被公認為21世紀的革命性技術之一。
微系統具有高集成度、微小型化、低功耗、高可靠性、高效率等優點。微系統技術上的新材料、新方法、新工藝等技術變革必將對軍民兩用的系統研發和制造帶來顛覆性影響。微系統技術的發展主要集中在MMIC、MCM、MEMS、SOC、SIP等技術上,其中又以MEMS為主。
20世紀60年代以來,微系統技術經歷了從微器件的設想到微壓力傳感器的問世,逐步實現技術突破和制造工藝的改進,至今進入集成技術大力發展階段,在信息、生物、航天、軍事等領域已有廣泛應用。美國等發達國家在二十世紀末已將微系統技術列為現代前沿核心技術,并納入國防科技攻關計劃,掌握微系統技術對于國家保持技術領先優勢具有重要意義。微系統技術和產業發展如今也受到我國各部門、相關高校和科研機構的高度重視和大力支持,深入研究勢在必行。
20世紀90年代,全世界的微系統技術研究進入一個突飛猛進、日新月異的發展階段。非常成功的例子有美國Analog Devices(模擬器件)公司生產的用于汽車安全氣囊系統的集成慣性傳感器,以及美國Texas Instruments(德州儀器)公司用于投影顯示的數字光處理芯片。
相對于宏觀的機電傳感器,微系統技術技術帶來了兩個重要的優點,即高靈敏度和低噪聲。同時,由于微系統技術技術采用批量生產,而不是采用手工組裝的方式,有效地降低了傳感器的使用成本
20世紀90年代后期,光微系統技術發展迅速。世界各地的研究人員競相開發微光機電系統和器件,希望能將二元光學透鏡、衍射光柵、可調光微鏡、干涉濾波器,相位調制器等部件應用到光學顯示、自適應光學系統、可調濾波器、氣體光譜分析儀和路由器等應用領域。
生物微系統技術包括生物學研究、醫療診斷和臨床介入等方面的微系統技術研究和應用。由于生物微系統技術結構和器件的尺寸大小、集成功能多,它們已經在一些醫療方面得到應用,例如視網膜植入,耳蝸植入、嵌入生理傳感器以及含有傳感器的智能手術工具等。
微系統技術與常規技術相比較,明顯的差異在于傳感器技術方面。微系統對傳感器的可靠性有了越來越高的要求,同時要求傳感器有很高的準確性、敏感性、選擇性、壽命和與長時間工作漂移有關的穩定性。化學傳感器和生物傳感器還必須不受妨礙地暴露在未知的介質中,同時要避免虛假信號的影響。微系統技術中傳感器的研究重點是微處理器控制的傳感器陣列信號的數字化處理。通過統計方法求平均值,或者對信號進行分級采樣,測量系統的質量和動態特性得到了改善。
我國的微系統技術已有一定進展,ASIC器件已經進行了在軌試驗并開始進行空間應用,但在制造工藝水平上有待提高。現階段我國將“制造屬于自己的微器件”作為我國微系統的發展目標,將在利用現有資源和借鑒國外先進技術經驗的同時進行自我創新,在研發和生產方面不懈努力,早日實現我國的微系統行業繁榮發展。
據中研產業研究院《2024-2029年微系統產業現狀及未來發展趨勢分析報告》分析:
微系統的特點包括三個方面,一是微型化、低成本、低功耗和高可靠;二是高精度,據目前資料來看MEMS陀螺儀最高水平可以做到0.01度;三是高度的集成化。目前很多微系統,如健康微系統、衛星導航系統都可以被實現,MEMS的智能引擎可以實現精準的打擊,MEMS的微系統可以在惡劣環境下正常工作。
微系統產業最大的驅動力之一就是物聯網產業。物聯網最重要的組成是傳感器、網絡和服務。現在更多的企業對網絡和服務的重視程度遠超過對傳感技術的重視,但在物聯網成功的案例里,傳感器往往起到決定性的作用,比如環境監測、智能停車、醫療資源配置、手機行業,還有遠程的一些工作,都是建立在傳感器的基礎上。因此,要把物聯網作為一個系統來進行統一開發,把傳感器作為物聯網的基礎來加以重視。
目前,MEMS在各個行業應用比例逐漸增加,歐盟已經建立了MEMS協同技術聯盟,在整個歐洲范圍把MEMS技術、微系統技術進行分解,形成了統一的微系統研發、研制和產品標準的體系。
國內微系統行業相關企業約有251家,微系統行業的供給能力在不斷增長。國內微系統行業市場規模約為642.9億元,微系統行業增長速度較快。微系統產品的凈利率約為9.85%,在大多數微系統行業中處于中上水平。中國微系統行業的速動比率約為1.46,微系統行業償債能力相對較高,中國微系統行業的總資產周轉率約為0.39,較2019年有所下滑。
近年來,微系統相關技術發展迅速,微系統集成方法與工藝有了新的突破,微電子器件特征尺寸繼續減小,微處理器、微射頻器等性能進一步提升,碳化硅與氮化鎵等第三代半導體材料器件日益成熟并進入應用階段,為微系統技術發展提供了有效支撐。微傳感器是傳感技術微型化的基礎,是微系統的重要基礎技術。近年來,微傳感器性能不斷提升,可感知對象不斷豐富,在生物醫學及消費電子產品等領域中得到了廣泛應用,對各種傳感裝備的微型化發展起著巨大的推動作用。
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本報告專業!權威!報告根據微系統行業的發展軌跡及多年的實踐經驗,對中國微系統行業的內外部環境、行業發展現狀、產業鏈發展狀況、市場供需、競爭格局、標桿企業、發展趨勢、機會風險、發展策略與投資建議等進行了分析,并重點分析了我國微系統行業將面臨的機遇與挑戰,對微系統行業未來的發展趨勢及前景作出審慎分析與預測。是微系統企業、學術科研單位、投資企業準確了解行業最新發展動態,把握市場機會,正確制定企業發展戰略的必備參考工具,極具參考價值!