MEMS传感器市场及成本分析

一、综述

1.MEMS技术和触觉传感应用趋势

MEMS传感器技术约占触觉传感器市场的40%，主要用于智能机器人和车载智能系统。相比之下，PDMS等聚合物技术占据了约60%的市场份额，广泛应用于医学检测等领域。虽然MEMS传感器和基于油性材料的触觉传感器在性能和价格上存在差异，但需要进一步研究具体的比较数据。

2.MEMS传感器市场及成本分析

技术路线差异：MEMS传感器中的MX（假设指某一型号）技术具有体积小、精度高的优点，但工作条件要求高，可以降低批量生产的成本。相比之下，PDMS传感器体积大，精度低，重复性和部分性能指标略低。

国内外晶圆成本分析没有显著差异，主要区别在于良率和特殊要求。MEMS传感器总成本控制在1-2元，量产后可能较低。

应用分布及要求：MEMS传感器的精度、重复性、寿命等指标在不同的应用领域有不同的要求。

例如，机器人所需的传感器成本相对较高，并受生产影响较大。由于空间和性能要求的限制，特斯拉人形机器人采用MEMS技术成为唯一的选择。

3.提高MEMS传感器性能的难题

MEMS传感器技术挑战半导体特性，导致温度漂移大，需要温度补偿。日本的MEMS技术复杂，主要使用PECVD技术在薄膜上溅射电阻。

MEMS芯片脆弱性问题的核心难点在于芯片的脆弱性，承载力有限，在六维扭矩中的脆弱性问题无法很好地解决。

成本下降趋势：虽然使用MEMS技术和半导体应变片短期内可能难以大大降低六维扭矩传感器成本，提高生产效率，但由于半导体应变片灵敏度高，虽然热稳定性差限制了其在极端环境下的应用，但仍表明市场对MEMS传感器的需求将保持增长。

4.MEMS传感器成本及技术分析

产品技术升级：MEMS传感器生产采用半导体技术自动升级可以提高效率和产量，但成本没有显著降低，仍需要手动补丁。对于客户来说，成本可能会降低，但效率并不显著。

行业动态：国内外公司沿着MEMS六维扭矩传感器的开发路线进行研发和生产。虽然存在脆弱性问题，但预计市场对MEMS传感器的需求将继续增长，因为新兴机器人和智能驾驶需求低，应用场景广泛。

成本构成分析:核心弹性体的制造工艺占MEMS传感器成本的40%-50%，而半导体技术的工艺成本高，材料成本相对较低。这意味着创新点需要集中在成本控制和工艺改进上。

5.专家讨论MEMS传感器的设计和应用

MEMS传感器的设计和制造难点：MEMS传感器在动态响应、非线性问题和高制造一致性要求等设计和工艺上存在挑战，这些因素促成了其较高的成本。

国内对六维力传感器技术的掌握不足：国内企业在六维力传感器领域没有显著的技术突破和产品展示，与国际先进水平存在较大差距。特斯拉和国内机器人对MEMS传感器

使用趋势：特斯拉倾向于使用尖端标准技术的MEMS传感器，而国内机器人可能使用更昂贵的柔性传感器。预计未来的趋势是MEMS传感器的主导地位将更加明显。

6.MEMS扭矩传感技术及其挑战

MEMS扭矩传感器技术正在发展中，目前适用于负载较轻的场合，如某些手术，但需要进一步研究和优化才能适用于更复杂的场景。

成本问题是MEMS扭矩传感器面临的挑战。特斯拉和其他公司正在寻求解决这个问题。传统的六维扭矩传感器价格昂贵，预计MEMS技术将降低成本。MEMS传感器具有巨大的市场潜力。一方面，需求持续增长，另一方面，进入门槛较高。未来开发承载能力更高、体积更小的传感器具有明显的商业前景。

7.MEMS传感器成本腰斩

压力传感器精度提高后，价格可达数千元。在批量生产和工艺改进后，半导体成本至少可以减半。设计质量占传感器性能的80%，其余20%由工艺质量决定。设计优化对降低工艺成本至关重要。

传感器在人形机器人等高智能设备中占成本的近50%。随着技术的进步和成本的降低，MEMS传感器的成本预计将大大降低。

二、Q&A

Q:目前主流的触觉传感器技术有哪两种？它们的性能和价格比较如何？

A:目前，市场上主要有两种触觉传感器技术：一种是基于MEMS的技术，另一种是使用所谓的弹性材料，如PDMS或PTV。就性能而言，MEMS技术广泛应用于先进产品，特别是在一些机器人和智能车载系统中，约占60%。市场上弹性材料技术约占40%。至于价格，对话中没有提到具体数据，无法准确比较。由于其精度和先进性，MEMS技术的成本可能高于使用弹性材料的传感器，但由于没有给出具体数据，这只是基于行业常识的推测。

Q:MEMS技术的触觉传感器在哪些特定的应用领域比其它技术更好？

A:MEMS触觉传感器由于其先进性，主要用于高端产品。例如，MEMS传感器在一些先进的机器人和车载智能系统中更受欢迎。此外，MEMS传感器还因其灵活性而应用于医疗领域，特别是在手术和术后检测参数中。它们在这方面也有相对较多的应用。

Q:MEMS传感器的技术路线和特点是什么？MEMS传感器在市场上不同技术路线的价格和性能有什么区别？

A:麦克斯是MEMS传感器的技术路线(MAX)以及基于PDMS材料的两种路径。麦克斯技术具有体积小、精度高的优点，但由于采用半导体技术，存在温浮问题，即输出波动大，难以适应不同温度下的极端工作环境。如果没有补偿，由于大规模生产，体积小、精度高的麦克斯传感器成本会更高。另一方面，PDMS技术制成的触觉传感器体积大，精度和重复性相对较低。在价格方面，麦克斯传感器单晶圆的成本在0.55~1元之间，而PDMS传感器的成本在几元甚至更高，但随着产量的增加，价格下降。对于机器人等高性能需求的应用，对MEMS传感器的精度、重复性和使用寿命要求较高，因此成本显著提高，价格可能从10元到几十元不等。

Q:MEMS传感器在国内外的成本有什么区别？MEMS传感器在机器人等高端应用中的成本比例如何？

A:由于MEMS技术目前不需要IC等先进的纳米技术，国内外MEMS传感器的成本差别不大。但在产率和特殊工艺要求上会有一些差异。在人形机器人等高端应用领域，MEMS传感器的成本占整机的比例相对较低。以特斯拉人形机器人为例，触觉传感器的成本约占3%。在性能要求较高的情况下，MEMS的晶片或芯片需要提高重复性、精度等关键参数，因此成本相应增加。

Q:为什么MEMS技术在全球六维力矩传感器中的应用相对较少？

A:由于市场规模较小，MEMS技术在六维扭矩传感器中的应用较少。传统扭矩传感器主要用于工程机械等领域，其应用场景要求传感器扭矩大，不同于MEMS技术的目标应用领域和性能特点。此外，像德国HBM这样的公司在传统扭矩传感器上拥有相对成熟的技术和市场份额，MEMS技术进入该领域的创新成本较高，收入相对有限。

Q:MEMS传感器技术的核心难点是什么？这些问题的解决方案是什么？

A:MEMS传感器技术的核心难点之一是承载能力小，主要是由于材料的脆弱性。例如，这方面的技术难度体现在MEMS技术的生产过程中。例如，日本的MEMS技术使用pecvd技术，而半导体技术使用电阻溅射到薄膜上，这是非常困难的。国内做得好的企业很少。在解决方案方面，一些公司正试图在特殊的不锈钢薄膜上构建MEMS的敏感组件，如17-4，以增加弹性，解决脆弱性问题，但这主要局限于学术研究阶段，并没有得到广泛的应用。

Q:目前，传统滤波器很难降低成本。MEMS技术能降低成本吗？MEMS技术

能否在短时间内提高六维力矩的量产效率？

A:传统的滤波粒子在降低成本方面确实比较困难，行业考虑使用MEMS技术来降低成本。采用MEMS技术可以降低六维扭矩传感器的成本，因为半导体硬件片可以用硅、锗等半导体材料代替金属应变片，既能提高生产效率，又能降低成本。传统的合金材料可以通过半导体技术用半导体材料代替，使传感器更加灵敏，并且可以检测到微小的扭矩变化。然而，半导体材料的热稳定性虽然有优势，但在极端工作条件下应用较少。这一局限性也是MEMS技术降低成本、提高量产效率的因素之一。

Q:MEMS传感器改用半导体工艺后，量产效率和成本会发生什么变化？

A:目前成本并没有明显下降，因为应用不多，整个半导体过程的工艺成本分摊也不多。然而，新工艺的亮点是体积非常小，可以测量六维力和扭矩，特别是放置在非常小的空间内。尽管有了这样的技术进步，大规模生产的效率并没有比以前提高多少。对只卖硬垫片或制造硬垫片的厂家来说，效率提高了，但是如果是客户使用的话，效率就不会提高。但相应的成本可能会略有降低。

Q:为什么国内厂商选择继续用MEMS技术开发制造六维扭矩传感器？

A:昆威科技等一些国内制造商继续使用MEMS技术进行研发和生产，因为他们的应用条件不需要大扭矩。例如，人形机器人的指尖和其他应用程序不会有太严格的扭矩要求，因此继续这条研发线路是一个市场基础。即使MEMS技术存在脆弱性问题，其技术和成本也可以接受不需要特别高承载力的应用程序。

Q:单个MEMS力传感器的成本构成是多少？

A:在传感器的成本构成中，弹性体制造工艺占40%~50%，这是最大的成本支出。其他部分包括敏感元件和外围元件，如采集IC、制造、装配、校准等。如果技术不成熟，弹性体制造的工艺成本比例会更高。核心制造过程受到专利保护，芯片设备等一些不太重要的部件可能被购买，但核心弹性体制造通常保留在制造商内部。

Q:MEMS传感器设计和制造的主要挑战是什么？国内哪些公司在这一领域表现出潜力？

A:MEMS传感器设计的主要挑战包括解决动态响应和非线性参考问题，制造过程需要高精度和一致性，特别是高精度蚀刻过程，这往往导致成本增加。在中国，昆威等一些公司试图通过设备采购和团队建设进入市场，但很少有国内企业能够真正做好MEMS传感器。

Q:在6-DOF在传感器领域，国内外制造商在技术原理上是否存在差异？是否有技术优势或障碍？

A:在6-DOF传感器领域，国内外制造商的技术原理基本相同或相似。对于在IMU（惯性测量单元）制造方面积累了深度的公司，它们在制造6-DOF传感器时具有一定的优势，如机器人市场。主要的障碍可能是对新兴市场的理解，比如对机器人市场的熟悉程度。

Q:哪些国内从事MEMS(微机电系统)设备制造的企业在6维扭矩传感器方面可能有优势？

A:新中联科、四通科技创新、新京城等国内企业在制造6维扭矩传感器方面具有潜力。他们声称，他们可以生产直径从9.5mm到300mm的传感器，覆盖从几头牛到几千头牛的扭矩范围。这表明，尽管具体产品尚未广泛出现在市场上，但国内企业在技术开发和专利获取方面取得了进步。

Q:MEMS压力传感器和MEMS6-DOF力矩传感器在技术原理上是否相同？哪一个更难制造？

A:MEMS压力传感器的技术原理相对简单，主要依靠线性响应。MEMS6-DOF扭矩传感器涉及更多的非线性问题，其工艺与陀螺钉仪类似于加速度计，制造难度明显较高。目前，国内成功生产高质量陀螺仪和加速度计的公司并不多，这些产品在核心参数和使用寿命方面与国外产品存在显著差距。

Q:在机器人传感器方面，特斯拉和国内机器人中MEMS传感器和柔性传感器的比例如何？两者的技术发展趋势是什么？

A:虽然没有具体的比例数据，但趋势表明，特斯拉和其他公司更倾向于使用MEMS技术，这可能是因为他们没有找到符合其标准的柔性传感器产品，或考虑成本因素。在某些情况下，国产机器人可能会使用更多的柔性传感器。但总体而言，MEMS技术更有可能成为未来的主流趋势。纽迪瑞等公司正在利用MEMS技术开发高灵敏度、小体积、高精度的柔性传感器，不仅适用于机器人，也适用于手机、家用电器和触摸。

Q:MEMS传感器在机器人领域的未来应用前景如何？特别是扭矩传感器的潜力和挑战是什么？

A:MEMS传感器在机器人领域有着广阔的应用前景，尤其是在关节等部位。例如，在手指、手腕、脚等关节中，传统的扭矩传感器可能会被MEMS传感器所取代。MEMS传感器由于体积小，可以在相应的位置全植入或半植入，非常适合手术中测量力或扭矩等精密操作环境。然而，目前MEMS传感器的扭矩上限约为200牛米，这对于重负荷任务来说还不够。为了应对更重的负载，保证安全，需要将承载力矩优化到几千牛米。目前日本某公司的传感器可达200牛米，而国内某公司可达500-700牛米，短期内可用于机器人。但问题是体积大，不能适用于人形机器人的手腕或脚踝。因此，减少体积是未来研究的重点，柔性基础可能是一个方向，但这一因素尚未被商业化考虑。

Q:为什么传统的六维力矩传感器成本如此之高？

A:传统六维扭矩传感器之所以成本高，是因为在生产过程中需要使用昂贵的材料和人工微调。例如，德国HBM的传感器在制造过程中会在传感器上粘贴金属片，这些材料本身就很昂贵。此外，每种产品都需要单独调试，以进一步增加成本。相比之下，硅基或其他自动化生产方法可以显著降低成本。

Q:MEMS技术与传统传感器的核心区别是什么？

A:MEMS技术是一种广泛应用于硅基等不同材料基底的制造工艺。狭义上的MEMS技术通常是指硅基传感器，但广义上的MEMS传感器包括所有使用MEMS技术的产品。因此，即使有些传感器尺寸较大，只要采用MEMS工艺，也可以视为MEMS传感器。例如，坤为科技公司的MEMS传感器直径可达50或60毫米，不限于硅基材料。

Q:特斯拉在其机器人中使用的触觉MEMS传感器的单价和成本比例如何？

A:目前，公共信息不足，特斯拉机器人中使用的触觉MEMS传感器的单价和成本比例。一般来说，检测单一触觉数据的机器人或人形机器人传感器的成本可以从几元到几十元不等。消费品的成本较低，随着性能的提高，成本也可能上升到几百元。值得注意的是，根据以往的数据，在某些情况下，传感器成本可以占总成本的31%，这表明在成本控制方面存在一些挑战。但特斯拉使用的触觉MEMS传感器的成本需要更多的详细信息来确定。

Q:传统压力传感器精度提高后，预期市场价格是多少？

A:一旦传统压力传感器的精度提高，其市场价格可能会上涨到几千元。

Q:与传统金属箔相比，六维扭矩传感器的制造成本有什么不同？假设实现大规模生产或工艺改进，降低成本的可能性有多大？

A:目前，六维扭矩传感器的制造成本与传统金属箔大致相同。然而，随着大规模生产或工艺技术的改进，预计成本将至少降低50%。目前，扭矩传感器的价格可能高达数万元，但大规模生产后，价格可能降至1000元。如果在材料和工艺上取得突破，价格甚至可能进一步降至数百元。

Q:生产六维力矩传感器时，国内企业面临哪些挑战？

A:在制造六维扭矩传感器的过程中，国内企业可能会遇到设备质量和材料选择等问题。其中，工艺问题占80%，其余20%主要来自设计因素。为了解决这些问题，我们需要提高工艺水平，考虑使用进口设备，优化设计端，提供更好的条件和结构设计。设计环节可以决定大约80%的工艺成本。

Q:六维力矩传感器的核心制造工艺是什么？

A:制造工艺主要包括正规部门的建设和常规要求，但特殊的结构设计挑战了工艺。设计的独特需求挑战了常规工艺，其中设计起着关键作用。

Q:如何影响六维力矩传感器在后端封装试验中的性能？

A:在后端包装试验中，密封问题会影响六维扭矩传感器的性能。例如，它可能会导致产品防水和防尘等级的差异，如IP67和IP65。这种技术差异可能达到数量级。

Q:触觉传感器在人形机器人中的价值比例是多少？

A:在人形机器人中，所有传感器（包括触觉传感器、立体传感器、芯片等）的成本约占机器人总成本的50%。通常，触觉传感器在机器人中的比例可能在3%~5%之间。

Q:MEMS传感器在人形机器人中的应用是什么？

A:MEMS传感器不仅用于人形机器人的手掌，也用于高精度设备。手掌被广泛使用。一个手掌可能需要3-5个传感器，两只手大约6-10个。这些传感器有助于机器人感知力，但随着精度要求的提高，传感器的单价可能会呈指数级增长。产业链研究