原创 MEMS压力传感器行业全景解析

一、 MEMS压力传感器技术演进

压力传感器介绍

压力传感器(Pressure Transducer)是工业实践中常用的一种器件设备，通常由压力敏感元件（弹性敏感元件、位移敏感元件）和信号处理单元组成，工作原理通常基于压敏材料的变化或压力引起的形变，它能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号，以便实现准确测量、控制和监测，具有高精度、耐腐蚀和紧凑结构等特点，适用于多种恶劣环境。

MEMS 压力传感器介绍

MEMS 压力传感器，全称微机电系统（Microelectro Mechanical Systems）压力传感器，它们融合了尖端微电子技术和精密微机械加工技术，通过微型机械结构与电子电路的结合，利用单晶硅硅片等传统半导体材料制作而成的芯片作为主要部分，通过检测物理形变或电荷累积来测量压力，进而转化为电信号进行处理，实现对压力变化的敏感监测和精确转换。其核心优势在于微型化设计，让 MEMS 压力传感器在精度、尺寸、响应速度和能耗方面均具有卓越表现。

作为工业4.0时代的感知基石，MEMS压力传感器通过微米级精密结构实现了物理世界的数字化映射。其核心架构融合半导体工艺与微机械加工技术，采用单晶硅等材料构建微型应变结构，在压力作用下产生形变引发电学参数变化，经ASIC芯片处理后输出标准化信号。晨穹电子创新性引入石英晶体谐振技术，利用石英材料零温度系数特性，开发出全石英谐振式压力传感器，将传统MEMS的精度从0.1%FS提升至0.01%FS量级。

1. 二、技术路线多元化发展

MEMS压力传感器根据不同的应用需求、不同的品类设计，有多种分类方式。行业内主流的分类方式有按照工作原理划分、按器件结构划分、按封装方式划分等。

1. 工作原理维度

压阻式：基于硅 piezoresistive 效应，成本优势明显。

电容式：通过极板间距变化检测压力，适合微压测量。

谐振式（晨穹电子突破领域）：石英晶体谐振频率随压力变化，实现直接数字信号输出。

光学式：采用MEMS光栅结构，适用于强电磁干扰环境。

2. 器件结构创新

晨穹电子开发的石英玻璃键合工艺突破传统硅基限制，三层复合结构（石英基底谐振腔密封盖板）在保持14×14mm微型外观封装尺寸同时，实现40℃~125℃宽温域内±0.02%FS/℃的温度稳定性，较传统产品提升5倍。

1. 三、产业链突围路径

1. 上游材料突破

晨穹电子，成功量产4英寸石英MEMS晶圆，关键指标：

晶圆翘曲度<15μm

刻蚀深宽比达20:1

金属化附着力5B级（ASTM D3359）

1. 2. 中游制造工艺

1. 四、应用场景纵深拓展

1. 航空航天领域

晨穹CQPS100系列应用于：

飞行器燃油系统压力监控（量程010MPa，误差带±0.02%FS）

火箭发动机室压监测（采样率10kHz，55℃~200℃工作）

卫星推进剂贮箱健康监测（10年寿命验证）

2. 精准医疗突破

基于石英谐振技术开发的CQMPS50微压传感器：

分辨率高达0.1Pa（相当于1cm水柱变化） ，可植入第三代人工心脏，实现实时血流压力监测。

3. 工业物联网升级

在半导体制造设备中替代进口产品：

耐腐蚀性：耐受HF酸蒸气环境（浓度40%，80℃）；

洁净度：达到Class 1级（ISO 146441）；

长期漂移：<0.01%FS/年（NIST可溯源标定）；

1. 五、行业竞争新格局

国内外生产企业

晨穹电子凭借石英谐振技术实现弯道超车：

六、 产业投资价值分析

1. 技术护城河

晨穹独创的"石英谐振+数字直出"技术路线带来：

信号链缩短60%（传统架构需经放大/AD转换）

功耗降低至50μW（无线传感场景优势显著）

EMI抗扰度达100V/m（满足汽车EMC要求）

2. 市场切入点

聚焦高端替代市场：

汽车智能座舱：舱内气压波动监测（0.5Pa分辨率）

氢能源电池：70MPa高压传感器（金属密封技术）

深海勘探：100MPa耐压封装（钛合金激光焊接）

3. 产能规划

产能规划：50万颗/月（2025年达产）

洁净等级：Class 100（ISO 5级）

设备国产化率：75%

七、 行业挑战与对策

针对MEMS压力传感器行业普遍存在的：

封装可靠性难题：晨穹开发晶圆级真空封装技术，使Q值保持>10^6（大气环境下）

温度交叉敏感：采用双谐振器差分结构，实现<±0.001%FS/℃的温度补偿

批量一致性：导入AI视觉检测系统，将CP良率提升至98.5%

晨穹电子通过构建"材料设计工艺封测"垂直创新链，正在改写国内高端压力传感器依赖进口的产业格局。其石英谐振技术路线不仅突破传统MEMS性能极限，更开辟了数字式智能传感器新赛道，在工业物联网、精准医疗等新兴领域展现强大竞争力。

图片来源：Yole      民生证券