Rynek MEMS-ów do zastosowań specjalnych będzie rósł

Oddzielną grupę stanowią układy mikroelektromechaniczne używane w zastosowaniach specjalnych. Zalicza się do niej MEMS-y instalowane w sprzęcie wojskowym, samolotach, urządzeniach medycznych, jak również maszynach przemysłowych. Ich sprzedaż liczy się w milionach sztuk, ale ze względu na specyfikę wykonania są one wielokrotnie droższe niż ich odpowiedniki używane w telefonach komórkowych, smartfonach czy tabletach.

Dzięki temu w 2012 roku łączna wartość tego rynku przekroczyła 283 mln dol. W najbliższej przyszłości prognozowany jest jego dalszy wzrost, podobnie jak w przypadku rynku MEMS-ów instalowanych w samochodach. Tempo wzrostu oraz czynniki wpływające na popyt w każdej z tych aplikacji będą jednak inne.

MEMS-y w samochodach

Rys. 1. Wartość i prognoza rynku układów MEMS używanych w przemyśle motoryzacyjnym w latach 2011-2016

W 2012 roku układy MEMS w przemyśle motoryzacyjnym najczęściej stosowano w systemach ESC (Electronic Stability Control), jako czujniki MAP (Manifold Absolute Pressure), w systemach TMPS (tire-pressure monitoring system), detekcji przewrotu oraz w poduszkach powietrznych; 99% rynku stanowiły cztery komponenty: czujniki ciśnienia, akcelerometry, żyroskopy oraz sensory przepływu.

W ciągu kilku kolejnych lat zwiększy się zapotrzebowanie na nie wszystkie, a wzrost ten będzie się mieścił w przedziale od 3 do 12%. Zanim to jednak nastąpi, spodziewać się można przejściowego zmniejszenia sprzedaży. Według IHS iSuppli wartość rynku układów MEMS zamontowanych w samochodach, która w latach 2011-2012 wzrosła o 6,6%, z 2,25 mld dol. do 2,40 mld dol., w tym roku zwiększy się tylko o 5,8%, do 2,54 mld dol.

Będzie to spowodowane głównie spadkiem sprzedaży nowych samochodów. W 2014 roku prognozowany jest z kolei wzrost o 13,4%, do 2,88 mld dol. Później, aż do 2016 roku, w którym wartość ta przekroczy 3 mld dol., stale rosnąć będzie zapotrzebowanie na systemy bezpieczeństwa montowane w pojazdach. Wpłyną na to m.in. uregulowania prawne, które nakładają obowiązek zainstalowania w autach ESC lub TMPS.

Przepisy, a potem stabilizacja

Przykładowo w Chinach ostateczny termin obowiązkowego zamontowania systemów, które monitorują ciśnienie w oponach, wyznaczono na połowę 2015 roku. Z kolei w USA obowiązują już przepisy regulujące stosowanie systemów kontrolujących położenie pojazdu. Przykładem wykorzystania tych ostatnich są blokady, które zapobiegają wyrzuceniu pasażerów z auta na skutek jego przewrócenia się w czasie wypadku.

W Europie natomiast na 2015 rok zaplanowano wprowadzenie przepisów odnośnie do automatycznego powiadamiania służb ratunkowych przez system telematyki pokładowej na podstawie sygnału z systemu detekcji przewrotu auta. W rezultacie znacznie wzrośnie popyt na akcelerometry oraz żyroskopy MEMS.

Po 2016 roku na rynku układów mikroelektromechanicznych w pojazdach przewidywana jest stabilizacja. Wyjątkiem mogą okazać się detektory bolometryczne MEMS. Popyt na nie może się wówczas nieco zwiększyć, o ile w samochodach spopularyzują się systemy termowizyjne. Dzięki nim kierowca będzie ostrzegany w trakcie jazdy nocą o pojawieniu się na drodze obiektu o temperaturze wyższej niż temperatura otoczenia, na przykład człowieka lub zwierzęcia.

MEMS-y w lotnictwie wojskowym i cywilnym

Rys. 2. Wartość i prognoza rynku czujników ciśnienia MEMS używanych w lotnictwie wojskowym oraz cywilnym w latach 2011-2016

Lista zastosowań czujników MEMS w lotnictwie wojskowym oraz cywilnym jest długa. Są one używane m.in. do kontroli różnych wielkości w pokładowych systemach sterowania i diagnostyki samolotów, systemach ich zasilania i napędu oraz do monitorowania warunków na pokładzie i w kabinie pilotów.

Szczególnie popularne w tym zastosowaniu są czujniki ciśnienia. Łącznie liczba sensorów tego typu w samolotach w zależności od ich rodzaju może przekroczyć kilkaset sztuk w jednej maszynie. Przykładowo w systemie monitorowania samego silnika w samolocie pasażerskim dobrej klasy zainstalowanych może być nawet kilkanaście czujników tej wielkości.

W mniejszym samolocie jest to typowo powyżej pięciu sensorów. Czujniki MEMS w tych zastosowaniach powinny charakteryzować się większą wytrzymałością niż ich odpowiedniki przeznaczone na przykład do zastosowania w elektronice użytkowej; m.in. wymaga się, by w określonym przedziale temperatur (zwykle sięgającym bardzo wysokich wartości) pracowały one niezawodnie nawet przez co najmniej 25 lat.

Dla porównania w przypadku samochodów okres ten zwykle wynosi przynajmniej 10 lat. Powinny one również charakteryzować się dużą odpornością na wibracje oraz przeciążenia, przy jednocześnie dużej dokładności oraz stabilności długoterminowej.

Wpływa to na cenę specjalizowanych MEMS-ów, która jest nieporównywalnie większa niż tych "zwykłych". Mimo to z powodu zalet, przede wszystkim małych rozmiarów oraz małej wagi, MEMS-y są w samolotach niezastąpione.

Oszczędności przez innowacje

Rys. 3. Wartość i prognoza rynku czujników ciśnienia MEMS używanych w sprzęcie medycznym w latach 2011-2016

Z powodu trwającego kryzysu gospodarczego w wielu krajach, na przykład w USA, wydatki na obronność zostały ograniczone. Zdaniem analityków nie wpłynie to jednak na rynek układów MEMS dla tego sektora. Mimo konieczności oszczędzania inwestycje w rozwój uzbrojenia specjalistycznego, na przykład samolotów typu dron, systemów obserwacji i rozpoznania oraz inteligentnej broni, która jest "nasycona" elektroniką, będą bowiem kontynuowane.

Dzięki postępowi w tym zakresie koszty utrzymania armii zostaną ograniczone poprzez zmniejszenie w przyszłości liczebności oddziałów bojowych oraz personelu pomocniczego. W przypadku lotnictwa cywilnego największe nadzieje są z kolei wiązane z dużymi zamówieniami, łącznie na ponad 2 tys. samolotów, jakie otrzymali w ubiegłym roku potentaci w tej branży, m.in. europejski EADS oraz amerykański Boeing.

W rezultacie na przykład wartość rynku czujników ciśnienia MEMS używanych w lotnictwie wojskowym oraz cywilnym, która wzrosła w latach 2011-2012 o 20%, z 29,7 mln dol. do 35,7 mln dol., w 2016 roku wyniesie już ponad 45 mln dol. Jak oszacowało IHS iSuppli, będzie to oznaczało średni roczny wzrost rzędu 9%.

MEMS-y w medycynie

Czujniki ciśnienia są również najpopularniejszym typem sensorów MEMS montowanych w sprzęcie medycznym. Przykładem ich zastosowania są cewniki mierzące ciśnienie krwi oraz pompy infuzyjne, za pośrednictwem których do układu krążenia pacjentów wprowadzane są lekarstwa. Wymienione urządzenia są inwazyjne, dlatego nadają się tylko do jednorazowego użytku.

Czujniki ciśnienia w nich montowane są przez to tańsze w porównaniu do tych instalowanych w urządzeniach wielokrotnego użytku. Przykładem tych drugich są systemy monitorujące pracę układu oddechowego pacjentów lub innych czynności życiowych. Jak prognozuje IHS iSuppli wartość rynku czujników ciśnienia MEMS używanych w sprzęcie medycznym wzrosła w latach 2011-2012 o 6%, ze 137,6 mln dol. do 129,2 mln dol.

W kolejnych latach przewidywany jest stały wzrost, aż do 186,7 mln dol. w 2016 roku. W przyszłości ważnym zastosowaniem dla sensorów MEMS mogą okazać się m.in. urządzenia do zdalnego monitorowania różnych parametrów zdrowotnych. Byłyby to czujniki wszczepiane pacjentom. Dzięki nim w wypadku osób wymagających stałego nadzoru lekarskiego wizyty kontrolne nie musiałyby odbywać się tak często, jak obecnie.

Monika Jaworowska