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一、綜述

1.MEMS技術與觸覺傳感應用趨勢

MEMS傳感器技術在觸覺傳感器市場中占據約 40%的份額，主要應用于智能機器人和車載智能系統。相比之下，PDMS等聚合物材料技術占據 約60%的市場份額，廣泛應用于醫療檢測等領域。雖然MEMS傳感器和基于油性材料的觸覺傳感器在性能和價格上存在差異，但具體比較數據需要進一步調研。

2.MEMS傳感器市場與成本分析

技術路線差異：MEMS傳感器中的mx(假設代指某型號)技術具有體積小、精度高的優點，但對工況要求較高，量產時成本可降低。相比之下，PDMS類傳感器體積較大，精度不高，重復性及部分性能指標略遜一籌。

成本分析：國內外晶圓成本并無顯著差異，主要區別在于良率和特殊要求。MEMS傳感器的整體成本控制在1-2元，量產后可能更低。 應用分布與要求：不同應用領域對MEMS傳感器的精度、重復性、壽命等指標要求各異。例如， 機器人所需的傳感器成本相對較高，并受產量影響大。 特斯拉人形機器人采用MEMS技術，由于空間和性能要求的限制，使其成為唯一選擇。

3.提升MEMS傳感器性能之難題

MEMS傳感器技術挑戰半導體特性導致溫度漂移較大，需要進行溫度補償。日本的MEMS技術工藝復雜，主要使用PECVD工藝在薄膜上濺射電阻。

MEMS芯片脆弱性問題核心難點在于芯片的脆弱性，承載力有限，目前尚無法很好地解決在六維力矩中的脆弱性問題。

成本降低趨勢：盡管利用MEMS技術和半導體應變片可能短期內難以大幅降低六維力矩傳感器的成本并提高量產效率，但由于半導體應變片靈敏度高，盡管熱穩定性差限制了其在極端環境下的應用，但仍預示著市場對MEMS傳感器的需求將保持增長。

4.MEMS傳感器成本與技術分析

產品技術升級：采用半導體工藝對MEMS傳感器生產進行自動化升級可以提高效率和產量，但成本并未大幅降低，仍需人工貼片。對于客戶端而言，成本可能降低，但效率提升不顯著。

行業動態：國內外均有公司沿著MEMS六維力矩傳感器開發路線進行研發生產。盡管存在脆弱性問題，但由于新興機器人和智能駕駛對力量要求較低，應用場景廣泛，預計市場對MEMS傳感器的需求將持續增長。

成本構成分析：核心彈性體的制造工藝占據了MEMS傳感器成本的40%-50%,而半導體技術的工藝成本高，材料成本相對較低。這意味著創新點需要放在成本控制和工藝改進上。

5.專家探討MEMS傳感器設計與應用

MEMS傳感器的設計和制造難點：MEMS傳感器在設計和工藝上存在挑戰，如動態響應、非線性問題和高制造一致性要求，這些因素促成了其較高的成本。

國內對于六維力傳感器技術的掌握不足：國內企業尚未在六維力傳感器領域展現出顯著的技術突破和產品呈現，與國際先進水平存在較大差距。 特斯拉及國內機器人對MEMS傳感器的使用趨勢：特斯拉傾向于采用尖端標準技術的MEMS傳感器，而國內機器人可能更多采用成本效益更高的柔性傳感器。預計未來趨勢是MEMS傳感器的主導性將更加明顯。

6.MEMS力矩傳感技術及其挑戰

MEMS力矩傳感器技術正在發展中，當前適用于負荷較輕的場合，如某些手術，但需進一步研究和優化才能適用于更復雜場景。

成本問題是MEMS力矩傳感器面臨的挑戰，特斯拉等公司正尋求解決此問題。傳統六維力矩傳感器價格高昂，而MEMS技術有望實現成本降低。 MEMS傳感器市場潛力巨大，一方面需求持續增長，另一方面進入門檻較高。對于未來開發更高承載力、體積更小的傳感器具有明顯的商業前景。

7.MEMS傳感器成本腰斬可期

壓力傳感器精確度提升后，價格可達到上千元。半導體成本在量產和工藝改進后至少可減半。設計質量占傳感器性能的80%,剩余20%由工藝質 量決定。設計優化對降低工藝成本有著至關重要的影響。

傳感器在高智能化設備中占據較高成本比例，如人形機器人中傳感器等部件占總成本的近50%。隨著技術的進步和成本的降低，MEMS傳感器的成本有望大幅降低。

二、Q&A

Q:目前有哪兩種主流的觸覺傳感器技術，它們的性能和價格對比如何?

A:當前市面上主要有兩種觸覺傳感器技術：一種是基于MEMS的技術，另一種是運用所謂的彈性材料，如PDMS或PTV等。就性能而言，MEMS技術被廣泛應用于先進的產品中，尤其在某些機器人和智能車載系統中占據較大的比重，大約占到60%左右。彈性材料技術在市場上的占比約為40%。至于價格，具體數據在對話中未提及，所以無法進行準確的對比。MEMS技術由于其精密和先進的特性，可能在成本上會高于使用彈性材料的傳感器，但由于未給出具體數據，這只是基于行業常識的推測。

Q:在哪些具體的應用領域，MEMS技術的觸覺傳感器優于其他技術?

A:MEMS的觸覺傳感器，由于它們的先進性，主要被應用在高端的產品上。例如，在某些高級機器人上，以及車載智能系統中，MEMS傳感器更受青睞。此外，MEMS傳感器也因其柔性特性而在醫療領域有所應用，特別是在手術中和術后檢測參數時供醫生使用，它們在這方面的應用也相對較多。

Q:MEMS傳感器的技術路線和特點有哪些?市場上不同技術路線的MEMS傳感器價格和性能上有什么差異?

A:MEMS傳感器的技術路線有麥克斯(MAX)和基于PDMS材料的兩種路徑。麥克斯技術具備體積小、精度高的優勢，但由于其采用半導體工藝， 存在溫飄問題，即在不同溫度下輸出波動較大， 難以適應極端工作環境。如無補償，體積小、精度高的麥克斯傳感器會因量產導致成本較高。 另一方面，PDMS技術制成的觸覺傳感器體積較大，精度和重復性相對較低。價格方面，麥克斯傳感器單個晶圓成本在0.55~1元之間，而PDMS傳感器則在幾塊錢甚至更高，但隨著產量增加， 價格有所下降。對于高性能需求的應用，如機器人，對MEMS傳感器的精度、重復性和壽命要求更高，因而成本顯著提升，售價可能從10幾塊到幾十塊不等。

Q:國產和海外的MEMS傳感器在成本上有什么區別?MEMS傳感器在機器人等高端應用中的成本比例如何?

A:由于MEMS技術目前并不需要像IC那樣的先進納米工藝，因此國產及海外的MEMS傳感器在成本上差異不大。但在產率和特殊工藝要求方面會有一些區別。在高端應用如人形機器人領域， MEMS傳感器的成本占整機的比例相對較低，以特斯拉人形機器人為例，觸覺傳感器的成本占比大約為3%。對性能要求較高的情況下，MEMS的晶圓片或芯片在重復性、精度以及其他關鍵參數方面需要提升，因此成本相應增加。

Q:全球來看，MEMS技術在六維力矩傳感器上的應用為什么相對較少?

A:MEMS技術在六維力矩傳感器上的應用較少， 主要是因為市場規模較小。傳統力矩傳感器多用于工程機械等領域，其應用場景要求傳感器的扭矩極大，與MEMS技術的目標應用領域和性能特點不盡相同。而且，像德國HBM這樣的公司已經在傳統力矩傳感器上有較為成熟的技術和市場份額，MEMS技術進入該領域的創新成本較高，收益相對有限。

Q:MEMS傳感器技術面臨哪些核心難點?目前這些問題有什么解決方案?

A:MEMS傳感器技術的核心難點之一是其承載能力不大，主要源自材料脆弱性問題。例如，這方面的技術難度表現在MEMS技術的生產過程中， 如日本的MEMS技術使用pecvd工藝，將半導體工藝用于電阻濺射到薄膜上，工藝難度較大。國內做得好的企業很少。解決方案方面，一些公司正在嘗試將MEMS的敏感組件構建在例如17-4這種特殊不銹鋼薄膜上以增加彈性，從而解決脆弱性問題，但這還主要局限于學術研究階段，并未廣泛應用。

Q:當前傳統濾波器在降本方面遇到困難，是否可以通過MEMS技術來降低成本?MEMS技術能否在短期內提高六維力矩的量產效率?

A:傳統的濾波粒子確實在成本降低方面比較困難，業界考慮使用MEMS技術以實現成本降低。六維力矩傳感器的成本通過采用MEMS技術有可 能降低，因為半導體硬件片已經可以使用硅和鍺等半導體材料替代金屬應變片，這不僅可以提高生產效率，而且還降低了成本。利用半導體技術，可以將傳統的合金材料更換為半導體材料，這使得傳感器更為靈敏，并且能夠探測到微小的力矩變化。然而，盡管存在優勢，半導體材料的熱穩定性較差，導致在極端工作條件下應用較少。這一局限也是MEMS技術降成本并提升量產效率時需要考慮的因素之一。

Q:MEMS傳感器改用半導體工藝后.量產效率和成本會有什么變化?

A:目前來說，成本并沒有顯著下降，因為應用不多，整個半導體制程的工藝成本分攤并不多。不過新工藝的亮點在于體積非常小，能夠測六維的力和力矩，特別是可以放置在非常小的空間內。雖然有這樣的技術進步，量產效率并沒有相比于以前提高太多。對于只是賣硬墊片或者制造硬墊片的廠家效率提升，但如果是客戶使用，效率提升不大。不過可能相應的成本會稍有降低。

Q:為何國內廠商選擇繼續沿用MEMS技術開發制造六維力矩傳感器?

A:國內的某些廠商如坤維科技仍然繼續沿用MEMS技術研發生產，是因為他們的應用工況不需要很大的力矩。例如人形機器人的手指尖等應 用，不會出現過于嚴苛的力矩要求，所以繼續這 一研發線路是有市場基礎的。即使MEMS技術存在脆弱性問題，對于不需要特別高承載力的應 用，其技術和成本還是可接受的。

Q:單個MEMS力傳感器的成本構成大致是什么?

A:傳感器的成本構成中，制造彈性體的工藝占了40%~50%的比例，這是最大的成本支出。其他部分包括了敏感元件、外圍器件如采集IC、制造 裝配以及校準等。如果技術不成熟，彈性體制造的工藝成本比例會更高。核心的制造工藝有專利保護，而一些不太重要部分如芯片器件可能會外購，但核心的彈性體制造通常會保留在廠家內部完成。

Q:設計和制造MEMS傳感器的主要挑戰是什么?國內有哪些公司在這一領域表現出潛力?

A:設計MEMS傳感器的主要挑戰包括解決動態響應和非線性參考問題，而制造過程則需要極高的精度和一致性，尤其是涉及到高精度蝕刻工藝， 這往往導致成本增加。在國內，一些公司如坤為等通過設備采購和團隊建設等方式嘗試進入這個市場，但目前真正能夠做好MEMS傳感器的國內企業并不多。

Q:在6-DOF(六自由度)傳感器領域，國內外制造商在技術原理上是否存在差異?是否具有技術優勢或面臨障礙?

A:在6-DOF傳感器領域，國內外制造商的技術原理基本相同或相近。對于已經在IMU(慣性測量單元)制造方面有深厚積累的公司來說，他們在轉向新興市場如機器人市場的6-DOF傳感器制造時具有一定的優勢。主要障礙可能在于對新興市場的理解，例如對機器人市場的熟悉程度。

Q:國內哪些從事MEMS(微機電系統)器件制造的企業在6維力矩傳感器方面可能具有優勢?

A:國內一些企業如宇立儀器、坤為科技和鑫精誠等在制造6維力矩傳感器方面顯示出潛力。他們宣稱可以生產直徑從9.5mm到300mm,覆蓋從幾 牛到幾千牛力矩范圍的傳感器。這表明國內企業在技術開發和專利獲取方面取得了進步，盡管具體產品尚未在市場上廣泛出現。

Q:MEMS壓力傳感器和MEMS 6-DOF力矩傳感器在技術原理上是否相同?哪個更難制造?

A:MEMS壓力傳感器的技術原理相對簡單，主要依賴線性響應。而MEMS6-DOF力矩傳感器涉及更多的非線性問題，其工藝與陀螺儀和加速度計相似，制造難度明顯更高。目前，國內成功制造出高質量陀螺儀和加速度計的公司并不多，這些產品在核心參數和壽命方面與國外產品存在顯著差距。

Q:在機器人傳感器方面，MEMS傳感器和柔性傳感器在特斯拉和國產機器人中的使用比例如何?兩者的技術發展趨勢是怎樣的?

A:雖然沒有具體的使用比例數據，但趨勢顯示特斯拉等公司更傾向于使用MEMS技術，這可能是因為尚未找到滿足其標準的柔性傳感器產品，或者考慮到成本因素。相比之下，國產機器人在某些情況下可能會更多地使用柔性傳感器。然而，總體來看，MEMS技術更有可能成為未來的主流趨勢。紐迪瑞等公司正在利用MEMS技術開發高靈敏度、小體積、高精度的柔性傳感器，這些傳感器不僅適用于機器人，還可應用于手機、家電以及觸覺等領域。

Q:MEMS傳感器在機器人領域的未來應用前景如何?特別是在力矩傳感器方面有哪些潛力和挑戰?

A:MEMS傳感器在機器人領域的應用前景廣闊， 特別是在關節等部位的使用。例如，在手指、手 腕、腳等關節中，傳統的力矩傳感器有可能被MEMS傳感器取代。由于其體積小，可以全植入或半植入在相應位置，MEMS傳感器非常適合精密操作環境，如手術中測量力或力矩。然而，當 前MEMS傳感器承受的力矩上限約為200牛米，對于重負載任務來說，這還不夠。為了應對更重的負載并確保安全，需要將承受力矩優化到上千牛米。目前，日本某公司的傳感器能達到200牛米，而國內某公司則能達到500-700牛米，短期內可能應用于機器人手上。但問題在于體積較大，無法適用于人形機器人手腕或腳踝等部位。因此，減小體積是未來研究的重點，柔性基底可能是一個方向，但目前商業化尚未考慮這一因素。

Q:為什么傳統的六維力矩傳感器成本如此之高?

A:傳統六維力矩傳感器成本高昂的原因在于生產過程中需要使用高價材料和進行人工微調。例如，德國HBM公司的傳感器在制造過程中會在傳 感器上貼上金屬片，這些材料本身就價格不菲。而且，每個產品都需要單獨調試，進一步增加了成本。相比之下，MEMS傳感器采用硅基或其他自動化生產方法，能夠顯著降低成本。

Q:與傳統傳感器相比，MEMS技術的核心區別是什么?

A:MEMS技術是一種制造工藝，廣泛應用于硅基等不同材料的基底中。狹義上的MEMS技術通常指的是硅基傳感器，但廣義上的MEMS傳感器包括所有采用MEMS工藝的產品。因此，即使某些傳感器尺寸較大，只要采用了MEMS工藝，也可以被視為MEMS傳感器。例如，坤為科技公司的MEMS傳感器直徑可達五六十毫米，不僅限于硅基材料。

Q:特斯拉在其機器人中使用的觸覺MEMS傳感器的單價和成本占比情況如何?

A:關于特斯拉機器人中使用的觸覺MEMS傳感器的單價和成本比例，目前公開信息不足。一般來說，對于檢測單一觸覺數據的機器人或人形機器人傳感器，成本可以從幾塊錢到幾十塊不等。消費類產品成本更低，而隨著性能提升，成本也可能增長到幾百塊錢。值得注意的是，根據以往數據，傳感器成本在某些情況下可占總成本的31%,顯示出在成本控制方面存在一定的挑戰。但對于特斯拉具體使用的觸覺MEMS傳感器的成本情況，需要更多詳細信息才能確定。

Q:傳統壓力傳感器精度提升后，預期的市場價格會是多少?

A:一旦傳統壓力傳感器的精度得到提升，其市場價格可能會升高到數千元的水平。

Q:目前六維力矩傳感器的制造成本與傳統金屬箔相比有何差異?假設實現量產或工藝改進，成本下降的可能性有多大?

A:當前，六維力矩傳感器的制造成本大致等同于傳統金屬箔的成本。然而，隨著量產或工藝技術的改進，成本有望降低至少50%。目前，力矩傳感器的價格可能高達數萬元，但在實現量產之后，價格有可能下降到千元級別。如果在材料和工藝方面取得突破，價格甚至可能進一步降低至幾百元。

Q:國內企業在生產六維力矩傳感器時面臨哪些挑戰?

A:在國內企業制造六維力矩傳感器的過程中，可能會遇到設備質量和材料選擇等問題。其中，工藝問題占據了80%的比例，而剩余20%的問題則主要源于設計因素。為解決這些問題，我們需要提升工藝水平，考慮使用進口設備，并從設計端進行優化，提供更好的條件和結構設計。設計環節能夠決定約80%的工藝成本。

Q:六維力矩傳感器的核心制造工藝有哪些?

A:制造工藝主要包括正規科室的建設和常規要求，但特殊結構設計對工藝提出了挑戰。設計的獨特需求對常規工藝構成了挑戰，其中設計扮演 著關鍵角色。

Q:后端封裝測試中的問題如何影響六維力矩傳感器的性能?

A:在后端封裝測試中，密封性問題會對六維力矩傳感器的性能產生影響。例如，它可能導致產品防水和防塵等級的差異，如IP67和IP65的差別。這種技術差異可能達到數量級的水平。

Q:在人形機器人中，觸覺傳感器的價值占比是多少?

A:在人形機器人中，所有傳感器(包括觸覺傳感器、立體傳感器、芯片等)的成本大約占機器人總成本的50%。通常情況下，觸覺傳感器在機器人 中的占比可能在3%~5%之間。

Q:MEMS傳感器在人形機器人中的應用情況是怎樣的?

A:MEMS傳感器不僅應用于人形機器人的手掌部位，還在高精度設備中有所使用。在手掌部位的使用最為廣泛，一個手掌可能需要3-5顆傳感 器，兩只手總計約為6-10顆。這些傳感器有助于機器人感知力量，但隨著精度要求的提高，傳感器的單價可能會呈指數增長。

MEMS傳感器廠商主要包括士蘭微、美新半導體（非上市）、明皜傳感（蘇州固锝子公司，正在IPO）、矽睿科技（非上市）、深迪半導體（非上市）、敏芯股份等。

審核編輯 黃宇