MEMS陀螺仪项目商业计划书.doc

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1、MEMS陀螺仪项目商业计划出版时间：2013年 3月指定联系人刘胜职务 董事长/总经理电话号码13871251668传真机号码027 87801533电子邮件 victor_liu63地址武汉东湖高新创业街7栋14楼邮政编码430070保密须知本商业计划书属商业机密，所有权属于飞恩微电子有限公司。其所涉及的内容和资料只限于已签署投资意向的投资者使用。收到本计划书后，收件人应即刻确认，并遵守以下的规定：1）若收件人不希望涉足本计划书所述项目，请按上述地址尽快将本计划书完整退回；2）在没有取得飞恩微电子的书面同意前，收件人不得将本计划书全部和/或部分地予以复制、传递给他人、影印、泄露或散布给他人；

2、3）应该象对待贵公司的机密资料一样的态度对待本计划书所提供的所有机密资料。本商业计划书不可用作销售报价使用，也不可用作购买时的报价使用。第一章：摘要1.1 项目背景陀螺仪器最早是用于航海导航，但随着科学技术的发展，它在航空和航天事业中也得到广泛的应用。陀螺仪器不仅可以作为指示仪表，而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件，即可作为信号传感器。根据需要，陀螺仪器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行，而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中，则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制。

3、作为稳定器，陀螺仪器能使列车在单轨上行驶，能减小船舶在风浪中的摇摆，能使安装在飞机或卫星上的照相机相对地面稳定等等。作为精密测试仪器，陀螺仪器能够为地面设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探以及导弹发射井等提供准确的方位基准。甚至在重型机械领域也有广泛的应用。由此可见，陀螺仪器的应用范围是相当广泛的，它在现代化的国防建设和国民经济建设中均占重要的地位。传统的陀螺仪是由高速旋转的转子，内环、外环和基座组成，这种陀螺仪的内外环通常是用滚珠轴承支承，这些通常是用机械加工方法制成，需要加工精度高，难度大，而且做成的陀螺仪体积大、重量重。MEMS陀螺仪，是基于MEMS(Micro-Electro-Mecha

4、nical Systems)技术而制造的陀螺仪，它与传统的陀螺仪不同，几乎所有的MEMS陀螺都舍弃了飞轮的设计方法而采用振动型的设计, 通过测量转动在振动体上产生的哥氏力所激发的正交振动来检测转动的角速度。MEMS陀螺仪由于其体积小、重量轻、成本低、可靠性高、低功耗、易于数字化等多种优势而广泛应用于航空、航天、兵器、汽车、生物医学领域。微机械使用现代半导体制造技术来制造机械结构，使得成本、尺寸、功耗、环境生存能力、工作寿命与传统技术相比有量级上的改进如同半导体取代真空管，微机械传感器正逐步替代传统惯性传感器。目前，低性能传感器市场已经由硅微机械占据。微机械陀螺的性能在很短的几十年内得到了迅速的

5、提高，目前正由速率级向战术级精度迈进从1991年起，根据随机游走系数定义的陀螺性能指标，体微机械和表面微机械陀螺的性能在每2年便以10倍的速度得到提高(图5)，表面微机械陀螺与体微机械陀螺的性能差距也正越来越小。生产成本、性能和可靠性是微机械陀螺商业化的关键因素将产品成本降低到大规模汽车市场可接受的水平，需要精密微机械、高度真空封装、高性能接口电路和电子调谐技术。 Draper和Rockwell International从1993年开始合作将Draper的硅音叉陀螺商业化应用到汽车领域.其它许多公司也纷纷将各种类型的微机械陀螺推向商业市场。在一个芯片上组合多轴微机械传感器是微机械惯性传感器的

6、发展方向。目前已经有6自由度、手指甲大小的惯性测量单元(IMU)，其中组合了信号处理和控制电路。全硅结构、混合模式(体/表面微机械)制造技术、高纵横比深度干蚀刻技术与集成电路技术相结合，可以为未来高性能微机械陀螺提供需要的技术条件。通过牺牲层蚀刻、高尺寸比、具有高品质因子的厚结构和一致性材料特性及应用芯片级真空封装技术来制造亚微米结构间隙，将有助于微机械陀螺在性能上获得数量级的提高。深干蚀刻技术形成的厚、高尺寸比结构可以提供具有大尺寸振动结构的大的敏感电容，其有助于提高性能并简化封装。将结构间隙缩小到亚微米级，可使偏差和控制电压下降到CMOS能够接受的水平。此外对于未来的高性能战术级和惯性级微

7、机械陀螺，利用结构的动态电子调谐技术对温度进行补偿则有助于消除传感器的长期漂移影响。陀螺仪市场在很多应用领域都呈现高速增长的趋势。除汽车电子稳定系统和GPS接收机外，行业分析家认为MEMS陀螺仪将会在消费电子市场出现高速增长，例如，便携通信设备的运动用户界面以及摄像机和数码相机的图像稳定器。1.2 公司背景飞恩微电子有限公司是由一批从海外归来的集成电路、MEMS及光电子封装、汽车电子等领域的技术专家和优秀管理人才组成的高科技企业。飞恩微电子有限公司依靠其优秀的技术和管理团队，依靠其在海内外掌握的先进技术和丰富的实践管理经验，以汽车电子、工业电子和消费电子产品为核心业务，提供芯片（专用集成电路芯

8、片、MEMS芯片）、MEMS传感器、MEMS传感器系统产品、测试设备等四大类产品，以及ODM/OEM服务。飞恩微电子有限公司开发、生产的MEMS压力传感器、汽车轮胎胎压监测系统（TPMS）、电流传感器等系列产品已经被多家知名的汽车制造商采用，并且基于低成本的ASIC和塑料封装技术正在进入消费电子领域。飞恩微电子已经开始一个基于SiC的功率电子封装研究项目，目的是希望吸引新的投资来建立一个新的部门或同新的投资伙伴或战略伙伴成立一个合资公司。图2 飞恩微电子有限公司介绍1.3 市场机会MEMS传感器的应用不断扩大，它们在工业控制、航天、汽车、医疗等各个领域都得到了应用，是物联网的核心。2005 年

9、，美国 ABI 研究公司公布了一份专门针对传感器市场的研究报告。这份名为汽车传感器：加速计、陀螺仪、霍耳效应、光学、压力、雷达以及超音速传感器的报告，对未来10年主要传感器的地区性使用前景作了预测。报告讨论了使用传感技术的许多先进安全系统，并提供了主要 40 家生产厂家的详细资料，以及 100多家生产厂家名录。这家调查公司的一位资深分析师认为，是主动式安全系统推动了传感器被越来越多地使用。在汽车业，安全系统成为传感器的最大市场。 根据“全球信息公司”的调查报告，全球轻型汽车传感器 OEM 市场年均增长率 7.4%，其增长幅度远远超出汽车本身的年均增长率。在发达国家，随着汽车电子系统日益完善，电

10、子传感新技术快速发展，但已经成熟的传感器产品的增长将趋缓甚至可能下降；在发展中国家，基本的汽车传感器主要用于汽车发动机、安全、防盗、排放控制系统，增长量十分可观。用于发展中国家汽车批量生产，以减少成本。汽车传感器供应商面临严峻挑战：一方面要扩大产能产量，另一方面要不断减低成本，这种发展趋势未来将不可能改变。MEMS陀螺仪器在航空和航天事业中也得到广泛的应用。传统的静电陀螺仪是由高速旋转的转子，内环、外环和基座组成，这种陀螺仪的内外环通常是用滚珠轴承支承，这些通常是用机械加工方法制成，需要加工精度高，难度大，而且做成的陀螺仪体积大、重量重，造价至少在百万人民币以上。其它如激光陀螺及光纤陀螺根据不

11、同的精度，往往售价也在20万至几百万人民币之间，而且体积较大，一般在军事上使用，市场规模有限。MEMS陀螺仪，是基于MEMS技术而制造的陀螺仪，它与传统的陀螺仪不同， MEMS陀螺都舍弃了飞轮的设计方法而采用振动型的设计, 通过测量转动在振动体上产生的哥氏力所激发的正交振动来检测转动的角速度。MEMS陀螺仪由于其体积小、重量轻、成本低、可靠性高、低功耗、易于数字化等多种优势。1.4 产品与服务项目完全投产后，将建成一个年产43万只传感器的生成线，拥有完整的、国内领先的检测、试验设备；年产值可达5000万元以上。1.5 市场战略本项目将以飞恩公司成立新事业部或新公司的形式开展，通过拥有自主知识产

12、权的电力电子器件封装及系统封装散热技术，相比国内同行业领先的封装设计能力和大量测试数据，以及我们独有的虚拟测试及虚拟可靠性测试技术，逐步建立起产品品牌，并通过进入具有行业龙头地位的用户塑造企业形象，拓展企业规模及市场占有率。1.6 管理和技术人员公司由一批从海外归来的封装领域及MEMS领域的专家和管理人员组成，并在公司运营的多年来培养了一批电子封装及系统封装的技术人才；同时引进华中科技大学光电国家实验室封装专业和微电子专业的多名博士，形成了具有极强专业背景的技术团队，已在相关领域申请了数十项发明专利（中国和PCT专利）。1.7 投资规划本项目规划总投资5000万元，其中1600万元用于厂房建设

13、，2400万元用于购置生产设备和产品性能检验试验平台等；经营性流动资金1000万元。另外我们还可能获得额外的5000万元贷款。第二章：公司介绍一、宗旨（任务）我们的目标是“创世界先进技术、做国际一流企业、为客户提供具有国际先进水平的技术、产品和服务”，我们始终把技术创新作为企业发展的立足之本，使我们成为MEMS陀螺仪技术及封装技术的领导者。我们立志于在封装技术领域尤其是MEMS陀螺仪技术领域达到国际先进水平，改变国内MEMS陀螺仪技术落后的现状。为达到此目标，我们采取先进的建模仿真技术、虚拟测试技术来实现。我们始终把人才、装备建设和提高企业经营管理水平作为履行对客户承诺的重要保障措施。飞恩微电

14、子有限公司真诚地希望与广大合作伙伴携手共进，永续发展。二、公司简介飞恩微电子有限公司是由一批从海外归来的集成电路、MEMS及光电子封装、汽车电子等领域的技术专家和优秀管理人才组成的高科技企业。飞恩微电子有限公司依靠其优秀的技术和管理团队，依靠其在海内外掌握的先进技术和丰富的实践管理经验，以汽车电子、工业电子和消费电子产品为核心业务，提供芯片（专用集成电路芯片、MEMS芯片）、MEMS传感器、MEMS传感器系统产品、测试设备等四大类产品，以及ODM/OEM服务。飞恩微电子有限公司开发、生产的MEMS压力传感器、汽车轮胎胎压监测系统（TPMS）、电流传感器等系列产品已经被多家知名的汽车制造商采用，

15、并且基于低成本的ASIC和塑料封装技术正在进入消费电子领域。图3 飞恩微电子MEMS压力传感器、TPMS、电流传感器产品系列飞恩微电子不仅在MEMS传感器领域取得了成功，而且还作为协作单位参与了2010年国家高技术研究发展计划（863计划）先进能源技术领域能源高效转换高压大容量新型功率器件研发与应用课题的研究。由于飞恩公司在汽车MEMS传感器领域的专业及成长潜力，2012年已从美国华尔街风险投资公司SID和ABACI获得共600万美元的风险投资用于产能扩充及新品研发，主要用于基于MEMS的产品。三、公司战略电力电子器件及驱动系统的市场目前主要由国外厂家占据，主要的厂家有：Invensense、

16、Bosch、ST等，因此存在很大的进口替代空间。而且国外厂家由于产量饱和及其它原因，经常发生交货不及时、售后服务差的情况。飞恩微电子的市场战略是将本公司MEMS陀螺仪项目变成国内汽车电子和消费电子主要生产与供应商，配合先进的器件、系统封装技术及量身定做式的产品,帮助顾客实现降低成本的同时仍然保证质量以赢得市场；并且通过及时交付和迅速精准的售后服务赢得顾客的赞赏。飞恩微电子的MEMS陀螺仪项目目前正同多家研究所合作，为其研发专用系统。而在供应链上，飞恩微电子正与Si-ware、Tronics工厂洽谈合作，由其代工MEMS芯片与ASIC。通过与这两家公司的合作可以可以使飞恩微的MEMS陀螺仪，建立

17、稳定可靠的供应渠道，同时还有助于降低成本。四、技术飞恩微电子创始人、总经理刘胜博士是本项目的技术领军人物，1963年生，长江学者特聘教授。1992年在美国斯坦福(Stanford)大学获得博士学位。1992年到1995年在佛罗里达理工学院任教。1995年到2001年任美国Wayne州立大学机械工程系和制造研究所终身教职，电子封装实验室主任。2004年5月至今任长江学者特聘教授、华中科技大学特聘教授、华中科技大学教授、微系统研究中心主任、武汉光电国家实验室（筹）微光机电系统研究部负责人。2002年5月到2006年受聘为科技部微机电系统重大专项总体专家组成员。2006年11月至今受聘为科技部半导体

18、照明重大项目总体专家组成员。2009年首批入选中组部“千人计划”。2009年当选为美国机械工程师学会（ASME）院士。 2012年当选为科技部微纳制造主题专家。同时是电气和电子工程师学会(IEEE)高级会员。在国内国际发表文章700多篇，申请和授权中国发明专利、美国专利达到近300项，组织和主办国际会议6次，主笔、参与编写专著7本。合作出版两本封装领域著作。先后获得美国白宫总统教授奖（1995），美国ASME青年工程师奖（1996年），国际微电子及封装学会(IMAPS)技术贡献奖（1997年），中国杰出青年基金（B）（1999），NSF青年科学家奖（1995），长江学者特聘教授（2004），I

19、EEE CPMT杰出技术成就奖（2009），中国电子学会电子制造与封装技术分会电子封装技术特别成就奖（2009），中国物流与采购联合会一等奖（2009），中国电子学会电子信息科学技术二等奖（2009）。刘胜博士提出了用于微电子封装的并行工程和工艺力学框架，包括材料数据库（含本构关系）、器件数据库、载荷数据库、多尺度和多物理建模、提出了新颖的试验工具、试验手段和在线检测手段，以及加速试验的评估方法，并用于研究各种封装结构形式和封装工艺，如塑料封装、陶瓷封装、倒装焊、球栅阵列（BGA）、芯片级封装（CSP）、高密度互连（HDI），以及制造过程产生的应力、变形和可靠性问题。系统研究了一些重要封装材料

20、与结构（如焊料、薄膜、填充塑料、模塑料、电路板、高密互连等）的加载速率/时间/加载路径和集成系统性能的相关关系。刘勇博士，IEEE高级会员，ECTC、Eurosime、EPTC和ICEPT技术委员会成员，美国仙童半导体公司首席工程师，飞恩微电子有限公司高级顾问，1995-1996年获德国洪堡基金，在德国布伦瑞克工业大学从事合作研究；1997获洪堡欧洲基金，在英国剑桥大学做学术研究；1998年在美国加州大学进行合作研究；1999-2000年美国伦斯勒理工学院访问教授，从事微电子芯片封装研究；2001年至今在美国Fairchild（仙童）半导体国际公司从事技术研发工作。已获得超过40项美国专利，出

21、版了两本专著（微电子器件及封装的建模与仿真、Power Electronic packaging），并定期为许多国际性组织如Eurosime, ECTC, APM, ICEPT, EPTC进行演讲和培训。表 1 飞恩微电子申请的陀螺仪及其MEMS器件相关的专利序号专利名称专利号发明人1三自由度谐振硅微机械陀螺仪201110136712刘胜;罗璋;陈君杰2惯性测量单元201010526112刘胜 陈君杰 刘超军3一种微型陀螺仪200720085639刘胜;甘志银;罗小兵;艾叶4一种微机电系统的圆片级真空封装方法200910061898汪学方;黎藜;张卓;刘川;甘志银;张鸿海;刘胜5一种硅通孔互连

22、结构的制备方法200910060749刘胜;高鸣源;胡程志;吴一明6微机电系统后封装工艺3119029刘胜;张鸿海;易新建;汪学方;陈四海7一种真空封装方法及其装置200610072545志银;刘胜;汪学方;张鸿海;王成刚;林栋8MEMS圆片或器件的动态测试加载装置200510018470汪学方;史铁林;张鸿海;刘胜;施阳和;甘志银;谢勇君9微机电系统圆片级真空封装导线互连结构及其制造方法200910306690汪学方;张卓;刘川;甘志银;张鸿海;刘胜;罗小兵10圆片级真空封装横向互连结构及其制造方法200910272424汪学方;刘川;张卓;罗小兵;甘志银;张鸿海;刘胜11一种微机电系统的圆

23、片级真空封装工艺200910061897汪学方;黎藜;张卓;刘川;甘志银;张鸿海;刘胜12一种加工硅通孔互连结构的工艺方法200910060750刘胜;高鸣源;胡程志;吴一明13微系统真空封装装置200510018218刘胜;汪学方;甘志银;张鸿海;关荣锋;林栋14一种局部键合后封装方法3153968赖建军;汪学方;刘胜;易新建15与集成电路工艺兼容的三维微结构模压刻蚀方法200410012626王志勇;刘胜;张鸿海;贺德建;胡晓峰;汪学方;陈志凌;马斌16一种用于圆片真空封装的夹具200510018220刘胜;汪学方;甘志银;张鸿海;关荣锋;林栋17种低温集成的圆片级微机电系统气密性封装工艺

24、3156716汪学方;张鸿海;刘胜;王志勇;马斌;贺德建18一种低温圆片键合方法200810047370陈明祥;刘文明;刘胜五、价值评估通过建立汽车与消费MEMS陀螺仪的生成线，实现年产43万只传感器，累计4年共生产175万只的目标，可带来约14500元的销售收入，利润12707.84万元。六、公司管理公司设立董事会，由总经理直接对董事会负责，首席技术总监负责研发及生产，副总经理负责市场销售，首席财务总监负责财务部门。公司的组织架构图下图所示。图15 公司组织机构图七、知识产权策略技术创新能力是高科技企业发展的核心竞争力，而知识产权则是创新能力的最好体现。自公司成立之日起，飞恩微电子就在知识产

25、权的建立和保护上高度重视。公司已委托律师事务所专门处理相关事宜，对我们的核心专利技术实行严格的保护措施。截止到目前为止，飞恩微电子累计共有29项专利已获得专利授权。公司还通过情报检索、市场监控等手段提前收集、整理信息，分析和判断竞争对手的信息，避免公司侵犯他人的专利或当自己专利被他人侵权时可采取紧急应对措施以规避风险，减少损失。八、场地与设施飞恩微电子研发部门位于武汉东湖高新技术开发区创业街7栋14楼，生产地址位于东湖高新技术开发区2号楼B栋2楼，并在上海设有办事处。现有场地主要用于MEMS传感器的研发与生产。新的生产线与现有生产线无法共用，需新建厂房。为满足规划的产能，我们需建立一个2000

26、平米厂房。由于是需要对芯片进行封装及组装，为避免硅片受到空气中微粒子等有害物的污染，需要建立超净间。产线需要700平米万级超净间，300平米总装线；另外1000平米用于办公室、试验室及库房。第三章：市场分析一、市场介绍MEMS市场目前MEMS市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等。大多数工业观察家预测，未来5年MEMS器件的销售额将呈迅速增长之势，年平均增加率约为18%，因此对机械电子工程、精密机械及仪器、半导体物理等学科的发展提供了极好的机遇和严峻的挑战。MEMS传感器技术随着信息技术发展要求变得更加严格，全球的MEMS传感器市场随着平板电脑以及手机的强劲增长

27、变得缓慢下来。受全球经济疲软影响，全球MEMS传感器市场增长速度放缓，预计未来几年将保持年均8%的复合增长率;主要增长动力来自于消费电子领域特别是手机领域，汽车电子领域增幅有所放缓;未来几年平板电脑和智能手机领域的MEMS传感器应用仍将保持强劲增长，但产品零售价有逐步下降趋势。从2008年到2012年全球的MEMS传感器市场由一个急剧增长的状态变得平稳下来，由刚开始欧洲市场受到债务危机以及汽车工业下滑的影响，市场份额略有下降，以德国、芬兰、法国为代表的欧洲国家MEMS传感器加工产业发展迅速，而市场份额保持稳定的美国，仍是全球高端技术及产品的重要发源地。如图 1所示，世界的MEME市场从2011

28、年至2017年将以复合年增长率13%的速度迅速增长，预计到2017年整个MEMS市场将超过210亿美元。图 1 MEMS市场预测分析（2011年2017年）（数据来源：Yole development 2012）图 2展示的是排在前30的MEMS厂商（2011年），其中前四位分别为TI(德州仪器)，STMicro(意法半导体)，HP（惠普）和Bosch（博世），这四家厂商年度收入均大于7亿美元，而其他的厂商年度收入从5千万美元到3亿美元不等。图 2 2011年前30的MEMS厂商（数据来源：Yole development 2012）在平板电脑以及智能手机市场的带动下，市场份额不断上升，当然这

29、些传感技术的消费不少来源全球以及我国市场的调整。在我国受全球经济疲软以及国家谨慎的宏观政策影响，2011年我国MEMS传感器市场增速出现放缓的迹象，但仍明显高于全球增速，我国MEMS传感器市场如今增速放缓，发展态势良好。这些稳定的发展得力于MEMS传感器在消费产品中的渗透率得到了进一步提高。MEMS市场按照应用分类，可以分为消费、工业、医疗、汽车、航天、电信、防御等。图 3是MEMS器件按照应用分类的市场预测，从图中看到，医疗和消费的应用是增长的主力。图 3 MEMS器件按应用分类的市场预测（数据来源：Yole developpement 2012）从器件的复合年增长率来看，排在前三的分别是微

30、显示器(Micro displays)、振荡器(Oscillators)、惯性组合器件(Inertial combos)，如图 4所示，其复合年增长率分别为91%、64%、63%。图 4 各器件的复合年增长率排行（数据来源：Yole developpement 2012）陀螺仪市场作为MEMS器件中的增长主力之一，MEMS陀螺仪的市场预计到2017年将超过16亿美元，如图 5所示。图 5 陀螺仪市场预测（数据来源：Yole Developpement 2012）根据陀螺仪工作原理的不同，可以分为MEMS陀螺仪，环式激光陀螺仪（Ring Laser Gyroscopes, RLG），光纤陀螺仪（

31、Fiber Optic Gyroscopes, FOG），半球谐振陀螺仪（Hemispheric Resonant Gyroscopes, HRG）。目前光学陀螺仪技术仍大幅占据市场，特别地，环式激光陀螺仪广泛地用于导航系统以及战术制导，一个例子是霍尼韦尔（Honeywell）公司的 HG170 IMU。 尽管环式激光陀螺技术霸占高端市场，根据Yole Developpement的预期，在20112017年间，两种其他的陀螺技术将有很大的增长：光纤陀螺仪（FOG）和MEMS陀螺技术。光纤陀螺仪现在在稳定性应用非常流行，而且将迅速最终代替其他导航技术，而MEMS陀螺技术，对工业应用有非常大的影响

32、。随着低成本MEMS传感器的普及，新型应用也遍地开花，而且随着在过去的几年在可靠性方面的技术突破，MEMS技术也开始应用于战术级应用。MEMS 陀螺现在在高可靠性要求的环境下的应用已经可以接受，而且甚至开始取代光纤陀螺以及其他战术级应用的技术。其他的陀螺仪技术：半球谐振式陀螺仪（HRG）是为导航而设计的；科氏振动压电陀螺在许多终端市场得到增长，动力协调陀螺仪（Dynamic Tuned Gyroscope, DTG）以及其他机械陀螺技术仍然存在与一些改进的两轴稳定系统或回转罗盘中，但是这种趋势即将终结。根据陀螺仪的零偏稳定性的不同，可以分为几个范畴，其中工业级（6/h），战术级（0.55/h）

33、，短期导航（0.050.5/h），高端导航/战略级（0.04/h）中不同原理的陀螺仪所占比例如图 6所示。图 6 2011年不同类型的陀螺仪在各级别陀螺所占的比重（数据来源：Yole dveloppement 2012）从上图的趋势，可以看出，MEMS陀螺仪主要占据工业级陀螺仪的市场，在高端陀螺仪市场（战术级、战略级）主要由光学陀螺仪（光纤陀螺仪以及环式激光陀螺仪）占据。二、目标市场从陀螺仪的应用级别来看，战术级陀螺与战略级陀螺对陀螺仪的零偏稳定性要求极高，目前光学陀螺（环式激光陀螺与光纤陀螺）才能达到此要求，战术级与战略级的陀螺有行业壁垒，投入的研发成本较大，而且被跨国公司与军工企业所垄断。

34、因此我们的陀螺仪级别定位于工业级，应用市场为汽车市场与消费市场。同时由于武汉地区是我国海军舰艇研究所的集中地，因此某些军用市场也将是我们关注的焦点。（1） 陀螺仪的汽车应用汽车性能的提升以及汽车市场的蓬勃发展,推动了汽车传感器的快速增长。被动式传感器在某些应用上已难以满足高精度要求,主动式传感器应用将越来越广。随着汽车性能的提升以及中国汽车市场的快速增长,汽车中所用的传感器越来越多,中国汽车传感器市场进入快速增长期。汽车性能的提升,对传感器的性能也提出了更高的要求,被动式传感器在某些应用上已难以满足高精度要求,主动式传感器应用将越来越广。此外,对于一些有共性或者信号来源可以共用的传感器,高度整

35、合将成为趋势。随着汽车性能的不断提升以及国家对汽车各项标准要求的不断提高,每辆汽车所需的传感器越来越多。 汽车数量的增加以及每辆汽车上所采用的传感器增多,决定了中国汽车传感器市场容量必将不断增大,中国传感器市场正进入蓬勃发展期。未来的汽车传感器技术，总的发展趋势是向微型化、多功能化、集成化和智能化方向发展，利用 MEMS 将微米级的敏感元件、信号处理器及数据处理装置封装在一块芯片上而制作成的汽车传感器具有体积小、灵敏度高、能耗低、价格便宜的特点，工作寿命可达到 106 小时，并便于厂商进行大批量生产。而 MEMS 传感器的这些特点使得它们非常适于汽车方面的应用。这些传感器的应用如图 7所示。图

36、 7 汽车电子中多种MEMS传感器的应用随着半导体行业的发展，MEMS 技术成为微型化、集成化的基础，采用 MEMS技术的传感器不仅变得微型化，还具有信息检测与控制等诸多功能，可以实现智能化。因此，以 MEMS 技术为基础的微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器的主流。目前 MEMS 汽车传感器主要应用于汽车的发动机控制系统、车身控制系统和底盘控制系统，典型产品有压力传感器、惯性传感器及倾角传感器等。在 MEMS 惯性传感器中，MEMS 陀螺仪广泛应用于汽车中，美国德尔科、BEI 公司采用MEMS 技术，批量生产固态石英压电陀螺仪，可用于高档汽车、导航、

37、飞机及航天等市场上。德国博世、日本松下的汽车用角速率传感器的单只售价在 25 美元，但要获得大量应用，还要解决测量电路和封装技术的稳定性和可靠性，产品的价格等诸多问题。作为汽车电子中重要组成部分的惯性传感器，包括加速度传感器及陀螺仪等，主要用于安全气囊监测、翻转监测、ESC、GPS 导航、防翻滚系统等。而 MEMS 技术的发展，更是使得惯性传感器更有效的用于包括汽车电子在内的多种电子产品中。例如，ESC 系统就是 MEMS惯性传感器市场最主要的增长推动力。在欧美一些国家，ESC 系统已经成为车辆的标准部件，并且自2012年式开始，美国和欧盟要求销售的乘用车必须配备ESC。这一强制措施必将增加汽

38、车市场对加速计和陀螺仪的需求量。时下，在一辆功能齐全的汽车中会用到很多惯性传感器。在某些情况下，会用到多达 15 个轴的惯性传感器(加速度计和陀螺仪)。由于只有 6 个可能的机械自由度，显然这些传感器中有很多个是多余的。造成这种情况的原因是，长久以来客户的每个系统都是从不同供应商那里购买的。但今天，惯性传感器组的概念将它们的信息发送给任何有需要的系统，成为许多汽车 OEM 的目标。除了当今许多汽车中使用的正面和侧面碰撞安全气囊，侧翻检测系统目前也在货车、皮卡以及 SUV 中普及开来，因为这些车辆发生侧翻的可能性更高 ADI公司的 iMEMS?加速度计和陀螺仪可用于这些应用。在侧翻事件中，部署侧

39、翻安全气囊能保护乘客安全。侧翻检测系统通过读取车辆的翻滚角度和翻滚速度来确定汽车是否处于侧翻的过程。如果确定发生侧翻，侧翻安全气囊将弹出以便保护乘客。强强联合是该应用领域的一大特色，比如擅长 MEMS 加速度计和陀螺仪的ADI 就与拥有完整安全气囊系统专用元器件的英飞凌联手打造汽车安全气囊系统，从而加快高级安全气囊系统的开发进度，并向汽车安全系统供应商和 OEM提供完整的设计平台，以实现可靠、极具成本效益和简单易用的高级安全气囊解决方案。随着产业发展，以 MEMS 技术为基础的微型化、多功能化、集成化、且智能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器的主流。此外，因为 MEMS传感器在汽

40、车应用中承担着关键任务 ，汽车客户有一些独特或特殊的需求，其中包括：非常严格的质量控制、环境友好、高可靠性(用户比较喜欢采用一些老的技术，因为这些老的技术久经验证)、准时交货。（2）陀螺仪的消费应用市场MEMS陀螺仪主要占据工业级应用的陀螺仪市场。随着MEMS陀螺仪的成本降低，体积减小以及高可靠性的保证，MEMS陀螺仪将出现在越来越多的应用中。3轴MEMS陀螺仪的消费市场从2011年到2017年预计以22.8%的复合年增长率的速度高速增长。到2017年将接近16亿美元，如图 8所示。图 8 三轴陀螺仪及其组件的消费市场分析（数据来源：Yole Developpement 2012）随着3轴陀螺

41、仪技术的突破，越来越多的应用将集成陀螺仪，根据Yole Developpement的调研，如图 9所示，三轴陀螺仪从2010年在手机、PMP，游戏中的应用将逐步扩展到远程控制、运动与健身、笔记本、DSC、手持GPS以及玩具等多种应用中。随着应用范围的扩展，3轴陀螺仪的市场需求也将快速增长。图 9 三轴陀螺仪的应用路线图（数据来源：Yole Developpement 2012）据IHS iSuppli公司的MEMS市场追踪报告，由于苹果iPhone和iPad去年第四季度创出最高销量纪录，2011年陀螺仪成为消费与移动MEMS领域中的创收大户。2011年陀螺仪创造的营业收入达6.554亿美元，比

42、2010年的3.945亿美元大增66%。长期排名第二的陀螺仪去年终于超过加速计，成为消费与移动MEMS领域中的营业收入冠军。未来几年，陀螺仪将继续保持营业收入冠军的位置，到2015年其营业收入将增长到11亿美元，远远超过加速计的7.05亿美元，去年陀螺仪占消费与移动应用领域中各类运动传感器总体营业收入的41%。这些器件包括加速计和电子罗盘，总体营业收入为16亿美元。2010年总体营业收入为11亿美元，当时陀螺仪占24%。陀螺仪去年营业收入排名升至第一，主要是因为三轴陀螺仪销量大增。多数三轴陀螺仪与三轴加速计一起使用，提高动作感测的精度。加速计用于根据用户的观看角度来正确调整画面方向，不管是横向

43、还是竖向。而陀螺仪则用于改善基于运动的界面，尤其是在游戏过程中。在智能手机领域，陀螺仪的新兴应用还包括光学图像稳定和导航相关的功能。智能手机和媒体平板是三轴陀螺仪的主要应用，而2011年第四季度iPhone和iPad销量大增，推动了三轴陀螺仪市场的增长。在陀螺仪创造的6.55亿美元营业收入中，三轴陀螺仪占4.62亿美元，高达71%。苹果是陀螺仪的主要用户，占三轴陀螺仪消费量的62%，三星电子和LG电子等其它厂商去年也增加了使用量。从供应商角度来看，意法半导体在陀螺仪与加速计方面都是最大的生产商，苹果2011年占其MEMS业务的一半。意法半导体是iPhone与iPad的陀螺仪与加速计独家供应商。

44、最晚到2014年，在一个“组合”封装中包含三轴加速计与三轴陀螺仪的6轴惯性测量单元（IMU）将在三轴陀螺仪销量中占最大比例。在组合传感器方面，最近厂商宣布了特别紧凑的6轴罗盘模块，在一个封装中包含一个罗盘与一个加速计；9轴IMU，在6轴IMU中增加了三轴电子罗盘。Bosch Sensortec和InvenSense分别推出了尺寸非常小的6轴罗盘模块和9轴IMU。除了目前用于智能手机与平板电脑以外，运动传感器不断找到新的用武之地，如电视遥控器以及英特尔力推的超薄型Ultrabook笔记本。新一代遥控器，如美国加州Roku推出的产品，已经包含9轴传感器组合，或者是分立式结构，或者是组合式结构。预计

45、这种趋势将迅速扩展。英特尔建议其Ultrabook生产商使用加速计、陀螺仪、电子罗盘甚至压力传感器。但IHS公司认为陀螺仪与罗盘组合将主要用于“可变身”Ultrabook中，而不会用于所有Ultrabook之中。“可变身”Ultrabook具有一个屏幕，可以变成平板电脑。到2015年，电视遥控器与Ultrabook应用将因为使用加速计、陀螺仪和电子罗盘而额外创造1.55亿美元的营业收入，而2011年只有900万美元。第四章：竞争性分析目前，国际厂商在MEMS陀螺仪设计与生产加工仍有绝对优势，图 10展示的是MEMS陀螺仪的设计、生产、封装、测试与校准、软件、一直到集成的整个产业链中所涉及到的厂

46、商。从图中可以看出，绝大部分厂商为国际厂商，其中InvenSense、Bosch等厂商在MEMS陀螺仪的产业链上有绝对的优势。图 10 与MEMS陀螺仪产业链有关的厂商（数据来源：Yole Developpement 2012）国内厂商中，有深迪（Senodia）和美芯（MEMSIC）上榜，报道显示， 深迪半导体(上海)有限公司(Senodia Technologies (Shanghai) Co., Ltd)日前正式对外宣布，公司已收购Melexis(迈来芯公司)汽车级单轴微机电(MEMS)陀螺仪产品线，该产品在全球已经广泛使用在汽车航位推算导航(惯性辅助导航)、汽车安全系统(汽车稳定系统、

47、车辆侧翻保护)、机器人、大型工业机械、农业机械以及航空(飞行控制)、航海等领域。目前，深迪半导体推出了型号为SZ007A的产品，是中国首款面向汽车级和工业级的单轴MEMS陀螺仪。该产品已经实现批量生产，转移产品线后第一批量产的成品也已送交海外客户手中。目前，MEMS陀螺仪的产业链中，国产厂商仍处于产业的下游，MEMS陀螺仪芯片的设计与生产仍需要依靠国外厂商，总体上讲并未打破国外厂家垄断的格局。国内的厂商中，只有深迪宣布已发布MEMS陀螺仪，不过其是依靠对国外厂商产品线的并购。针对中国市场的强大需求，飞恩对MEMS陀螺仪的自主研发并生产仍能占有一席之地。 第五章 战略与实施一、 技术路线针对陀螺

48、仪中的组件结构，我们确定其设计的技术路线如下图所示：图 11 MEMS陀螺仪开发的技术路线二、 产品技术方案(1) 初步设计及性能评估我们利用传感器的初步设计来和系统要求进行最佳匹配。初步设计是基于系统的动力学分析得到实现的。我们从之前的项目中获得实验数据来确保结果与最终的传感器性能相关联。我们对传感器建模的首选方法是利用Matlab和Simulink这些仿真工具。这些分析工具支持对传感器结构的参数建模并且用于计算传感器在外部角速度输入时的动力学响应。示例显示的系统模块描述了传感器的驱动轴和感应轴。这种分析工具同样包含非线性单元，这些单元在传感器和电子的非理想单元建模中非常重要。动力学模型也用来计算预期的正交效应以及评估在设计外的影响比如冲击和振动。图 12 陀螺