Marktbericht zu MEMS-Drucksensoren: Größe, Marktanteil und Trendanalyse nach Typ (Silizium-Piezoresistiv, Silizium-Kapazitiv), Vertriebskanal (Online, Offline), Anwendung (Medizin, Automobilindustrie, Industrie, Luft- und Raumfahrt, Haushaltsgeräte, Unterhaltungselektronik, Sonstige) und Region (Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Naher Osten und Afrika, Lateinamerika) – Prognosen für 2023–2031

Wachstumsfaktoren des Marktes für MEMS-Drucksensoren

Entstehung von Automatisierung und Industrie 4.0

MEMS-Sensoren werden in der Automatisierung und in Industrie-4.0-Anwendungen eingesetzt, da sie in Systemen zur Früherkennung von Fehlern und zur vorausschauenden Wartung verwendet werden können, wo Temperatur-, Vibrations-, Druck-, Schall- und Akustikanalysen erforderlich sind. Industrie 4.0 und die Einführung des Internets der Dinge (IoT), die zu erheblichen Veränderungen in der Fertigung geführt haben, erfordern von Unternehmen den Einsatz von Technologien, die die menschliche Arbeitskraft durch Automatisierung ergänzen und Industrieunfälle aufgrund von Prozessstörungen reduzieren.

Darüber hinaus stellt die zunehmende Bedeutung automatisierter Produktionstechniken eine wichtige Entwicklung mit Auswirkungen auf die Branche dar. Die indische Regierung hat sich laut Daten des IBEF das ehrgeizige Ziel gesetzt, den Anteil des verarbeitenden Gewerbes am Bruttoinlandsprodukt (BIP) bis 2025 von 16 % auf 25 % zu steigern. Das Programm „Udyog Bharat 4.0“ und der „Smart Advanced Manufacturing and Rapid Transformation Hub“ (SAMARTH) zielen darauf ab, das Wissen über Industrie 4.0 unter indischen Herstellern zu erweitern und den Beteiligten die notwendigen Werkzeuge für den Umgang mit Automatisierungsherausforderungen an die Hand zu geben. Daher wird erwartet, dass das starke Wachstum der Automatisierung in allen Branchen und die zunehmenden Bemühungen um Industrie 4.0 den Markt im gesamten Prognosezeitraum beflügeln werden.

Neue Produkteinführungen und Investitionen wichtiger Akteure

Der Markt wird zunehmend wettbewerbsintensiver, da verschiedene etablierte und neue Akteure im Bereich der Automatisierung immer neuere Produkte entwickeln und auf den Markt bringen.

• So kündigte ABB beispielsweise im Februar 2021 die Markteinführung seiner neuen Cobot-Familien GoFa und SWIFTI an und erweiterte damit sein Portfolio an kollaborativen Robotern der YuMi-Serie. Mit der Einführung dieser leistungsstärkeren, schnelleren und vielseitigeren Cobots will das Unternehmen seine Expansion in wachstumsstarken Segmenten wie dem Gesundheitswesen, der Konsumgüterindustrie, der Elektronikbranche, der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie der Logistik beschleunigen und die steigende Nachfrage nach Automatisierung in zahlreichen Branchen bedienen.

Darüber hinaus zieht die in den Vereinigten Staaten entwickelte Infrastruktur für Automatisierung Investoren an.Smart-Factory-LösungenDie

• Beispielsweise gab Deloitte im Dezember 2021 bekannt, dass Siemens Digital Industries Software als Gründungssponsor der Smart Factory eingestiegen ist. Die Smart Factory Wichita ist eine 5.574 Quadratmeter große, nachhaltige Produktionsstätte auf dem Innovationscampus der Wichita State University. Sie verfügt über eine voll funktionsfähige Produktionslinie und praxisorientierte Labore zur Entwicklung und Erprobung von Smart-Factory-Funktionen. Solche Faktoren fördern das Marktwachstum.

Hemmende Faktoren

Komplexität im Hinblick auf mehrere Schnittstellen

Einige der größten Probleme bei der Entwicklung sensorbasierter Systeme ergeben sich aus den Schnittstellen. Die zahlreichen Herausforderungen im Zusammenhang mit Sensorschnittstellen erschweren die Entwicklung und Fertigung erheblich. Sie stellen eine große Herausforderung dar, obwohl sie für die Entkopplung von Komponenten und die Wiederverwendung in verschiedenen Systemen unerlässlich sind. Mehr als ein Drittel der Teilnehmer einer aktuellen Studie von Fierce Electronics zum Thema Sensordesign gaben an, dass die Integration von Sensoren in ein Design ihre größte Herausforderung darstellt.

Die Integration mehrerer Sensoren zur Erzeugung eines einzigen Signals, das die vom System benötigten Informationen liefert, kann komplex werden. Verständlicherweise ist der Einsatz mehrerer Sensoren – unter sonst gleichen Bedingungen – teurer. MEMS-Chips werden für die Interaktion mit der Umgebung zur Datenerfassung, Vernetzung und Aktorik benötigt. Die MEMS-Gehäuse sind anwendungsspezifisch und ermöglichen die physikalische Schnittstelle des MEMS-Bauelements zur Umgebung. Raue Umgebungen stellen besondere Herausforderungen an die MEMS-Gehäuse und schränken das Marktwachstum ein.

Marktchancen

Steigende Nachfrage nach sensorreichen Anwendungen

Sensortechnologien haben den Alltag der Menschen in nahezu allen Anwendungsbereichen positiv beeinflusst. Sensoren erfassen und sammeln Signale aus der Umgebung und passen die Reaktion entsprechend an. Verschiedene Quellen wie Licht, Temperatur, Bewegung und Druck können genutzt werden. Innovative Sensortechnologien finden Anwendung in zahlreichen Bereichen wie Lebensstil, Gesundheitswesen, Fitness, Produktion und Alltag. Auch Medikamentenspender mit Sensoren erleichtern die Medikamenteneinnahme im medizinischen Bereich. Sie senden ein Signal, um die Patienten an die Einnahme zu erinnern und geben das benötigte Medikament zum richtigen Zeitpunkt ab.

• So kündigte Superior Sensor Technology beispielsweise im Januar 2022 die Erweiterung seiner ND-Serie um zwei neue Drucksensorfamilien an. Diese neuen Geräte ermöglichen es Herstellern, kostengünstig stabilere und präzisere Produkte für verschiedene industrielle Anwendungen im niedrigen bis mittleren Druckbereich zu entwickeln.

Die neuen Mitteldrucksensoren unterstützen Hersteller von Ausrüstung für Handel, Transport, Forschung und Entwicklung sowie Fertigung. Die petrochemische Industrie legt bei ihren Drucksensoren besonderen Wert auf Zuverlässigkeit, Stabilität und hohe Genauigkeit. Die Fähigkeit, unter verschiedenen Betriebsbedingungen präzise Messungen durchzuführen und so Produktionsstabilität und Prozesskonsistenz zu gewährleisten, ist ein Beleg für die Stabilität der Drucksensoren und eröffnet damit Wachstumspotenzial für den Markt.

Regionale Einblicke

Der asiatisch-pazifische Raum ist mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 6,3 % eine dominierende Region.

Der asiatisch-pazifische Raum ist der bedeutendste Marktteilnehmer im globalen Markt für MEMS-Drucksensoren und wird voraussichtlich im Prognosezeitraum ein jährliches Wachstum von 6,3 % verzeichnen. Die Automobilindustrie in dieser Region zählt zu den größten der Welt und hat sich in den letzten Jahrzehnten von einer bescheidenen, staatlich kontrollierten Branche zu einem von großen multinationalen Konzernen dominierten Markt entwickelt. Laut IBEF wurden 2021 in Indien insgesamt 22.652.108 Pkw produziert. Darüber hinaus haben die großen regionalen Automobilhersteller in den letzten Monaten begonnen, massiv in verschiedene Bereiche der Branche zu investieren, um die steigende Nachfrage zu decken. Laut Daten des Ministeriums für die Förderung von Industrie und Binnenhandel (Department for Promotion of Industry and Internal Trade) flossen zwischen April 2000 und Juni 2021 30,51 Milliarden US-Dollar an ausländischen Direktinvestitionen (FDI) in die Branche, was 5,5 % der gesamten FDI entspricht. Diese Investitionen werden die Nachfrage nach MEMS-Drucksensoren in der Region weiter ankurbeln. Staatliche Investitionen und technologische Fortschritte in verschiedenen Sektoren treiben den regionalen Markt für MEMS-Drucksensoren ebenfalls an.

Europa ist die am schnellsten wachsende Region

Für Europa wird im Prognosezeitraum ein jährliches Wachstum von 5,4 % erwartet. Der Sektor der Unterhaltungselektronik ist in Europa stark entwickelt und profitiert von einer hochentwickelten Netzwerkinfrastruktur. Die Region zeichnet sich durch eine hohe Akzeptanz neuer Technologien und einen bedeutenden Marktanteil im Premiumsegment in allen Branchen nach den USA aus. Trotzdem ist Europa weiterhin ein wichtiger Importeur von Elektronikartikeln. So entfällt beispielsweise ein Drittel des europäischen Marktes auf chinesische Mobiltelefone. Dies dürfte sich jedoch aufgrund der jüngsten Entscheidung großer Volkswirtschaften, die Verträge mit Huawei zur Beschaffung von 5G-Technologie zu beenden, ändern. Darüber hinaus ist Europa dank bedeutender Automobilhersteller und Erstausrüster (OEMs) wie Robert Bosch GmbH, Volkswagen AG und Daimler AG ein globales Zentrum der Automobilindustrie. Die kontinuierliche Weiterentwicklung von MEMS-Drucksensoren für autonome Anwendungen im Automobilbereich dürfte den Markt im Prognosezeitraum maßgeblich antreiben.

Nordamerika dürfte aufgrund der breiten Anwendung in verschiedenen Sektoren wie der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie der Gesundheitsbranche und vielen weiteren ein signifikantes Marktwachstum verzeichnen. Strenge staatliche Vorschriften zur Fahrgastsicherheit und das starke Wachstum der Automobil- und Luftfahrtindustrie treiben den Markt für MEMS-Drucksensoren in Nordamerika zusätzlich an. Die Entwicklung der Informationstechnologie und diezunehmende Verbreitung von IoTVerschiedene Anwendungen in der Fertigungsindustrie, der Industrie und der Automobilbranche haben den regionalen Geschäftsaktivitäten eine neue Dimension verliehen. Darüber hinaus sind die zunehmende Automatisierung und Industrie 4.0, wachsende staatliche Vorschriften für Reifendruckkontrollsysteme (TPMS) sowie die steigende Nachfrage nach Anwendungen mit vielen Drucksensoren wichtige Faktoren für das Marktwachstum von MEMS-Drucksensoren in Nordamerika.

In Lateinamerika wird für den Prognosezeitraum ein stetiges Marktwachstum erwartet. Dies ist auf Fortschritte in der regionalen Automobil-, Unterhaltungselektronik-, Gesundheits- und Verteidigungsindustrie zurückzuführen, die neue Chancen eröffnen. Aufgrund des wachsenden Industriesektors dürfte die Nachfrage nach MEMS-Drucksensoren in Lateinamerika steigen. Mexiko, dessen Wirtschaft dank des florierenden Fertigungssektors eine positive Entwicklung verzeichnet, ist ebenfalls Teil der Region. Das Wachstum der Fertigungsindustrie, insbesondere der High-End-Fertigung, ist jedoch stark von der Automatisierung der meisten Prozesse durch den Einsatz von Drucksensoren abhängig. Die niedrigeren Lohnkosten in der Region führen zu einer raschen Expansion anderer Industriezweige. Der Wandel dieser Branchen hin zu Industrie 4.0 trägt zur Marktakzeptanz bei.

Im Nahen Osten und in Afrika zählen die Vereinigten Arabischen Emirate (VAE) aufgrund staatlich geförderter Ankerprojekte, niedriger Steuern und unternehmensfreundlicher Maßnahmen, die Automatisierung und die Entwicklung des Fertigungssektors begünstigen, zu den am schnellsten wachsenden Produktionsstandorten der Region. Darüber hinaus kündigte die Regierung der VAE Investitionen in Höhe von 75 Milliarden US-Dollar in den neuen industriellen Fertigungssektor des Landes an. Bis 2025 soll dieser Sektor 25 % zum BIP beitragen. Automatisierungsinitiativen werden das Marktwachstum in der Region weiter ankurbeln.

Segmentierungsanalyse

Nach Typ

Das Segment der piezoresistiven Siliziumsensoren hält den größten Marktanteil und wird voraussichtlich im Prognosezeitraum ein jährliches Wachstum von 5,5 % verzeichnen. Aufgrund ihrer großen Bandlücke, Korrosionsbeständigkeit, hervorragenden chemischen Inertheit, ihres hohen Elastizitätsmoduls und ihrer hohen Ladungsträgermobilität eignen sich piezoresistive Silizium-Drucksensoren besonders für raue Umgebungen. Um den Überlastschutz zu verbessern, muss das Konzept eines effektiven breiten Signals aufgegeben werden. Es ist notwendig, einen für höhere Druckbereiche ausgelegten Drucksensor zu verwenden. Während bei kapazitiven Drucksensoren ein mechanischer Anschlag eingesetzt werden kann, um eine Membranverformung unter Druck zu verhindern und einen sehr hohen Überlastschutz zu gewährleisten, ist dies bei den vergleichsweise kleinen Siliziummembranen piezoresistiver Druckzellen mit ihren minimalen Auslenkungen nahezu unmöglich. Piezoresistive Wandler, die in Siliziumwafer mit mikrostrukturierten Membranen eingebettet sind, haben sich als dominierender Ansatz für die Herstellung von Drucksensoren in der Automobilindustrie etabliert.

Der kapazitive Silizium-Drucksensor basiert auf der Messung von Druckänderungen durch Änderung des Abstands kapazitiver Elektroden mittels MEMS-Sensortechnologie. Er zeichnet sich durch geringen Stromverbrauch, hohe Impedanz, geringe elektrostatische Anziehung, geringe bewegliche Masse, geringe Wärmeentwicklung und berührungslose Messung aus. Silizium-kapazitive Sensoren bieten Leistungskennzahlen wie Nichtlinearität, Überlastfestigkeit, statische Druckfestigkeit und Zuverlässigkeit und übertreffen piezoresistive Siliziumsensoren, Keramiksensoren und Metallmembran-Kondensatorwandler. Insbesondere für Anwender, die Wert auf nichtlineare Kennwerte legen, ist der Silizium-Resonanzsensor oft besser geeignet als kapazitive Siliziumsensoren, da die Nichtlinearität von 0,05 % des Messbereichs (FS) über 60 % liegt. Der kapazitive Drucksensor wird mittels MEMS-Technologie gefertigt und hat eine Chipgröße von 3 mm.

Durch Bewerbung

Das Automobilsegment hält den größten Marktanteil und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich ein jährliches Wachstum von 5,5 % aufweisen. Die Automobilindustrie befindet sich im Wandel. Fahrzeuge werden elektrifiziert, vernetzt und automatisiert. Dieser Trend beeinflusst die Entwicklung und Qualifizierung von Halbleitern, einschließlich MEMS-Sensoren, für Automobilanwendungen. Während Halbleiterhersteller im Automobilbereich Produktdefinition, Validierung und Langzeitstabilität sorgfältig berücksichtigen, reagieren MEMS-Sensorhersteller auf die neuen Möglichkeiten, die sich durch Elektro- und automatisierte Fahrzeuge ergeben, indem sie Inertialmesseinheiten (IMUs) für automatisiertes Fahren und Batteriedrucksensoren für Lithium-Ionen-Batterien von Elektrofahrzeugen entwickeln. Darüber hinaus sind MEMS-Drucksensoren die am häufigsten verwendeten Sensoren in Automobilen. Mindestens 18 Automobilanwendungen haben das Wachstum von Drucksensoren gefördert, darunter Reifendrucksensoren, Bremssensoren in elektronischen Stabilitätskontrollsystemen, Seitenairbags und Motorsteuerung im Zusammenhang mit immer strengeren Emissionsnormen, atmosphärischem Druck und Abgasrückführungsdruck.

MEMS-Drucksensoren werden seit einigen Jahren in vielfältigen Anwendungen im Gesundheitswesen eingesetzt.

• Beatmungsgeräte unterstützen beispielsweise Patienten, die an einer Krankheit leiden, die die normale Atmung verhindert, oder die schwere Verletzungen erlitten haben. MEMS-Drucksensoren werden seit Langem in medizinischen Anwendungen eingesetzt und finden Anwendung in nicht-invasiven Verfahren.medizinische GeräteSeit den 1980er Jahren werden MEMS-Drucksensoren in Atemgeräten und Blutdruckmanschetten eingesetzt. Darüber hinaus finden sie Anwendung in invasiven Bereichen, beispielsweise als Sensoren an Katheterspitzen oder Implantate zur Messung von Blutdruck (systolisch und diastolisch), Herzzeitvolumen und Herzfrequenz. MEMS-Drucksensoren spielen eine wichtige Rolle bei der Atemwegsüberwachung und werden in Beatmungsgeräten zur Überwachung der Patientenatmung verwendet.