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2022年MEMS傳感器為國產傳感器發(fā)展打開了新的大門
2022-05-09
文章詳情

2022年MEMS感應器獲得長足經濟發(fā)展的同時,國產MEMS制造商面世更多新品,中高端MEMS感應器將有更多國產化替代選擇。

過去的兩年,紅外線太空船微流控元件消費市場就在新冠肺炎大流行中獲得了現(xiàn)象級的大幅快速增長。此外,禽流感帶來的居家隔離、遠程辦公,促進了5G部署、非接觸音視頻交互信息中心等應用應用領域經濟發(fā)展,從而加速了射頻濾波器、MEMS振蕩器、MEMS話筒元件的持續(xù)快速增長;但是,由于消費市場需求端的急劇萎縮,整體消費類MEMS消費市場小幅下降2.6%,亞洲汽車消費市場猛踩剎車,使得這些消費市場相關的壓力感應器、慣性力感應器市場需求下跌。

2019~2025年MEMS消費市場預測(按終端消費市場細分)(來源:Yole)

根據Yole預測,受新冠禽流感等紛繁形勢的影響,2020年MEMS消費市場營收年同比預計今年下降5.2%,其中消費(-2.6%)、汽車(-27.5%)和通信(-20.5%)消費市場快速增長,工業(yè)(11.5%)、醫(yī)療(10.6%)、國防和航天(4.7%)消費市場繼續(xù)快速增長。總體而言,2021年起預計今年將從陰霾中走出,到2025年亞洲MEMS消費市場規(guī)模將快速增長至177億美元,2019~2025年期間的直線型快速增長率為7.4%。

另一方面,新冠肺炎禽流感確實阻礙了MEMS消費市場營收的快速增長,但卻并沒有影響MEMS核心技術應用應用領域的中長期變遷趨勢。MEMS和感應器仍在向著小型化、網絡化、網絡化、高效能智能變遷,具體來說有以下幾個經濟發(fā)展趨勢:

(1)MEMS和感應器呈現(xiàn)多項機能高度網絡化和組合化的趨勢。由于設計空間、成本和耗電量預算日益緊縮,在同一襯底上內置多種敏感元元件、制成檢驗多個參量的多機能組合MEMS感應器淪為重要解決辦法

(2)感應器智能化及邊緣計算。軟件正淪為MEMS感應器的重要組成部分,隨著多種感應器進一步內置愈來愈多的信息需要處理,軟件使得多種信息結合淪為可能。MEMS商品經濟發(fā)展必將從控制系統(tǒng)應用應用領域的定義開始,開發(fā)具有軟件結合機能智能感應器,促進人工智能感應器應用領域更廣闊的應用應用領域。

(3)感應器高效能及自供能市場需求日趨增加。隨著物聯(lián)網等應用應用領域感測市場需求的快速快速增長,感應器使用數量急劇增加,能耗也將隨之翻倍。降低感應器耗電量,使用環(huán)境能量收集實現(xiàn)自供能,增強續(xù)航能力的市場需求將會伴隨感應器經濟發(fā)展的始終,且日趨強烈。

(4)MEMS向NEMS變遷。隨著終端電子設備模組化、種類多樣化,促進微電子加工核心技術特別是納米加工核心技術的快速經濟發(fā)展,智能感應器向更小體積變遷是大勢所趨。與MEMS類似,NEMS(納機電控制系統(tǒng))是專注納米尺度應用領域碳化硅控制系統(tǒng)核心技術,只不過體積更小。

(5)新敏感材料的興起。薄膜型壓電材料具有更好的工藝技術連續(xù)性、更高的可靠性、更高的良率、更小的面積,可用于MEMS執(zhí)行器、揚聲器、觸覺和觸摸界面等。未來MEMS元件的驅動模式預計今年將從傳統(tǒng)的靜電梳齒驅動轉向壓電驅動。

(6)更大的積體電路體積。相比于目前業(yè)界普遍應用應用領域的6英寸、8英寸積體電路制造工藝技術,更大的積體電路體積很大程度上降低成本、提高產量,并且積體電路體積的擴大與晶片特征體積的縮小是相應促進和互相促進的。例如,用12英寸積體電路工藝技術線制造的MEMS商品已經出現(xiàn)。

接下來,讓我們管窺紅外線音視頻、液體體育運動慣性力等熱門感應器應用領域,聚焦這些應用領域的優(yōu)質民營企業(yè)如何進行MEMS和感應器核心技術創(chuàng)新,重塑產業(yè)鏈。

我國紅外線太空船制造商重塑亞洲產業(yè)新格局

新冠禽流感危中藏機,禽流感使紅外線電流表槍、紅外線熱像儀等無接觸快速電流表電子設備淪為防疫剛需,紅外線電流表以迅雷不及掩耳之勢覆蓋了全民生活,更淪為亞洲禽流感防控的決勝核心技術。我國紅外線太空船制造商抓住機遇,在保障亞洲地區(qū)禽流感防控市場需求的同時遠銷海外,獲得了亞洲客戶的廣泛認可,代表我國芯參與亞洲抗疫。在此背景下,我國電流表商品紅外線太空船制造商的營業(yè)收入和利潤快速增長顯著,銷售量遠超去年同期,實現(xiàn)了跨越式大經濟發(fā)展,重塑了亞洲紅外線行業(yè)新格局。

根據麥姆斯進行咨詢觀察統(tǒng)計,2020年亞洲紅外線熱成像太空船銷售量消費市場份額情況:美國FLIR以35%的消費市場占有率排名第一,而亞洲地區(qū)的海康威視、高德紅外線、睿創(chuàng)碳化硅、大立信息技術分別位列第二、第三、第四及第七位,總體已占據亞洲消費市場份額的近45%,下圖展示了2020年我國主要就制造商銷售量預測占比??v觀產業(yè)格局,我國紅外線熱成像太空船制造商已經可以與國外制造商分庭抗禮。

 
2020年我國主要就紅外線熱成像太空船銷售量預測占比
(來源:麥姆斯進行咨詢

而在燃氣紅外線太空船方面,此前主要就依賴于進口商品,典型制造商如德國海曼、日本石塚、日本歐姆龍、日本松下、瑞士泰科、比利時邁來芯我國臺灣眾智等。由禽流感帶來的巨大消費市場機遇,使得上海微核心技術工研院、燁映電子(已進行上市輔導備案擬科創(chuàng)板IPO)、創(chuàng)芯海微、森霸感測、煒盛信息技術、西人馬等眾多亞洲地區(qū)制造商一度處于賣斷貨的狀態(tài)。此外,相關制造商也在積極布局燃氣模組核心技術,以期拓展智能家居、智慧安防、智慧零售等更加廣闊的應用應用領域應用領域

江蘇創(chuàng)芯海微信息技術有限公司是一家專注于紅外線太空船研制、生產與服務的創(chuàng)新型信息技術民營企業(yè),商品主要就包括燃氣紅外線太空船晶片、TOPCB及SMDPCB商品、長距離元件、相關模組和模組商品等,主要就應用應用領域于人體電流表、出入口監(jiān)控、智能空調、微波爐、智能手機、智能家居、可佩戴電子設備消費市場。創(chuàng)芯海微研制團隊的紅外線核心技術研制可追溯至2010年以前,是我國較早一批從事MEMS紅外線燃氣核心技術研制團隊之一。

創(chuàng)芯海微WA2智能紅外線電流表裝飾品

2021年初,創(chuàng)芯海微發(fā)布了這款適用于群體紅外線便攜式電流表燃氣電流表裝飾品WA2。WA2智能紅外線電流表裝飾品這款具有區(qū)域成員體溫監(jiān)測管理和行程溯源機能的非接觸式紅外線電流表型可佩戴智能商品。該商品使用創(chuàng)芯海微自主研制的MEMS燃氣紅外線感應器紅外線電流表模組,可實現(xiàn)高精度、高可靠和高效率的無接觸溫度測量。將WA2智能紅外線電流表裝飾品商品與手機藍牙連接,通過手機微信小程序上傳溫度信息至云端后臺,可以生成體溫變化圖表。WA2智能紅外線電流表裝飾品還內置了行程溯源機制,在發(fā)生禽流感時,應有關部門要求提供更多行程軌跡信息,為迅速排查密切接觸人員提供更多依據。

此外,2021年創(chuàng)芯海微還將發(fā)布50至100厘米的長距離電流表太空船、單點輕量化電流表太空船、8 x 8和32 x 32模組紅外線太空船,紅外線光源、濕度感應器、液體感應器等多款新商品

禽流感顯著提高了社會對紅外線電子設備的認知度和下游應用應用領域應用領域的潛在機會,后禽流感時代,紅外線太空船市場需求預計今年將由突擊爆發(fā)轉為長期持續(xù)、穩(wěn)定快速增長的新階段。

智能音視頻交互日益普及,MEMS話筒再上新臺階

隨著5G時代提前到來,人工智能+物聯(lián)網(AIoT)電子設備的大爆發(fā)創(chuàng)新人工智能音視頻應用應用領域的不斷涌現(xiàn),音視頻人機交互正淪為廣泛智能電子設備的重要入口,快速改變人們的生活。而MEMS話筒作為音視頻人機交互入口的核心元件,具備體積小、耗電量低、性能優(yōu)、連續(xù)性高、成本低等優(yōu)點,被業(yè)界譽為智能電子設備的聽覺細胞。

據麥姆斯進行咨詢統(tǒng)計信息顯示,MEMS話筒消費市場規(guī)模從2010年的15.9億元人民幣一路快速增長到2019年的86.8億元人民幣,直線型快速增長率高達20.75%。隨著近些年我國MEMS話筒制造商的長足進步,2019年,樓氏電子的消費市場份額下滑至36%,以歌爾股份、瑞聲信息技術、敏芯股份、共達電聲、芯奧微、華景感測為代表的我國大陸制造商和以鈺太信息技術、美律為代表的我國臺灣制造商淪為亞洲MEMS話筒主要就參與者,進入了蘋果、華為等主流智能手機品牌制造商供應鏈,合計消費市場份額占據亞洲消費市場的半壁江山。

近年,得益于蘋果AirPods 2音視頻喚起機能和AirPods Pro主動靜音機能的廣受關注,真無線立體聲(TWS)音箱淪為智能手機、智能音箱之后,為MEMS話筒消費市場注入強勁快速增長動力的第三大功臣。

 
2019年第一季度至2020年第三季度亞洲TWS音箱消費市場
(來源:Counterpoint)

根據Counterpoint發(fā)布的消費市場跟蹤信息,盡管面對新冠禽流感帶來的經濟危機,不斷快速增長的移動視頻應用應用領域,智能手機制造商取消音箱插孔(甚至不附贈音箱),仍促進亞洲TWS音箱消費市場在2020年第三季度的季度環(huán)比快速增長了24%,預計今年2020年的整體銷售量將略高于最初的消費市場預期。

另一方面,禽流感帶來的非接觸式市場需求促進了門禁控制、電梯控制、信息顯示等應用應用領域逐漸向音視頻交互轉變,愈來愈多的智能音視頻電子設備支持永久在線(Always On)的音視頻喚起。此外,在家辦公、遠程辦公已成氣候,人們愈來愈接受線上會議、視頻辦公等新常態(tài),這對輕量化話筒模組音視頻捕獲演算法提出了新要求。綜合來看,2020年新冠禽流感突如其來的短期挑戰(zhàn),并沒有對MEMS話筒消費市場市場需求帶來多大影響,預計今年2021年MEMS話筒銷售量仍將實現(xiàn)兩位數的快速快速增長。

支持Always On音視頻喚起電子設備,一般使用CPU/AP/DSP以10 ms間隔反覆啟動并偵測用戶的音視頻信息,以判斷是否有喚起音視頻輸入。這種CPU/AP/DSP不間斷工作方案,使控制系統(tǒng)靜態(tài)電流很大(>10 mA),縮短了電子商品的電池續(xù)航時間。我們的新款MEMS話筒ZT6311內建音視頻活動監(jiān)測(Voice activity Detection,VAD)機能,使用多模式(Multi-mode)模擬前端(AFE),VAD演算法消耗的靜態(tài)電流極小,可大大提升電子商品的電池續(xù)航時間。鈺太信息技術有限公司副總經理莊育民在接受麥姆斯進行咨詢專訪時表示,高品質遠場拾音需要輕量化話筒模組,MEMS話筒靈敏度正負誤差需要控制在±1 dB以內。另外,主動靜音還要求MEMS話筒低頻響應好,鈺太信息技術可以做到最低10 Hz有響應。

無錫芯奧微感測核心技術有限公司銷售副總顧悅在受訪麥姆斯進行咨詢專訪時表示:TWS音箱目前已經被各大智能手機制造商和AIoT民營企業(yè)認可為未來兩年最可見快速增長智能終端,依然將是MEMS話筒未來兩年的重要快速增長點。除此之外,高度網絡化智能佩戴電子設備更多應用應用領域場景下的智能家居,也將有力促進MEMS話筒市場需求快速增長。芯奧微自2010年起從事MEMS感應器研制和生產,現(xiàn)已逐步經濟發(fā)展我國知名的MEMS話筒專業(yè)品牌制造商。

針對當前熱門應用應用領域對MEMS話筒提出的新要求,顧悅補充說:主動靜音和高品質拾音市場需求,對MEMS話筒的信噪比(SNR)、聲學過載點(AOP)、更低的低頻截止頻率和相位連續(xù)性提出了更高的要求。為此,芯奧微將在2021年面世系列高SNR(70~72 dB)、高AOP的智能數字話筒,這款高效能的模擬話筒(<30 uA)。

TDK在2020年中面世這款亞洲高效能的脈沖密度調制(PDM)話筒InvenSense T3902,這款話筒在3.5mm x 2.65mm x 0.98mm的PCB提供更多了效率極高的185 μA超高效能模式(Always On)、64.5 dB的高信噪比和120 dB的高聲學過載點,支持遠場通信(視頻和電話會議),可在嘈雜的環(huán)境中實現(xiàn)清晰的音視頻捕捉。T3902是目前消費市場耗電量最低的PDM話筒,旨在滿足輕量化、超高效能音視頻消費市場不斷快速增長市場需求。TDK InvenSense音視頻商品董事總經理Kieran Harney評價稱,TDK在可佩戴電子設備和物聯(lián)網應用領域具備強大的實力,全系列MEMS話筒使我們淪為解決客戶音視頻挑戰(zhàn)的理想合作伙伴。

MEMS液體感應器,為新興的健康和環(huán)境應用應用領域打開了大門

隨著智能化、信息核心技術經濟發(fā)展,工業(yè)轉型升級、水文、空氣品質改善、智能家居、醫(yī)療器械開發(fā)等各個應用領域液體感應器市場需求持續(xù)升級,新興的細分應用應用領域不斷涌現(xiàn)。

目前消費市場上的液體感應器,以積體電路高分子、催化燃燒、光學等核心技術為主。其中,光學原理(紅外線、光散射等)的液體感應器出現(xiàn)及應運較晚,核心技術難度較大、成本較高,目前所占消費市場份額較小。根據Yole統(tǒng)計,2017年亞洲液體感應器消費市場高分子、紅外線、積體電路核心技術共同占據了95%以上的消費市場份額,其中,高分子、積體電路、紅外線核心技術液體感應器占比分別達44.2%、38.3%和15.1%,催化燃燒、光電離子探測、超聲波液體感測核心技術消費市場份額占比較低,分別為1.5%、0.5%和0.4%。

亞洲液體感應器領先民營企業(yè)主要就集中在美國、日本和歐洲地區(qū),主要就包括:城市核心技術、費加羅、安費諾、博世、盛思銳、艾邁斯積體電路等。亞洲地區(qū)民營企業(yè)核心技術水平上整體仍處于追趕階段,研究和產業(yè)化相對成熟的應用領域主要就積體電路和催化燃燒液體感應器,這兩類在亞洲地區(qū)消費市場占有率較高,并具有較強的國際競爭力,在高分子紅外線液體感應器應用領域起步晚,缺乏控制系統(tǒng)深入的研究,相較國際制造商影響力較弱。亞洲地區(qū)液體感應器代表民營企業(yè)主要就有:漢威信息技術(旗下煒盛電子)、四方光電、攀藤信息技術、慧聞信息技術、睿感(ScioSense)、戴維萊感測重慶碳化硅、合肥碳化硅等。

未來,各種液體檢驗原理都會被用于環(huán)境中多種污染物的檢驗和評估。MEMS和絲網印刷核心技術液體感應器模組化打開了大門,使這些小型化液體感應器內置進入智能手機和可佩戴電子設備等消費電子商品。與此同時,液體感應器也將在物聯(lián)網經濟發(fā)展中扮演關鍵角色,采暖、通風和空調(HVAC)控制系統(tǒng)、空氣凈化器、智能窗戶、汽車、醫(yī)療器械、大氣水文、石油化工產業(yè)及其他應用應用領域都將使用液體感應器來改善人們的生活品質。根據Yole預測,亞洲液體感應器消費市場規(guī)模到2022年將快速增長至10億美元,2018年~2023年期間的直線型快速增長率為7.3%。

 
TDK面世亞洲第一款直接MEMS液體感應器TCE-11101

TDK面世這款可以直接準確檢驗家居、汽車、物聯(lián)網、醫(yī)療保健和其他應用應用領域CO2濃度的模組化高效能MEMS感應器TCE-11101。TCE-11101內部內置ASIC提供更多自動校準、信息上報,I2C接口用于信息輸出和元件配置。這使它可以非常容易地內置到幾乎任何應用應用領域中,它的高效能優(yōu)勢,也使它可以在電池供電的電子設備中使用。

TDK InvenSense新興業(yè)務部門高級總監(jiān)Sreeni Rao博士評價稱:TCE-11101結合了TDK獨一無二的新材料核心技術、MEMS工藝技術、人工智能演算法,提供更多了一個體積遠遠小于傳統(tǒng)感應器(5mm x 5mm x 1mm)、耗電量小于1mW并能精確測量CO2液體濃度的解決辦法,提供更多了非常寬的檢驗范圍(400 ppm到50000 ppm)。TCE-11101大大擴展了在各種新應用應用領域和現(xiàn)有應用應用領域中的CO2檢驗用例。

重慶碳化硅感測核心技術有限公司是一家專注于MEMS液體感測解決辦法,集研制、生產、銷售為一體的高新核心技術民營企業(yè)。重慶碳化硅營銷總監(jiān)李佳楓在接受麥姆斯進行咨詢專訪時表示:MEMS液體感應器模組化網絡化、智能化、低成本的優(yōu)勢,更適合智能家居、水文、可佩戴/手機、安防、農業(yè)、醫(yī)療健康、汽車電子市場需求,實現(xiàn)有害液體預警偵測及節(jié)能減排。重慶碳化硅MEMS液體感應器連續(xù)性、重復性、長期穩(wěn)定性達到國際先進的同時,持續(xù)投入模組化、智能化開發(fā),2021年將量產業(yè)界更小體積PCB(2.5mm x 2.5mm x 1mm)的MEMS液體感應器。

 
重慶碳化硅面世的MEMS VOC液體感應器

體育運動感應器高度網絡化和組合化,人工智能提高商品附加值

體育運動感應器是一類將物體體育運動參數轉換成電子信號的元件,以會量、傳感器、高度計、independently為代表的MEMS體育運動感應器已經無處不在。在MEMS和感應器呈現(xiàn)多項機能高度網絡化和組合化趨勢下,體育運動感應器也不例外。如今,分立式體育運動感應器,尤其是消費類單軸、3軸會量independently,消費市場已經趨于飽和、價格不斷侵蝕,而6軸、7軸、9軸甚至以上(3軸會量+3軸傳感器+3軸independently+氣壓/溫濕度感應器復合式體育運動感應器消費市場逐漸興起。

復合式感應器擁有一些分立式感應器無法比擬的優(yōu)勢,例如:使用同一顆ASIC處理信號,并將多個感應器晶片PCB在一起,可降低成本;如果兩種感應器晶片工藝技術相同或相近,可以做成單晶片,極大減小感應器體積;將濾波、信息結合和人工智能演算法內置,提高商品附加值。

根據Yole預測,2019~2025年期間,分立式會量、傳感器、independently直線型快速增長率分別為1%、-0.2%和1%,快速增長幾乎停滯甚至陷入負快速增長,而復合式體育運動感應器直線型快速增長率可達4.1%,消費市場規(guī)模到2025年預計今年快速增長至11.8億美元。

據麥姆斯進行咨詢此前報道,2020年12月,博世子公司Bosch Sensortec發(fā)布了亞洲第一款自學人工智能感應器:BHI260AP。這是這款革命性的自自學體育運動感應器,亞洲第一款用于可佩戴和耳佩戴電子設備自學人工智能感應器,其獨特的自自學和個性化機能,使用戶通過定制化健身活動輕松訓練電子設備。一體化解決辦法不僅降低了開發(fā)時間、成本和復雜性,最重要的是,還通過自動追蹤降低了耗電量。

亞洲第一款自學人工智能感應器:BHI260AP

這款感應器使可佩戴和耳佩戴電子設備制造商通過感應器中的自自學人工智能軟件,提供更多高度個性化的健身追蹤。它能識別和適應各種動作,并自學任何基于重復、循環(huán)動作的新健身活動。因此,用戶既是培訓人員,也是學員。

自學人工智能感應器將改變用戶與健身電子設備的互動方式,從單純的單向方式轉變?yōu)榛拥挠柧毞绞健osch Sensortec首席執(zhí)行官Stefan Finkbeiner博士說,這種新型感應器結合了Bosch Sensortec在智能體育運動感應器方面的長期經驗,我們在創(chuàng)新軟件開發(fā)應用領域的強大能力。

美新積體電路商品、消費市場及銷售副總裁盧牮在接受麥姆斯進行咨詢專訪時表示:多年以來,高靈敏度、高精度、低漂移等硬件指標一直是感應器行業(yè)必備要素,被整個行業(yè)孜孜以求;隨著物聯(lián)網愈來愈普及,我們看到多感應器結合愈來愈淪為重要方向,并且隨著電子設備的造型愈來愈輕巧,在極低能耗下的Always On愈來愈淪為商品設計的挑戰(zhàn)。美新積體電路曾經在各個時期面世過多款引領行業(yè)的超高效能超小體積商品,我們將繼續(xù)堅持這些特色。

對于2021年體育運動感應器商品計劃,盧牮介紹稱:美新積體電路在2021年第2季度面世MC3500系列會量,在秉承美新積體電路一貫的超高效能超小體積的特色優(yōu)勢下,結合強大的演算法機能,無論其機能還是耗電量都將超越國際領先的競爭對手,其嗅探模式下小于0.4 μA的耗電量,更將Always On發(fā)揮到極致。此外,憑借極具挑戰(zhàn)的0.7 mm的超薄厚度,確保可佩戴電子設備的造型輕巧美觀。

2020年,美新積體電路的AMR地磁商品線成長很快,已經是亞洲主要就制造商之一,2021年第3季度面世下一代商品,對控制系統(tǒng)耗電量、機能接口進行升級。未來我們還將突破6軸慣性力感應器,不斷加強演算法能力和子控制系統(tǒng)應用領域的投入。在產業(yè)形態(tài)上,美新將堅持IDM策略,進一步做強封測和先進組裝能力,進一步依托無錫和紹興工廠把磁感應器和加速度商品線做大做強。

蘇州明皜感測信息技術有限公司消費市場總監(jiān)陸曉青在接受麥姆斯進行咨詢專訪時表示:MEMS感應器終將朝著小型化、高內置度的方向經濟發(fā)展。國際一線制造商已經實現(xiàn)控制系統(tǒng)級9軸慣性力感應器PCB,并且在逐步向9+軸方向變遷,如9軸慣性力感應器液體、氣壓、溫濕度感應器內置商品,相比之下,亞洲地區(qū)制造商目前最多為6軸商品,且PCB體積較國際商品還存在不小差距。面對未來室內外導航、自動駕駛和個人佩戴電子設備等對慣性力感應器的高精度、小體積、高效能、多機能市場需求,明皜感測即將面世這款主打超高效能的3軸會量,并正在布局這款6軸慣性力感應器。

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感應器核心技術經濟發(fā)展
不斷的增速的當下,時代機遇與風口兼?zhèn)?,在此感謝文中提到的TDK、漢威信息技術、慧聞信息技術、四方光電、睿感、重慶碳化硅、合肥碳化硅感知、蘇州明皓等民營企業(yè)將攜帶新品參加我國感應器與物聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟舉辦
【深圳國際感應器應用應用領域核心技術展覽會(Sensor Shenzhen)】。順應時代潮流,肩負時代使命,相信該展會將是今年不可錯過的一場行業(yè)盛宴~~






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(工作日 9::00-18:00)