MEMS工艺能够实现传统传感器的“芯片化”，即实现低成本、小体积、低功耗，MEMS传感器替代传统传感器的比例将逐步提高，同时将使得许多新的功能和应用成为可能，未来有望出现多点爆发。竞争关键是如何保证工艺水平、同时实现低成本的大规模制造，保持自身的竞争优势，保持或提高市场份额。

MEMS传感器即微机电系统，是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。经过四十多年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一。它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。

截止到2010年，全世界有大约600余家单位从事MEMS的研制和生产工作，已研制出包括微型压力传感器、加速度传感器、微喷墨打印头、数字微镜显示器在内的几百种产品，其中MEMS传感器占相当大的比例。

国外MEMS产业发展概况

近年来，受益于汽车电子、消费电子、医疗电子、光通信、工业控制、仪表仪器等市场的高速成长，MEMS行业发展势头迅猛，MEMS销售额一直保持稳步增长。据研究机构预测，2019年全球MEMS市场总规模约为115亿美元。

从全球范围来看，得益于智能家居、智能手机和可穿戴设备等领域的应用机会增多，消费电子依然是MEMS行业的第一大市场，占比超过60%。

国外企业自上世纪90年代就进入MEMS领域，大部分半导体制造公司也同时从事MEMS生产加工业务。国外企业如博世（Robert Bosch）、德州仪器（TI）、模拟器件（ADI）、英飞凌、NXP-飞思卡尔、楼氏电子（Knowles）、惠普、丰田电装（DENSO）、松下、爱普生、村田制作所（Murata）等在MEMS传感器设计和研究领域内走在前列。

随着终端用户对传感器感测多个物理信号需求的进一步放大，未来MEMS产品将向着微型化、集成化、智能化的方向发展。而全球MEMS产业重心也在不断东迁，加速向亚太地区转移。

国内MEMS发展概况

国内MEMS 产业在 2009 年后才逐渐起步，在国家政策鼓励下，中国MEMS产业已在长三角和京津冀地区建立完整的产学研布局，但国内MEMS公司在营业规模、技术水平、产品结构等方面与国外有明显差距。

我国MEMS传感器制造企业超过200家，大多属于初创类中小型企业，国内企业（除歌尔声学和瑞声科技）整体规模较小。同时国内厂商经营产品种类较为单一，产品线多数为一条。

企业分布主要集中在长三角地区，占比超过50%。这主要得益于长三角具有良好的集成电路产业基础，硅基MEMS研发及代工生产线资源较多，产业链完整，涵盖设计、代工和封测的重点企业。

国内高端MEMS产品和部件高度依赖进口。国内MEMS市场中高端传感器进口占比达80%，传感器芯片进口率达90%，我国传感器新品研制落后近10年，产业化水平落后10-15年。中国本土企业自主设计、制造和封装测试的产品仍然以军工市场和技术要求较低的中低端市场为主，如低端消费电子产品市场。

在汽车电子、消费电子等主要应用市场，中国本土企业缺乏竞争力，导致中国MEMS传感器民用市场80%以上的份额由国际企业占据。在此背景下，中国本土企业业务及生产规模显著落后于国际企业，生产规模的明显差距导致本土企业单位生产成本远高于国际领先企业，本土企业产品毛利率低于 20%，而国际企业毛利率高于60%。

在MEMS制造代工环节，国内经验也相对不足。虽然国内头部MEMS代工厂的硬件条件与国外先进水平相近，但国内企业的开发能力远不及海外代工厂，中国MEMS代工企业还未积累起足够的工业技术储备和大规模市场验证反馈的经验，加工工艺的一致性、可重复性都不能满足设计需求，产品的良率和可靠性也无法达到规模生产要求。

国内MEMS传感器产业将呈现并购化、专业分工化的发展路径。MEMS传感器作为获取信息的关键器件，对各种传感装置的微型化起着巨大的推动作用，在智能产业发展中具有广阔前景。

下游需求增长，助推MEMS声学传感器产业增长

2018-2026 年全球 MEMS 声学传感器市场规模将从11.53亿美元增长至18.71亿美元，年均复合增长率为6.24%。随着物联网、人工智能和5G等新兴技术的快速发展，MEMS声学传感器成为了智能语音以及人工智能感知的硬件基础；同时，人机交互、健康监测、环境监测、工业互联、元宇宙等新应用场景不断涌现，推动了MEMS声学传感器应用场景的快速拓展。

近年来，国内以歌尔股份为首的 MEMS 厂商全球市占率快速提升。根据 Yole Development 公布的 2019 年全球 MEMS 生产商前 30 名排名中，歌尔股份和瑞声科技成功入围，其中歌尔股份排名第九，是中国首个进入全球前十的公司，并且其2019 年 MEMS 收入同比增长达 36%，远超同行业其他头部公司；瑞声科技排名第 22 位，收入同比增长 11%同样高于行业整体水平。

从国内 MEMS 产品晶圆需求结构来看，麦克风、压力、打印头、加速度、射频器件已经有了相当的占比，6 寸片和 8 寸片需求合计分别占比 31%、19%、11%、6%、7%。从头部厂商产品类别来看，歌尔股份已覆盖了 MEMS 麦克风、MEMS 压力传感器（气压/防水/血压/差压等）、MEMS 气流传感器，组合传感器产品也逐步丰富，瑞声科技、睿创微纳等公司也具备部分主流器件生产能力。

我国大力支持传感器发展，国内 MEMS 企业拥有优质发展环境。我国高度重视 MEMS 和传感器技术发展，在 2017 年出台的《智能传感器产业三年行动指南（2017-2019）》中，明确指出要着力突破硅基 MEMS 加工技术、MEMS 与互补金属氧化物半导体（CMOS）集成、非硅模块化集成等工艺技术，推动发展器件级、晶圆级 MEMS封装和系统级测试技术。国家规划高度支持 MEMS 制造企业研发创新，再次驱动下，国内 MEMS制造企业获得发展良机。

MEMS 麦克风应用广泛，不仅智能手机、电脑需要用到 MEMS 麦克风，智能电视、智能穿戴、智能家居、智能建筑领域也需要大量用到 MEMS 麦克风，此外，工业、医疗、智慧城市对 MEMS麦克风也有一定需求。近年来， 受益于下游应用领域的快速发展，MEMS 声学传感器成为了 MEMS 产品中市场份额较大、增速较快的细分市场之一。据歌尔微招股书( 申报稿) 援引 Yole 数据，2018-2026 年全球 MEMS 声学传感器市场规模从 11.53 亿美元增长至 18.71 亿美，年均复合增长率为 6.24% ；出货量从 52.98 亿颗增长至 111.15 亿颗，年均复合增长率为 9.70%。

汽车成为MEMS创新热土

在自动驾驶或智能网联汽车高速发展的今天，MEMS传感器找到了进一步施展的场景，也逐渐演变成为汽车传感器的主要部件。

车联网、自动驾驶、汽车智能化的最重要要求是安全、可靠，然后才是舒适化，而这一切的背后都离不开传感器，特别是用途越来越广的MEMS惯性传感器，也叫惯性测量单元。

在自动驾驶领域，IMU主要用来检测和测量加速度和旋转运动。其原理是惯性定律，包括超小型MEMS传感器，以及测量精度非常高的激光陀螺，无论尺寸大小，都是采用这一原理。最基础的惯性传感器包括加速度计和角速度计（陀螺仪）。不过，高精度的陀螺仪制造困难，成本高昂。因此，提高陀螺仪的精度，同时降低成本是当前传感器行业追求的目标。

自动驾驶车辆的定位精度要求极高，需要能够识别车辆“正行驶在哪个车道”，而不是“正行驶在什么道路”。通常一条车道的宽度只有2.7米到4.6米，允许误差范围极小。更高水平的自动驾驶应用需要通过更精确和高度稳定的IMU性能来实现，特别是在Z轴或偏航陀螺仪性能方面。

了解车辆在时空中的运动方式对于自动驾驶应用至关重要，IMU是所有定位系统中最关键的传感器之一，可以测量运动、加速度和旋转速度的基本物理量。它也是最可靠的传感器，不受其他信号干扰和天气等环境条件的影响。

IMU传感器集成了多种传感元件来测量运动和方向；其技术的进步可以提高自动驾驶车辆定位精度和操作安全。目前，国产MEMS IMU传感器和自主传感器融合算法的进步正在不断缩小精度和性能方面与国外产品的差距，已有望实现大规模商业化部署。

在自动驾驶系统中，将IMU数据与GPS、视觉和其他探测和测距系统融合，可以填补GPS更新之间的空隙，并在GPS和/或其他传感器受到影响时安全进行短时导航。特别是，IMU数据始终可用，是所有自主车辆系统的一个重要组成部分，并可在具有挑战性的环境中保持车辆安全运行。

MEMS压力传感器未来有望成长为近300亿级市场

MEMS压力传感器在汽车市场应用的兴起是其应用市场的一部分，未来压力传感器里的高度计另外一个主要应用市场将会是爆发的无人机市场。美国《Aviation Week&Space Technology》刊登的分析报告称，2014-2023年将是无人机市场的指数发展期，至2023年全球无人机市场的规模将达到673亿美元。高度计将广泛应用于无人机的制造。随着无人机制造市场的爆发，压力传感器中高度计的用量应将出现更大增长。

从应用来看，无人机内置的高性能MEMS气压传感器可精确测量高度，并可与IMU的高度控制读数结合使用。另外，MEMS气压计还有低延迟性、体积小、重量轻、功耗低等优势。

随着无人机技术的逐步成熟，近几年无人机应用逐渐从军用扩展到民用领域，在防灾、电力、森林、气象、喷洒农药、遥感遥测、电力巡线、地质勘探、海洋勘测等多方面有广泛的应用，并且已有货运航空公司开展无人机送货的实验运行。2015-2019年我国无人机市场规模不断扩大，2019达到604亿元。

在国内市场上，在消费电子、可穿戴设备、无人机等行业高需求的推动下，结合国内MEMS压力传感器国产化进程加快，以及市场历年增长趋势，预测到2025年约接近300亿元。

国内MEMS传感器产业方兴未艾

MEMS涉及物理学、半导体、光学、电子工程、化学、材料工程、机械工程、医学、信息工程及生物工程等多个学科领域。随着新技术、新工艺的出现，以MEMS技术为代表的传感器行业正在加速进入发展的快车道。

最近几年，MEMS传感器市场非常火，从智能手机开始使MEMS传感器应用发生了颠覆性变化，实现了更多场景的应用。未来，MEMS技术也将在自动驾驶等领域发挥越来越重要的作用，让自动驾驶早日走向我们的生活。

在5G、自动驾驶、新型智慧城市等国家发展战略的推动下，我国MEMS上下游产业链正在蓬勃发展。国内MEMS厂商正逐步走向世界舞台，在性能、市场等方面的一些优势也开始显现。

据介绍，MEMS领域和集成电路不同，和国外的差距没有三代那么大，行业共识是，MEMS领域和国外的差距基本上差不到一代，在某些技术环节甚至可能有些领先。

目前国内的MEMS传感器产业用方兴未艾来形容一点也不为过。MEMS传感器行业主要上市公司有歌尔股份、赛微电子、士兰微、华润微、高德红外等。从产业链看，其上游产业链包括原材料、芯片设计等，涉及半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料四大类。下游应用与工业、汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品、专用设备等紧密相关，所涉及的领域范围非常广泛。

从发展趋势来看，汽车工业和消费类电子市场蓬勃发展，成为了MEMS传感器的应用基础，未来医疗、人工智能、物联网、智慧城市等智能现代化趋势将使MEMS传感器应用进一步提速。

文章来源：前瞻产业研究院，概念爱好者，王树一，传感器专家网