汽车、5G、物联网等产业加速兴起 MEMS传感器迎来最好年代

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根据Yole 研究预测,全球MEMS器件市场规模将从2020年的121亿美元增长至2026年的约182亿美元,复合增长率为7.2%。

那么,面对这一广阔市场前景,国内MEMS厂商机遇如何?

MEMS,又叫微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems),是建立在微米/纳米技术基础上,对材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。它可将机械构件、光学系统、驱动部件电控系统集成为一个整体单元的微型系统,其基本特点是微型化、智能化、多功能、高集成度和适合大批量工业化生产。

MEMS 技术的出现极大满足市场对小体积、高性能的要求,正在逐渐取代传统机械传感器。与传统传感器相比,基于 MEMS 工艺的传感器具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、是与批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。

MEMS传感器以微电子和微机械加工技术制造,一般由MEMS芯片和与之配套的ASIC 芯片构成,其将电子系统与周围环境有机结合,微传感器接受动、光、热、声、磁等外界信号,并将其转化成电子系统能够识别、处理的电信号,部分 MEMS器件可通过微执行器实现对外部介质的操作功能。

根据Yole 研究预测,全球MEMS器件市场规模将从2020年的121亿美元增长至2026年的约182亿美元,复合增长率为7.2%。预计到2026年,10亿美元以上的MEMS细分领域包括射频类MEMS器件、MEMS惯性器件、MEMS压力传感器、MEMS声学传感器等。从MEMS器件的市场规模来看,MEMS产品主要以MEMS传感器为主。

MEMS传感器种类繁多,主要产品包含MEMS运动传感器、MEMS声学传感器、MEMS压力传感器、MEMS环境传感器、MEMS光传感器等。其中运动传感器又可分为陀螺仪、加速度计、磁力计。本文将重点介绍本土部分MEMS传感器领域的代表企业。

汽车、5G、物联网等产业加速兴起,MEMS 市场空间持续增长

尽管2019 年疫情蔓延对行业增速造成影响,但 2020 年下半年起,MEMS 传感器市场开始复苏。根据 IC Insights 《O-S-D(光电,传感器,和分立器件)Report2021》报告,2020 年半导体传感器/执行器市场规模达到 164 亿美元,其中约 83%采用 MEMS 技术,全球出货量达到 309 亿颗,约有 55%采用 MEMS 技术。

之前受益于消费电子等产量稳定增长,加速度计、陀螺仪和微型麦克风等MEMS产品的需求不断增长,使得中国已经成为全球MEMS市场中发展最快的地区。2019 年中国市场在疫情影响下仍然保持增长,根据《2020 年中国 MEMS 制造白皮书》数据,2019 年中国整体 MEMS 市场规模达到 597.8 亿元,同比增长 18.3%。

中国作为全球最大的制造业国家和半导体消费市场,在应用领域上也为MEMS传感器提供了广阔空间:

1、消费类电子产品

消费类电子产品是 MEMS 传感器的重要应用领域,声学传感器、压力传感器、惯性传感器、压感传感器均在消费类领域有所应用。例如MEMS麦克风、陀螺仪、加速度、磁力计、骨传导传感器等在手机、无人机、可穿戴设备、TWS耳机等产品中应用广泛。

2、汽车领域

汽车是MEMS传感器的传统应用市场,随着新能源、车联网等技术的发展,智能汽车对MEMS传感器的需求愈加增长。为抓住未来几年国产汽车电子产业链重塑的历史机遇,随着国产车企在新能源汽车市场占有率的提升,国内MEMS传感器企业正在加大研发力度和人才技术储备,力争在技术性能和性价比上满足国内的产业链需求。

例如在交互方式上,语音控制显得日益重要,MEMS麦克风将迎来新的发展新机遇;再例如在安全防护上,侧翻与稳定性控制需要MEMS加速度传感器和MEMS角速度传感器来感测车身状态。类似对MEMS传感器的需求不胜枚举。

3、医疗、工控

近年来,国内智慧医疗市场的市场规模逐步扩大,尤其是在疫情肆虐全球的背景下,医疗行业对热感摄影机、呼吸机等医疗设备的需求显著增长,微热辐射测定仪、MEMS压力传感器、MEMS流量传感器的需求也随之增长;工控领域,在新技术赋能传统工业的大背景下,企业对安全生产、效率提升提出了新的要求,MEMS湿度传感器、MEMS气体传感器等器件在工业控制领域的使用也日益广泛。

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。

市场逐步扩大 国产替代正当时

随着5G不断商用,物联网设备与设备之间的连接将变得更加顺畅,传感器也将被安装在越来越多的设备中。相对于传统的机械传感器,MEMS传感器尺寸更小、性能更高、生产成本更低,市场也在逐步扩大。

随着5G时代之下电子需求旺盛,国内对MEMS传感器的研发热度很高,而且大多集中在国内的研究机构。北京大学、清华大学、电子26所、中科院等。因此,中国的MEMS产业生态系统也正逐步完善,从研发、开发、设计、代工、封测到应用,产业链已基本形成,上海、苏州、无锡都形成了研发中心。

国内MEMS传感器企业主要集中在几家上市公司,如高德红外、歌尔股份、敏芯股份、赛微电子、水晶光电、汉威电子、和金龙机电等,都在加码国产MEMS传感器行业的发展。

具体来看,高德红外进行了MEMS传感器的全产业链布局,从上游来说,旗下高德微机电与传感工业技术研究院,其中基地正在建设中,预计于2022年运行,主要从事MEMS技术及封装技术的研发,立足于国产MEMS传感器的研发。

敏芯股份响应国家政策,加快布局MEMS传感器的产业化,力求实现核心产品的国产替代。旗下两家全资子公司已经开始贡献制造、封装测试的产能,有利于敏芯股份实现MEMS传感器一体化设计制造的布局。

MEMS传感器是我国大力发展的战略新兴产业,我国MEMS传感器行业尚处于发展阶段,企业积极布局MEMS传感器产业,自主研发能力进一步提升,国产替代正当时,发展前景广阔。

文章来源:感知芯视界,仪表网,传感器专家网

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