传感器行业最吸金的赛道:MEMS市场将突破220亿美元大关

曾博士 2023-06-14
2865 字丨阅读本文需 7 分钟

近年来,国内传感器产业赛道的投融资热潮越来越盛,多家传感器企业获得资本青睐,或有巨额融资或已成功登陆中国股市。

然而,传感器细分领域众多,并非所有领域都获得资本青睐,总体来说,以MEMS技术为主的智能传感器、激光雷达以及图像传感器等赛道获得机会较多,其中MEMS更是备受关注。

那么,这些金融机构为什么看好中国的MEMS智能传感器产业呢?

半导体后起之秀——MEMS

与传统的机械工艺相比,MEMS具有微型化、集成化、多样化等特点,生产出的产品功能多样,集成度高。

MEMS产品主要分为MEMS传感器与MEMS执行器,其类别繁多,按测量数量类别可划分为物理、化学、生物型三类,各类别传感器结构虽有不同,但运作逻辑类似,即与外界环境进行接触,感知外部信号的变化,将物理、化学信号转换为电信号输出。

在去年的FIFA世界杯赛上,除了球员们在场上的精彩表现之外,最抢眼的莫过于引入的“半自动越位识别系统”。这一系统之所以能够精准判罚,关键就在于足球内部的芯片内置了一个500Hz的运动传感器,传感器将感知的足球运动数据信号输出给裁判系统,实现快速的判决,这个传感器所采用的技术是MEMS。

除了体育赛事,MEMS的应用其实已经渗透到了日常生活的方方面面,被广泛应用在物联网、医疗、人工智能等各个领域,从手机、相机、GPS导航等电子产品,再到智慧医疗、智能驾驶等场景,都能见到MEMS传感器的身影。随着全球电子制造产业链加速向亚太地区转移,MEMS的产业重心也在不断迁移,我国成为MEMS发展潜力最大,增速最快的市场。截至2022年末,我国MEMS传感器市场规模达1008亿,预计2023年将达到1200亿。

产业链分析

与芯片产业一样,MEMS产业链也分上游设计、中游制造、下游封装测试三大环节。其中,有部分实力强劲的垂直整合制造厂商会参与到整条产业链各环节。不过,我国MEMS产业链虽然完备,但技术起步较晚,产品精度、敏感度等性能还处在快速追赶阶段。

上游设计

MEMS的设计综合了材料、结构、光学等学科,且需要考虑其制造、封装工艺、低成本、智能化等实际需求,要借助计算机辅助设计,通过复杂的试验验证设计方案可行性,方能满足各项严苛要求。上游设计企业现具备一定创新能力,但业务同质化,产品定位中低端,规模偏小。该环节附加值较高,国内产品以力学传感器为主,因此多数企业年营收在亿级以下。

中游制造

MEMS制造需具有独特专有的设备开发技术,目前,国内MEMS中游代工厂仍处成长期,代工产能有限、能力较为薄弱,国内具备规模的设计企业基本出海代工。在MEMS专业代工方面,国内企业通过并购、新设生产线等方式逐步进军。

下游封测

下游外购MEMS设计封测模式成熟,国内的声感MEMS具备国际竞争力。中国MEMS封装测试起步早,已诞生一批优秀MEMS麦克风企业,他们通过购买海外设计MEMS IP,委托代工并自行封测销售,直达下游,品牌影响力强,具备全球TOP30竞争力。

当前,MEMS发展受下游产业拉动大。随着物联网、数字孪生、AI等智能场景发展,MEMS还在继续呈现小型化、高精度等升级趋势。

市场规模不断增长 国产替代机会大

MEMS的市场规模也不小,天花板高。这是一个破1000亿市场的大市场,而且还在不断的增长。

目前上市的企业中,均是在细分领域独树一帜,还未出现大型平台公司。

这是因为MEMS存在的行业特性是“一种产品一种技术”。

按照MEMS产品线划分,MEMS射频器件、压力传感器、惯性组合传感器、声学传感器占据主导地位,占比分别为17.01%、14.68%、12.48%、11.46%,均超过10%。其次,加速度传感器、喷墨打印头、微型热辐射传感器占比分别为9.42%、6.98%、4.99%。

从行业应用结构来看,2020年我国MEMS传感器市场中,消费电子仍然是行业占比最大的应用领域,占比达59.6%,其次为汽车电子和工业,占比分别为18.9%和10.9%。

可穿戴设备与智能音箱为代表的新消费电子的兴起推动了MEMS第二轮高速成长。比如智能手表安装了MEMS加速度计、陀螺仪、微型麦克风和脉搏传感器,VR\AR设备采用了MEMS加速度计、陀螺仪、和磁传感器来精准定位头部转动的速度、角度和距离。

中国已经成为了全球MEMS最大的市场,这也给了国内企业国产替代的土壤和机会。

从我国市场格局情况来看,行业集中度较高,2020年行业CR3接近80%,其中歌尔微是行业绝对龙头。具体来看,2020年我国MEMS传感器市场中,歌尔股份以55%的份额占比位列第一,其次为华天科技和华润微,占比分别为12%和10%。

目前上市公司中被纳入2023年中国MEMS制造大会(China MEMS 2023)前10强的有5家,分别为华润微、敏芯股份、士兰微、纳芯微、以及歌尔股份。

歌尔股份

歌尔微电子(歌尔股份)常年位居“中国MEMS十强”企业名单榜首,从2019年开始,歌尔微(歌尔股份)连续跻身全球10大MEMS厂商之列,也是前十名中唯一一家中国企业。

在MEMS声学传感器(麦克风)领域,歌尔微电子于2020年超过楼氏电子成为行业第一,市场占有率居世界同行业之首,这是楼氏电子称霸MEMS麦克风15年来首次落败。

华润微

华润微电子是2002年华润集团收购华晶集团改组而成,是领先的半导体和智能传感器供应商,拥有3条6英寸线,其中MEMS产线是国内规模最大的与CMOS生产线兼容的MEMS传感器量产生产线,具有国内领先水平的 MEMS 表面和体硅加工技术,用于制造压力、硅麦克风、光电、温湿度等MEMS传感器。

敏芯股份

敏芯股份成立于2007年,敏芯作为中国最早成立的MEMS研发公司之一,主导推动了中国MEMS产业链构建,被赞誉为产业拓荒者,敏芯股份的三大产品线分别为MEMS麦克风、MEMS压力传感器和MEMS惯性传感器,现已拥有完整的芯片设计、晶圆制造、封装与测试等全产业链的自主研发设计能力,凭借完全自主设计的MEMS芯片与ASIC芯片成功打破了国外厂商长期垄断的格局,中国MEMS声学传感器芯片出货量第一的企业,在全球排第三,也是唯一进入全球前5的中国企业。

士兰微

自2010年开始,士兰微电子投入大量资金,通过对加速度传感器、地磁传感器、压力传感器等一系列传感器产品的开发,在6吋、8吋芯片生产线上实现了批量制造能力,并建立自己的MEMS封测生产线,初步走通了系列传感器的IDM发展之路,已申请相关发明专利百余项。

目前士兰微MEMS传感器产品系列丰富,有:MEMS加速度计、三轴AMR磁传感器、六轴惯性传感器、高性能MEMS麦克风、数字三合一传感器、心率传感器、高性能气压压力传感器等。

纳芯微

纳芯微电子是一家非常年轻但成长快速的国产传感器芯片企业,2022年4月纳芯微成功在上交所科创板上市,创下中国传感器&半导体产业史上最贵IPO首发价的股票记录。

纳芯微被EET电子工程专辑(中国)评为中国传感器公司TOP10之一。未来,纳芯微将开辟磁传感器赛道,已量产包括磁电流传感器、磁位置传感器等磁传感器,并与大陆集团等合作,促进乘用车关键零部件轮速传感器本土化生产。

MEMS未来发展的驱动力主要有哪些?

从市场需求来看,Yole预计MEMS行业预计在5年后将突破220亿美元大关,在2021年至2027年期间每年以约9%的速度增长。具体到应用领域来看,通讯、生物医疗、工业汽车及消费电子的应用增速均非常可观,其中通讯领域的复合增长率高达25%。如果按照各细分领域来看,预计到2026年,10亿美元以上的MEMS细分领域包括射频MEMS(40.49亿美元)、MEMS惯性器件(40.02亿美元)、压力 MEMS(23.62亿美元)、麦克风(18.71亿美元)以及未来应用(13.63 亿美元)。

从技术方面来看,Yole认为,当前影响MEMS技术发展趋势的三大支柱分别为:一是材料上的革命,如采用诸如氮化铝、锆钛酸铅等压电新材料,来提升MEMS器件的功能、增强灵敏度,和降低能耗;二是三维(3D)集成(包括大热的Chiplet),如MEMS 后道工艺、集成电路芯片/单芯片SoC片上系统的三维堆叠、12英寸MEMS产线的支持;三是先进封装,如过去前期处理(数字信号处理)、传感器融合、无线控制器、硅通孔TSV/玻璃通孔TGV技术到现在埋入式软件/算法、边缘智能和异质异构集成技术。

对MEMS的强劲需求,使得一些MEMS代工厂的产能已经排到2023年底。但Yole分析师指出,由于当前的微观经济和宏观经济形势导致运营成本上升,导致利润率下降,某些MEMS器件的平均售价增加。再加上一些集成商对MEMS芯片的囤积恐导致的未来库存过剩,可能导致2023年及以后的MEMS厂商活动低迷。

文章来源: 沃水投研,半导体行业观察,传感器专家网

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