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MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)全景解析

MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)全景解析

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2022-03-17 07:48:20 16

MEMS（MicroelectronMechanicalSystems）系統(tǒng)即微機(jī)電系統(tǒng)，是指可批量制作的，集微型傳感器、執(zhí)行器、機(jī)械結(jié)構(gòu)、電源能源、信號(hào)處理、控制電路、高性能電子集成器件、接口、通信等于一體的微米或納米級(jí)器件或系統(tǒng)。

MEMS傳感器是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，其采用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)制造出來的新型傳感器。

與傳統(tǒng)的傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實(shí)現(xiàn)智能化的特點(diǎn)。

同時(shí)，在微米量級(jí)的特征尺寸使得它可以完成某些傳統(tǒng)機(jī)械傳感器所不能實(shí)現(xiàn)的功能。

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MEMS技術(shù)是21世紀(jì)具有革命性的高新技術(shù)之一。

1947年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室晶體管的發(fā)明是整個(gè)行業(yè)發(fā)展的起源；1987年美國(guó)伯克利加州大學(xué)發(fā)明了微馬達(dá)，被認(rèn)為是MEMS技術(shù)的開端；1993年ADI公司的微加速度計(jì)產(chǎn)品大批量應(yīng)用于汽車防撞氣囊，MEMS正式走入產(chǎn)業(yè)化階段。

2016年以來，國(guó)內(nèi)傳感器技術(shù)及產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，同時(shí)受國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等技術(shù)的推動(dòng)，傳感器向著MEMS化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化的方向持續(xù)發(fā)展。

MEMS產(chǎn)業(yè)鏈：涉及四大環(huán)節(jié)

MEMS產(chǎn)業(yè)鏈主要涉及設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)制造、封裝測(cè)試、系統(tǒng)應(yīng)用四大環(huán)節(jié)。

MEMS產(chǎn)業(yè)鏈的上游包括MEMS器件設(shè)計(jì)、材料和生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)和供應(yīng)，中游包括MEMS器件的制造加工和封裝測(cè)試、下游使用MEMS產(chǎn)品集成終端電子產(chǎn)品。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，MEMS＆傳感器代工產(chǎn)能將從2019年的390萬片/月增加至2023年的470萬片/月。

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MEMS傳感器行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局

全球MEMS傳感器市場(chǎng)的兩大主要龍頭企業(yè)是博世與博通集團(tuán)，二者均占據(jù)了約12%的市場(chǎng)份額。

中國(guó)是最大的電子產(chǎn)品生產(chǎn)基地也是最大的電子產(chǎn)品消費(fèi)國(guó)，2019年中國(guó)占據(jù)了全球MEMS器件市場(chǎng)規(guī)模的半數(shù)以上。

但在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)依然為國(guó)外廠商主導(dǎo)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前10廠商占據(jù)的份額中僅6%屬于國(guó)內(nèi)廠商。其中博通、博世、意法半導(dǎo)體分別以11%，8%，4%的市場(chǎng)份額位居前三。

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MEMS傳感器行業(yè)結(jié)構(gòu)占比

從2019年全球MEMS行業(yè)結(jié)構(gòu)占比來看，消費(fèi)電子為主要應(yīng)用領(lǐng)域，占比接近60%，汽車電子為第二大應(yīng)用領(lǐng)域，占比約19%。

從2019年中國(guó)MEMS市場(chǎng)結(jié)構(gòu)來看，網(wǎng)絡(luò)與通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子合計(jì)占比50%，汽車領(lǐng)域占比29%。

受益于中國(guó)智能手機(jī)、平板電腦等消費(fèi)電子類產(chǎn)品產(chǎn)量的穩(wěn)定增長(zhǎng)，加速度計(jì)、陀螺儀和微型麥克風(fēng)等MEMS產(chǎn)品的需求也不斷增長(zhǎng)，使得中國(guó)已經(jīng)成為全球MEMS市場(chǎng)中發(fā)展最快的地區(qū)。

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消費(fèi)電子

目前消費(fèi)電子是全球MEMS行業(yè)最大的應(yīng)用市場(chǎng)，且在整個(gè)MEMS行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模的占比越來越高，包括射頻MEMS、微型麥克風(fēng)、壓力傳感器、加速度計(jì)、陀螺儀等MEMS產(chǎn)品都廣泛運(yùn)用在以智能手機(jī)、平板電腦為代表的消費(fèi)電子產(chǎn)品中。

在智能手機(jī)上，MEMS傳感器提供在聲音性能、場(chǎng)景切換、手勢(shì)識(shí)別、方向定位、以及溫度/壓力/濕度傳感器等廣泛的應(yīng)用。

2019年全球MEMS在消費(fèi)電子領(lǐng)域市場(chǎng)規(guī)模約為71.63億美元，2019-2024的年復(fù)合增長(zhǎng)率為8.4%。

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汽車電子

汽車電子產(chǎn)業(yè)被認(rèn)為是MEMS傳感器的*波應(yīng)用高潮的推動(dòng)者，MEMS傳感器借助氣囊碰撞傳感器、胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和車輛穩(wěn)定性控制增強(qiáng)車輛的性能。

環(huán)境信息的感知是實(shí)現(xiàn)駕駛輔助系統(tǒng)的基礎(chǔ)，L1/2級(jí)別的自動(dòng)駕駛僅需要1個(gè)攝像頭模組、1-3個(gè)超聲波雷達(dá)和激光雷達(dá)，以及0-1個(gè)融合傳感器，而至L4/5級(jí)別自動(dòng)駕駛車輛將會(huì)引入7-13個(gè)超聲波雷達(dá)和激光雷達(dá)、6-8個(gè)攝像頭模組并會(huì)引入V2X模塊以及多傳感器融合方案，新增半導(dǎo)體價(jià)值在1000美元以上。

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醫(yī)療健康

MEMS傳感器被廣泛應(yīng)用于生物和醫(yī)療電子產(chǎn)品中，如心臟起搏器、精密手術(shù)儀器、醫(yī)療機(jī)器、智能假肢、血糖儀、數(shù)字血壓計(jì)、血?dú)夥治鰞x、數(shù)字脈搏、心率監(jiān)視器、數(shù)字溫度計(jì)、懷孕測(cè)試儀、透皮給藥系統(tǒng)、透析系統(tǒng)和氧濃縮器等。

壓力傳感器、微流控、流量計(jì)和加速度計(jì)在醫(yī)療類MEMS市場(chǎng)中占據(jù)主要份額。2019年全球MEMS在醫(yī)療領(lǐng)域市場(chǎng)規(guī)模為8.44億美元，2019-2024的年復(fù)合增長(zhǎng)率為7.5%。

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物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)普及極大拓展MEMS應(yīng)用場(chǎng)景。物聯(lián)網(wǎng)帶來了很多增量市場(chǎng)，比如智能音箱、智能電視、可穿戴設(shè)備等，同時(shí)智能化程度也在不斷提升，推動(dòng)單機(jī)MEMS用量提升。

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MEMS傳感器行業(yè)器件類型占比

全球MEMS產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，射頻MEMS份額19.2%居首，其他產(chǎn)品中壓力傳感器、麥克風(fēng)、加速度計(jì)份額超過10%。

中國(guó)市場(chǎng)結(jié)構(gòu)與全球類似，數(shù)據(jù)顯示2019年國(guó)內(nèi)射頻MEMS產(chǎn)品收入占比為25.9%；壓力傳感器占19.2%排第二位，麥克風(fēng)、慣性組合、加速度計(jì)分別占比7.1%、8.9%、6.5%。

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MEMS麥克風(fēng)

MEMS麥克風(fēng)是MEMS市場(chǎng)中增速最快的細(xì)分市場(chǎng)之一。MEMS麥克風(fēng)市場(chǎng)的繁榮主要受益于智能手機(jī)、智能音箱和TWS耳機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展。

MEMS麥克風(fēng)是智能手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，一些高端智能手機(jī)甚至使用3~4顆MEMS麥克風(fēng)，而一臺(tái)智能音箱的MEMS麥克風(fēng)搭載量可達(dá)2~8顆，一副TWS耳機(jī)的MEMS麥克風(fēng)數(shù)量則達(dá)4~6顆，為MEMS麥克風(fēng)市場(chǎng)帶來強(qiáng)勁增長(zhǎng)動(dòng)力。

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中國(guó)MEMS傳感器行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

微型化

設(shè)備小型化、低能耗化未來，不斷縮小產(chǎn)品尺寸、降低產(chǎn)品成本是MEMS傳感器行業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì)之一。

MEMS傳感器產(chǎn)品的下游應(yīng)用，對(duì)產(chǎn)品輕薄化有著較高的要求。MEMS生產(chǎn)廠商一方面改進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)計(jì)，在保證產(chǎn)品性能的基礎(chǔ)上縮小器件尺寸，另一方面也同步縮小芯片的尺寸，在單片晶圓尺寸固定的情況下，芯片尺寸的減小增加了芯片的產(chǎn)量，也有效降低了平均成本。未來，隨著MEMS尺寸的縮小，MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）將逐步向NEMS（納機(jī)電系統(tǒng)）轉(zhuǎn)變，并獲得尺寸和成本的持續(xù)降低。

集成化

多傳感器融合與協(xié)同單個(gè)設(shè)備中搭載的傳感器數(shù)量逐漸增加，同時(shí)為了提升了信號(hào)識(shí)別與收集的效果和器件的集成化程度，傳感器之間開始實(shí)現(xiàn)融合與協(xié)同（比如加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)、IMU組合形成慣性傳感器組）。

柔性壓感MEMS優(yōu)勢(shì)明顯

相比傳統(tǒng)電容式方案，柔性MEMS對(duì)終端產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部空間要求較低，能夠有效降低組裝成本，在智能手機(jī)壓感觸控、可穿戴產(chǎn)品和工業(yè)/醫(yī)療測(cè)量等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。

應(yīng)用場(chǎng)景多元化

隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，MEMS傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景將更加多元。MEMS傳感器是人工智能重要的底層硬件之一，傳感器收集的數(shù)據(jù)越豐富和*，人工智能的功能才會(huì)越完善。

未來，智能家居、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、智能城市等新產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域都將為MEMS傳感器行業(yè)帶來廣闊的市場(chǎng)空間。

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