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滲透千行百業,MEMS傳感器產業鏈逐步壯大

2021-04-02 來源:樂晴智庫

MEMS(MicroelectronMechanicalSystems)系統即微機電系統,是指可批量制作的,集微型傳感器、執行器、機械結構、電源能源、信號處理、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器件或系統。

 

MEMS傳感器是在微電子技術基礎上發展起來的多學科交叉的前沿研究領域,其采用微電子和微機械加工技術制造出來的新型傳感器。

 

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與傳統的傳感器相比,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、易于集成和實現智能化的特點。

 

同時,在微米量級的特征尺寸使得它可以完成某些傳統機械傳感器所不能實現的功能。

 

 

MEMS技術是21世紀具有革命性的高新技術之一。

 

1947年美國貝爾實驗室晶體管的發明是整個行業發展的起源;1987年美國伯克利加州大學發明了微馬達,被認為是MEMS技術的開端;1993年ADI公司的微加速度計產品大批量應用于汽車防撞氣囊,MEMS正式走入產業化階段。

 

2016年以來,國內傳感器技術及產業快速發展,同時受國內物聯網、5G、人工智能等技術的推動,傳感器向著MEMS化、智能化、網絡化、系統化的方向持續發展。

 

 

MEMS產業鏈:涉及四大環節

 

MEMS產業鏈主要涉及設計研發、生產制造、封裝測試、系統應用四大環節。

 

MEMS產業鏈的上游包括MEMS器件設計、材料和生產設備的研發和供應,中游包括MEMS器件的制造加工和封裝測試、下游使用MEMS產品集成終端電子產品。

 

據統計,MEMS&傳感器代工產能將從2019年的390萬片/月增加至2023年的470萬片/月。

 

 

MEMS傳感器行業競爭格局

 

全球MEMS傳感器市場的兩大主要龍頭企業是博世與博通集團,二者均占據了約12%的市場份額。

 

中國是最大的電子產品生產基地也是最大的電子產品消費國,2019年中國占據了全球MEMS器件市場規模的半數以上。

 

但在國內市場依然為國外廠商主導,國內市場前10廠商占據的份額中僅6%屬于國內廠商。其中博通、博世、意法半導體分別以11%,8%,4%的市場份額位居前三。

 

 

MEMS傳感器行業結構占比

 

從2019年全球MEMS行業結構占比來看,消費電子為主要應用領域,占比接近60%,汽車電子為第二大應用領域,占比約19%。

 

從2019年中國MEMS市場結構來看,網絡與通信、計算機、消費電子合計占比50%,汽車領域占比29%。

 

受益于中國智能手機、平板電腦等消費電子類產品產量的穩定增長,加速度計、陀螺儀和微型麥克風等MEMS產品的需求也不斷增長,使得中國已經成為全球MEMS市場中發展最快的地區。

 

 

消費電子

 

目前消費電子是全球MEMS行業最大的應用市場,且在整個MEMS行業的市場規模的占比越來越高,包括射頻MEMS、微型麥克風、壓力傳感器、加速度計、陀螺儀等MEMS產品都廣泛運用在以智能手機、平板電腦為代表的消費電子產品中。

 

在智能手機上,MEMS傳感器提供在聲音性能、場景切換、手勢識別、方向定位、以及溫度/壓力/濕度傳感器等廣泛的應用。

 

2019年全球MEMS在消費電子領域市場規模約為71.63億美元,2019-2024的年復合增長率為8.4%。

 

 

汽車電子

 

汽車電子產業被認為是MEMS傳感器的第一波應用高潮的推動者,MEMS傳感器借助氣囊碰撞傳感器、胎壓監測系統和車輛穩定性控制增強車輛的性能。

 

環境信息的感知是實現駕駛輔助系統的基礎,L1/2級別的自動駕駛僅需要1個攝像頭模組、1-3個超聲波雷達和激光雷達,以及0-1個融合傳感器,而至L4/5級別自動駕駛車輛將會引入7-13個超聲波雷達和激光雷達、6-8個攝像頭模組并會引入V2X模塊以及多傳感器融合方案,新增半導體價值在1000美元以上。

 

 

醫療健康

 

MEMS傳感器被廣泛應用于生物和醫療電子產品中,如心臟起搏器、精密手術儀器、醫療機器、智能假肢、血糖儀、數字血壓計、血氣分析儀、數字脈搏、心率監視器、數字溫度計、懷孕測試儀、透皮給藥系統、透析系統和氧濃縮器等。

 

壓力傳感器、微流控、流量計和加速度計在醫療類MEMS市場中占據主要份額。2019年全球MEMS在醫療領域市場規模為8.44億美元,2019-2024的年復合增長率為7.5%。

 

 

物聯網

 

物聯網普及極大拓展MEMS應用場景。物聯網帶來了很多增量市場,比如智能音箱、智能電視、可穿戴設備等,同時智能化程度也在不斷提升,推動單機MEMS用量提升。

 

MEMS傳感器行業器件類型占比

 

全球MEMS產品結構中,射頻MEMS份額19.2%居首,其他產品中壓力傳感器、麥克風、加速度計份額超過10%。

 

中國市場結構與全球類似,數據顯示2019年國內射頻MEMS產品收入占比為25.9%;壓力傳感器占19.2%排第二位,麥克風、慣性組合、加速度計分別占比7.1%、8.9%、6.5%。

 

 

MEMS麥克風

 

MEMS麥克風是MEMS市場中增速最快的細分市場之一。MEMS麥克風市場的繁榮主要受益于智能手機、智能音箱和TWS耳機領域的發展。

 

MEMS麥克風是智能手機的標準配置,一些高端智能手機甚至使用3~4顆MEMS麥克風,而一臺智能音箱的MEMS麥克風搭載量可達2~8顆,一副TWS耳機的MEMS麥克風數量則達4~6顆,為MEMS麥克風市場帶來強勁增長動力。

 

 

中國MEMS傳感器行業發展趨勢

 

微型化

 

設備小型化、低能耗化未來,不斷縮小產品尺寸、降低產品成本是MEMS傳感器行業的重要發展趨勢之一。

 

MEMS傳感器產品的下游應用,對產品輕薄化有著較高的要求。MEMS生產廠商一方面改進封裝結構計,在保證產品性能的基礎上縮小器件尺寸,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量,也有效降低了平均成本。未來,隨著MEMS尺寸的縮小,MEMS(微機電系統)將逐步向NEMS(納機電系統)轉變,并獲得尺寸和成本的持續降低。

 

集成化

 

多傳感器融合與協同單個設備中搭載的傳感器數量逐漸增加,同時為了提升了信號識別與收集的效果和器件的集成化程度,傳感器之間開始實現融合與協同(比如加速度計、陀螺儀、磁力計、IMU組合形成慣性傳感器組)。

 

柔性壓感MEMS優勢明顯

 

相比傳統電容式方案,柔性MEMS對終端產品的結構和內部空間要求較低,能夠有效降低組裝成本,在智能手機壓感觸控、可穿戴產品和工業/醫療測量等領域具有很大的應用潛力。

 

應用場景多元化

 

隨著人工智能和物聯網技術的發展,MEMS傳感器的應用場景將更加多元。MEMS傳感器是人工智能重要的底層硬件之一,傳感器收集的數據越豐富和精準,人工智能的功能才會越完善。

 

未來,智能家居、工業互聯網、車聯網、智能城市等新產業領域都將為MEMS傳感器行業帶來廣闊的市場空間。

 

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