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渗透千行百业,MEMS传感器产业链逐步壮大

关键词:MEMS传感器

时间:2021-04-02 11:36:39      来源:网络

MEMS(MicroelectronMechanicalSystems)系统即微机电系统,是指可批量制作的,集微型传感器、执行器、机械结构、电源能源、信号处理、控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微米或纳米级器件或系统。

MEMS(MicroelectronMechanicalSystems)系统即微机电系统,是指可批量制作的,集微型传感器、执行器、机械结构、电源能源、信号处理、控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微米或纳米级器件或系统。
 
MEMS传感器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,其采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。

与传统的传感器相比,它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。
 
同时,在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。

MEMS技术是21世纪具有革命性的高新技术之一。
 
1947年美国贝尔实验室晶体管的发明是整个行业发展的起源;1987年美国伯克利加州大学发明了微马达,被认为是MEMS技术的开端;1993年ADI公司的微加速度计产品大批量应用于汽车防撞气囊,MEMS正式走入产业化阶段。
 
2016年以来,国内传感器技术及产业快速发展,同时受国内物联网、5G、人工智能等技术的推动,传感器向着MEMS化、智能化、网络化、系统化的方向持续发展。

MEMS产业链:涉及四大环节
 
MEMS产业链主要涉及设计研发、生产制造、封装测试、系统应用四大环节。
 
MEMS产业链的上游包括MEMS器件设计、材料和生产设备的研发和供应,中游包括MEMS器件的制造加工和封装测试、下游使用MEMS产品集成终端电子产品。
 
据统计,MEMS&传感器代工产能将从2019年的390万片/月增加至2023年的470万片/月。

MEMS传感器行业竞争格局
 
全球MEMS传感器市场的两大主要龙头企业是博世与博通集团,二者均占据了约12%的市场份额。
 
中国是最大的电子产品生产基地也是最大的电子产品消费国,2019年中国占据了全球MEMS器件市场规模的半数以上。
 
但在国内市场依然为国外厂商主导,国内市场前10厂商占据的份额中仅6%属于国内厂商。其中博通、博世、意法半导体分别以11%,8%,4%的市场份额位居前三。

MEMS传感器行业结构占比
 
从2019年全球MEMS行业结构占比来看,消费电子为主要应用领域,占比接近60%,汽车电子为第二大应用领域,占比约19%。
 
从2019年中国MEMS市场结构来看,网络与通信、计算机、消费电子合计占比50%,汽车领域占比29%。
 
受益于中国智能手机、平板电脑等消费电子类产品产量的稳定增长,加速度计、陀螺仪和微型麦克风等MEMS产品的需求也不断增长,使得中国已经成为全球MEMS市场中发展最快的地区。

消费电子
 
目前消费电子是全球MEMS行业最大的应用市场,且在整个MEMS行业的市场规模的占比越来越高,包括射频MEMS、微型麦克风、压力传感器、加速度计、陀螺仪等MEMS产品都广泛运用在以智能手机、平板电脑为代表的消费电子产品中。
 
在智能手机上,MEMS传感器提供在声音性能、场景切换、手势识别、方向定位、以及温度/压力/湿度传感器等广泛的应用。
 
2019年全球MEMS在消费电子领域市场规模约为71.63亿美元,2019-2024的年复合增长率为8.4%。

汽车电子
 
汽车电子产业被认为是MEMS传感器的第一波应用高潮的推动者,MEMS传感器借助气囊碰撞传感器、胎压监测系统和车辆稳定性控制增强车辆的性能。
 
环境信息的感知是实现驾驶辅助系统的基础,L1/2级别的自动驾驶仅需要1个摄像头模组、1-3个超声波雷达和激光雷达,以及0-1个融合传感器,而至L4/5级别自动驾驶车辆将会引入7-13个超声波雷达和激光雷达、6-8个摄像头模组并会引入V2X模块以及多传感器融合方案,新增半导体价值在1000美元以上。

医疗健康
 
MEMS传感器被广泛应用于生物和医疗电子产品中,如心脏起搏器、精密手术仪器、医疗机器、智能假肢、血糖仪、数字血压计、血气分析仪、数字脉搏、心率监视器、数字温度计、怀孕测试仪、透皮给药系统、透析系统和氧浓缩器等。
 
压力传感器、微流控、流量计和加速度计在医疗类MEMS市场中占据主要份额。2019年全球MEMS在医疗领域市场规模为8.44亿美元,2019-2024的年复合增长率为7.5%。

物联网
 
物联网普及极大拓展MEMS应用场景。物联网带来了很多增量市场,比如智能音箱、智能电视、可穿戴设备等,同时智能化程度也在不断提升,推动单机MEMS用量提升。
 
MEMS传感器行业器件类型占比
 
全球MEMS产品结构中,射频MEMS份额19.2%居首,其他产品中压力传感器、麦克风、加速度计份额超过10%。
 
中国市场结构与全球类似,数据显示2019年国内射频MEMS产品收入占比为25.9%;压力传感器占19.2%排第二位,麦克风、惯性组合、加速度计分别占比7.1%、8.9%、6.5%。

MEMS麦克风
 
MEMS麦克风是MEMS市场中增速最快的细分市场之一。MEMS麦克风市场的繁荣主要受益于智能手机、智能音箱和TWS耳机领域的发展。
 
MEMS麦克风是智能手机的标准配置,一些高端智能手机甚至使用3~4颗MEMS麦克风,而一台智能音箱的MEMS麦克风搭载量可达2~8颗,一副TWS耳机的MEMS麦克风数量则达4~6颗,为MEMS麦克风市场带来强劲增长动力。

中国MEMS传感器行业发展趋势
 
微型化
 
设备小型化、低能耗化未来,不断缩小产品尺寸、降低产品成本是MEMS传感器行业的重要发展趋势之一。
 
MEMS传感器产品的下游应用,对产品轻薄化有着较高的要求。MEMS生产厂商一方面改进封装结构计,在保证产品性能的基础上缩小器件尺寸,另一方面也同步缩小芯片的尺寸,在单片晶圆尺寸固定的情况下,芯片尺寸的减小增加了芯片的产量,也有效降低了平均成本。未来,随着MEMS尺寸的缩小,MEMS(微机电系统)将逐步向NEMS(纳机电系统)转变,并获得尺寸和成本的持续降低。
 
集成化
 
多传感器融合与协同单个设备中搭载的传感器数量逐渐增加,同时为了提升了信号识别与收集的效果和器件的集成化程度,传感器之间开始实现融合与协同(比如加速度计、陀螺仪、磁力计、IMU组合形成惯性传感器组)。
 
柔性压感MEMS优势明显
 
相比传统电容式方案,柔性MEMS对终端产品的结构和内部空间要求较低,能够有效降低组装成本,在智能手机压感触控、可穿戴产品和工业/医疗测量等领域具有很大的应用潜力。
 
应用场景多元化
 
随着人工智能和物联网技术的发展,MEMS传感器的应用场景将更加多元。MEMS传感器是人工智能重要的底层硬件之一,传感器收集的数据越丰富和精准,人工智能的功能才会越完善。
 
未来,智能家居、工业互联网、车联网、智能城市等新产业领域都将为MEMS传感器行业带来广阔的市场空间。

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