10分钟盘点中国MEMS传感器最新产业红利!附2022最新报

发布时间:2022-10-07 02:14:42 来源:188体育网站 作者:188体育网站下载

  本文是较新的MEMS市场分析,因21年刚过具体数据待出,因此文中引用一般均为2020年最新产业数据。

  文中指出我国MEMS产业链起步较国外并未落后太多,目前已初步形成设计、加工、封装、测试的一条龙体系。但因为MEMS研发投入高,一款MEMS传感器从研发到成熟至少需20年时间,导致初期我国资本及企业在MEMS上投入不足,条块分割、力量分散,造成今日中国MEMS的困境。并且预计Fabless模式将成为主流。

  当然也有一些观点小编觉得有待商榷,如赛微收购瑞典Silex一举掌握先进MEMS,实际情况较复杂,可看文末总结。对于中国MEMS及传感器产业有任何观点也欢迎在传感器专家网公众号本内容底下留言、讨论。

  附华西证券《MEMS:乘产业趋势红利,深耕细分赛道》产业研究报告,报告日期是2022年1月9日,各项数据均为最新,应该是目前全网最新的MEMS产业研报。可在传感器专家网公众号对话框回复关键词【MEMS产业趋势红利】获取下载、保存链接。

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  MEMS是Micro Electro Mechanical System的缩写,简称微机电系统,是按功能要求在芯片上把微电路和微机械集成于一体的系统。MEMS基于光刻、腐蚀等传统半导体技术,融入超精密机械加工,并结合力学、化学、光学等学科知识和技术基础,使得一个毫米或微米级的MEMS具备精确而完整的机械、化学、光学等特性结构。

  MEMS产品主要可以分为MEMS传感器和MEMS执行器,其中传感器是用于探测和检测物理、化学、生物等现象和信号的器件,而执行器是用于实现机械运动、力和扭矩等行为的器件。

  相比传统压力传感器,MEMS压力传感器具备体积小、重量轻、功耗低、响应时间短、可批量化生产、成本低、易于集成等众多优点,广泛应用于汽车、消费电子、航空航天、医疗保健和工业控制等领域。

  MEMS的发展历史大致分为四个阶段,第一阶段是从1990年到2000年,汽车的电子设备以及应用逐渐增多推动MEMS传感器应用落地,例如:安全气囊、制动压力、轮胎压力监测系统等。对这些需求的增长,使得欧洲、日本和美国的企业开始研发并且大量生产汽车周边所用的MEMS传感器产品;

  第二阶段是从2000年到2010年,消费电子的热潮驱动MEMS行业迅速发展。消费电子产品如手机、平板电脑、笔记本电脑等要求MEMS传感器产品有更小的体积和更低的能耗表现;

  第三阶段是从2010年到2020年,物联网产业的快速发展,使得MEMS传感器行业拥有了巨大的发展空间。除了智能手机、平板电脑等消费电子之外,MEMS传感器将会在AR/VR、智能手表、智能驾驶、智慧物流、智慧医疗等领域广泛应用。

  第四阶段是从2020年起,随着自动驾驶、5G发展以及物联网普及,MEMS的发展空间被进一步拓展,通过提高MEMS传感器产品各项性能,以满足更小、更低能耗、更高性能的需求。

  我国MEMS传感器行业商业模式分为外购芯片封测模式、垂直分工制造(Fabless)模式和垂直整合制造(IDM)模式。

  外购芯片封测模式:中国本土MEMS传感器企业外采海外传感器企业设计好的芯片以及与传感器配套的其他芯片如ASIC信号调理电路芯片,自行或委托代工厂完成传感器的封装和测试,再将传感器成品销售给下游终端客户。外购芯片封测模式技术门槛较低,采用该模式的中国本土传感器企业通常缺乏压力传感器自主设计能力,但是由于中国MEMS压力传感器行业起步较晚,本土企业在传感器设计方面的技术积累薄弱,本土企业多采用外购芯片封测模式。

  Fabless模式:中国本土MEMS传感器企业负责器件设计和销售环节,即企业自主完成MEMS传感器设计,将设计版图交由代工企业并委托其完成传感器器件制造环节,再将制造成品交由传感器封装测试代工企业完成封测环节,最终将传感器产品销往下游终端客户。Fabless模式技术门槛较高、资金门槛要求较低,采用该模式的中国本土传感器企业通常具备芯片自主设计能力。

  IDM模式:中国本土MEMS传感器企业自主完成包括器件设计、器件制造、封装测试及销售等产业链各环节,除自主设计传感器外,需配套大量传感器制造和封装测试所需设备,资金投入大,属于重资产企业。由于IDM模式对技术积累、生产规模和资金实力等方面要求高,采用该模式的企业均为全球大型MEMS传感器企业。

  截至目前,国内拥有23条MEMS生产线,包括IDM和代工模式在内,具体情况汇总如下:

  据Yole统计及预测, 2020-2026年MEMS终端市场将以7.2%的年复合增长率增长。其中,消费领域是最大的MEMS应用市场,约占全球 MEMS 收入的 60%,到2026年约有112.7亿美元的市场。其次是汽车,汽车对MEMS的需求将从2020年的20.3亿美元上升到28.6亿美元。剩下的应用市场还有工业领域、医疗、电信、国防与航空航天等。

  从MEMS器件来看,Yole预计到2026年射频MEMS器件大约有40.4亿美元的市场空间,压力MEMS器件大约是23.62亿美元,惯性器件约有21.27亿美元,麦克风MEMS约是18.71亿美元,然后是加速器、喷墨头、光学、微型测辐射热仪、陀螺仪、微流体等等。

  我国MEMS产业链起步较国外并未落后太多,目前已初步形成设计、加工、封装、测试的一条龙体系。但是,由于历史原因造成的条块分割、力量分散,再加上投入严重不足,尽管已有不少成果,但在质量、性能价格比及商品化等方面与国外差距还是很大。

  MEMS的技术研发需要比较长时间的投入,一款传感器的研发一般需6-8年,加之测试、导入产业链的时间,一般需要接近二十年。再加上产品的价格并不与产品的重要性或者开发难度成正比,导致中国MEMS企业无法在价格战中获利。因此,中国企业需要提升产业链配套能力并强化上下游合作,同时积极探索新材料、集成技术在MEMS器件上的突破,探索新的市场机会。

  上游的研发设计集中在高校、科研院所和研发中试平台。MEMS技术涉及到微电子、机械、材料、化学、物理等诸多领域,学科交叉程度很高,研究难度较大,设计周期长,往往需要数年才能够量产。MEMS设计属于产业链高附加值环节,国内企业产品以力学传感器为主,在市场中处于中低端水平。

  中游的生产制造中,MEMS的基础材料属性,例如结构机械特性、材质化学特性,是决定产品性能的根本因素。因此,MEMS器件依赖各种工艺和变量,一种MEMS产品往往对应一种工艺流水线,研发团队一般需要多年的改进和测试才能商品化。MEMS代工可分为中试线、IC代工和MEMS专业代工三种。中试线多以高校及科研院所为主体,作为产业共性技术研发平台,不以盈利为目的,产能有限。

  IC代工厂MEMS业务处于起步阶段,能力较为薄弱,国内具备一定规模的设计企业基本选择国外代工厂。专业代工方面逐渐从收购走向自建,比如:2015年底,国内厂商赛微科技收购瑞典MEMS代工厂Silex Microsystems,从而一举掌握全球领先的MEMS代工技术;2019年,罕王微电子、西安励德微系统等一批企业相继落地MEMS产线,进入专业MEMS代工领域。

  封装技术大多来自集成电路封装技术,但是MEMS产品更为丰富,所以技术更复杂、困难,导致封装技术成为各大外包半导体封装测试厂争取领先的领域。封装制造过程中,由于中国起步较晚,和美国、日本、德国等制造强国的制造能力和精度相比还是有一定的差距,制作出来的MEMS传感器在寿命和精度上较差且质量层次不齐,产品竞争力较低。

  虽然国内MEMS代工落后于国际大厂,但封装测试技术起步较早,取得了不错的成绩,已具备国际竞争力。其中,以MEMS麦克风为主要产品的歌尔股份和瑞声科技,由于商业模式为购买国外设计厂商的MEMS产品IP,委托代工制造后自己完成产品的封装测试及销售,因而存在一定的溢价空间,现跻身全球MEMS TOP30的阵营。

  下游的应用产业中,消费电子是第一大市场,主要是近些年智能手机、可穿戴设备等市场的快速增长,国产智能设备厂商比如华为、小米、vivo等迅速发展。其次是汽车电子,汽车智能化要求高精度的传感设备,下游的国内汽车厂商如比亚迪、蔚来、小鹏也发展得如火如荼。

  此外,还有医疗设备、工业4.0、物联网等也是发展较快的下游应用产业。国内产业链下游需求企业快速发展,势头良好,但是核心技术仍然需要国外支持,自主研发能力相对较差,企业已经意识到自主创新能力的重要性并持续发力。

  目前MEMS产业还是以欧美及日本企业为主导,其中日本在汽车电子、机器人等方面的具有一定优势,欧盟在汽车电子、消费电子等方面占有重要市场份额。

  我国MEMS市场长期以国外厂商为主,2019年我国MEMS厂商前十名分别为博通、博世、意法半导体、德州仪器、QORVO、惠普、楼氏、恩智浦、歌尔和TDK,其中美国公司占到54%。

  中国企业歌尔挤入前十,瑞声科技排名第二十二位,除歌尔与瑞声年营收在1亿美元以上,美新半导体、美泰科技、芯奥微等本土MEMS传感器厂商年营收均在6000万美元以下,整体规模较小。

  另外,国内厂商经营产品种类较为单一,产品线多数为一条,多为元器件供应商,解决方案供应能力较差。而国际巨头Invensense、英飞凌等国外厂商拥有2到3条产品线,博世、电装、意法半导体等MEMS产品线条且具备一体化解决方案供给能力。

  相比之下,小供应商很难在较短时间内实现大批量生产制造,因此排名靠前的大供应商市场份额相对稳定,市场集中度较高。

  MEMS传感器集成度上升。由于物理尺寸小、兼容性高等特点,MEMS传感器具备易于与其他传感器和相应配套器件集成的优势,伴随MEMS工艺技术的发展以及下游应用领域对多功能传感器需求的增加,MEMS传感器的集成度将逐渐上升。

  一种是传感器与作为信号调理电路的ASIC芯片集成,提高数据可靠性,传感器的尺寸、重量、功耗和成本也得到减小和降低。另一种是多种类型传感器及器件集成,集压力传感器、陀螺仪、温度传感器以及其他功能器件为一体的多种数据采集和处理为一体的智能传感器。

  外购芯片进行封装的商业模式逐步向Fabless的商业模式演变。早期中国本土企业缺乏自主化能力,多采用外购芯片封测模式,博世、英飞凌、恩智浦等企业占据中国市场90%的份额。

  随着MEMS行业在中国的逐步发展,包括国外技术进口、国内市场倒逼以及下游封装市场的反哺,再加上Fabless模式轻资产的运营模式,中国逐渐涌现出一批Fabless的企业,伴随着国内MEMS传感器企业自主设计能力的提高,预计Fabless模式将成为主流。

  就全球来说,中国MEMS产业链其实已经比较完整,而技术落后情况主要指相对于欧美日等先进水平而言。

  文中也有一些观点较陈旧,譬如赛微收购Silex掌握全球领先的MEMS代工技术的看法,实际上2021年10月赛微旗下Silex专项技术出口许可申请被瑞典当局否决,妄想通过并购掌握先进技术来“曲线救国”的方法,已经被欧美日国家彻底堵死,关键技术研发还得从头做起!

  近几年传感器及MEMS产业逐步获得国家及社会企业的关注,不少资本、人才涌入,高校也纷纷成立集成电路学院,MEMS传感器产业红利在2022仍然非常可观。

  然而产业发展并非一日之功,风物长宜放眼量,未来中国传感器和半导体行业可期!

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