MEMS傳感器行業(yè)發(fā)展概況分析

MEMS傳感器行業(yè)發(fā)展概況分析MEMS傳感器行業(yè)發(fā)展概況傳感器是物體實(shí)現(xiàn)感知功能的主力，通常由傳感器模塊、微控制器模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊以及電源管理模塊四個(gè)部分構(gòu)成。傳感器感知狀態(tài)數(shù)據(jù)，微控制器存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)，無(wú)線(xiàn)通信模塊接收微控制器模塊處理的數(shù)據(jù)之后再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)。MEMS技術(shù)是將微米級(jí)的敏感組件、信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一塊芯片上，再利用硅基微納加工工藝進(jìn)行批量制造，從而形成了MEMS傳感器，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)電子、消費(fèi)電子、工業(yè)、醫(yī)療、航空航天、通信等領(lǐng)域。根據(jù)Yole統(tǒng)計(jì)，2020年全球MEMS傳感器市場(chǎng)規(guī)模為90億美元，預(yù)計(jì)2026年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到128億美元，2020-2026年均復(fù)合增長(zhǎng)率為6．1%。消費(fèi)電子、汽車(chē)電子和工業(yè)控制是應(yīng)用MEMS最多的三個(gè)下游板塊，也是近年最大的增長(zhǎng)點(diǎn)。硅片：供需持續(xù)緊張，加速硅片是半導(dǎo)體上游產(chǎn)業(yè)鏈中最重要的基底材料之一。硅片是以高純結(jié)晶硅為材料所制成的圓片，一般可作為集成電路和半導(dǎo)體器件的載體。與其他材料相比，結(jié)晶硅的分子結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，導(dǎo)電性極低。此外，硅大量存在于沙子、巖石、礦物中，更容易獲取。因此，硅具有穩(wěn)定性高、易獲取、產(chǎn)量大等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于IC和光伏領(lǐng)域。（一）半導(dǎo)體硅片純度極高，大尺寸為大勢(shì)所趨硅片可以根據(jù)晶胞排列是否有序、尺寸、加工工序和摻雜程度的不同等方式進(jìn)行分類(lèi)。根據(jù)晶胞排列方式的不同，硅片可分為單晶硅和多晶硅。硅片是硅單質(zhì)材料的片狀結(jié)構(gòu)，有單晶和多晶之分。單晶是具有固定晶向的結(jié)晶體材料，一般用作集成電路的襯底材料和制作太陽(yáng)能電池片。多晶是沒(méi)有固定晶向的晶體材料，一般用于光伏發(fā)電，或者用于拉制單晶硅的原材料。單晶硅用作半導(dǎo)體材料有極高的純度要求，IC級(jí)別的純度要求達(dá)9N以上（99．9999999%），區(qū)熔單晶硅片純度要求在11N（99．999999999%）以上。根據(jù)尺寸大小的不同，硅片可分為50mm（2英寸）、75mm（3英寸）、100mm（4英寸）、150mm（6英寸）、200mm（8英寸）及300mm（12英寸）。英寸為硅片的直徑，目前8英寸和12英寸硅片為市場(chǎng)最主流的產(chǎn)品。8英寸硅片主要應(yīng)用在90nm-0．25μm制程中，多用于傳感、安防領(lǐng)域和電動(dòng)汽車(chē)的功率器件、模擬IC、指紋識(shí)別和顯示驅(qū)動(dòng)等。12英寸硅片主要應(yīng)用在90nm以下的制程中，主要用于邏輯芯片、儲(chǔ)存器和自動(dòng)駕駛領(lǐng)域。大尺寸為硅片主流趨勢(shì)。硅片越大，單個(gè)產(chǎn)出的芯片數(shù)量越多，制造成本越低，因此硅片廠(chǎng)商不斷向大尺寸硅片進(jìn)發(fā)。1980年4英寸占主流，1990年發(fā)展為6英寸，2000年開(kāi)始8英寸被廣泛應(yīng)用。根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，2008年以前，全球大尺寸硅片以8英寸為主，2008年后，12英寸硅片市場(chǎng)份額逐步提升，趕超8英寸硅片。2020年，12英寸硅片市場(chǎng)份額已提升至68．1%，為目前半導(dǎo)體硅片市場(chǎng)最主流的產(chǎn)品。后續(xù)18英寸硅片將成為市場(chǎng)下一階段的目標(biāo)，但設(shè)備研發(fā)難度大，生產(chǎn)成本較高，且下游需求量不足，18英寸硅片尚未成熟。根據(jù)加工工序的不同，硅片可分為拋光片、外延片、SOI硅片等高端硅片。其中拋光片應(yīng)用范圍最為廣泛，是拋光環(huán)節(jié)的終產(chǎn)物。拋光片是從單晶硅柱上直接切出厚度約1mm的原硅片，切出后對(duì)其進(jìn)行拋光鏡面加工，去除部分損傷層后得到的表面光潔平整的硅片。拋光片可單獨(dú)使用于電動(dòng)汽車(chē)功率器件和儲(chǔ)存芯片中，也可用作其他硅片的襯底，成為其他硅片加工的基礎(chǔ)。外延片是一種將拋光片在外延爐中加熱后，通過(guò)氣相沉淀的方式使其表面外延生長(zhǎng)符合特定要求的多晶硅的硅片。該技術(shù)可有效減少硅片中的單晶缺陷，使硅片具有更低的缺陷密度和氧含量，從而提升終端產(chǎn)品的可靠性，常用于制造CMOS芯片。根據(jù)摻雜程度的不同，半導(dǎo)體硅片可分為輕摻和重?fù)?。重?fù)焦杵脑負(fù)诫s濃度高，電阻率低，一般應(yīng)用于功率器件。輕摻硅片摻雜濃度低，技術(shù)難度和產(chǎn)品質(zhì)量要求更高，一般用于集成電路領(lǐng)域。由于集成電路在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)中占比超過(guò)80%，目前全球?qū)p摻硅片需求更大。（二）受益晶圓廠(chǎng)積極擴(kuò)產(chǎn)，硅片市場(chǎng)快速增長(zhǎng)含硅量提升驅(qū)動(dòng)行業(yè)快速增長(zhǎng)。伴隨5G、物聯(lián)網(wǎng)、新能源汽車(chē)、人工智能等新興領(lǐng)域的高速成長(zhǎng)，汽車(chē)電子行業(yè)成為半導(dǎo)體硅片領(lǐng)域新的需求增長(zhǎng)點(diǎn)。據(jù)ICInsights數(shù)據(jù)，2021年全球汽車(chē)行業(yè)的芯片出貨量同比增長(zhǎng)了30%，達(dá)524億顆。但全球汽車(chē)缺芯情況在2020年短暫緩解后，于2022年再度加劇，帶動(dòng)下游硅片市場(chǎng)需求量上升。據(jù)SEMI數(shù)據(jù)顯示，2021年全球半導(dǎo)體硅片市場(chǎng)規(guī)模為126億美元，同比增長(zhǎng)12．5%。濕電子化學(xué)品：半導(dǎo)體制造材料關(guān)鍵一環(huán)濕電子化學(xué)品貫穿整個(gè)芯片制造流程，是重要的晶圓制造材料。濕電子化學(xué)品又稱(chēng)工藝化學(xué)品，是指主體成分純度大于99．99%，雜質(zhì)離子和微粒數(shù)符合嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)試劑。在IC芯片制造中，濕電子化學(xué)品常用于清洗、光刻和蝕刻等工藝，可有效清除晶圓表面殘留污染物、減少金屬雜質(zhì)含量，為下游產(chǎn)品質(zhì)量提供保障。在半導(dǎo)體制造工藝中主要用于集成電路前端的晶圓制造及后端的封裝測(cè)試，用量較少，但產(chǎn)品純度要求高、價(jià)值量大。（一）濕電子化學(xué)品種類(lèi)眾多，硫酸和雙氧水占比較高根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，濕電子化學(xué)品可分為通用化學(xué)品和功能性化學(xué)品。其中通用化學(xué)品指主體成分純度大于99．99%、雜質(zhì)離子含量低于PPM級(jí)和塵埃顆粒粒徑在0．5μm以下的單一高純?cè)噭９δ軡耠娮踊瘜W(xué)品指可通過(guò)復(fù)配滿(mǎn)足制造中特殊工藝需求、達(dá)到某些特定功能的配方類(lèi)和復(fù)配類(lèi)液體化學(xué)品。其中通用化學(xué)品廣泛應(yīng)用于IC芯片、液晶顯示面板和LED制造領(lǐng)域，包括氫氟酸、硫酸、磷酸、鹽酸、硝酸、乙酸等。功能性濕電子以光刻膠配套試劑為代表，包括顯影液、漂洗液、剝離液等。（二）全球市場(chǎng)空間超50億美元，國(guó)內(nèi)增速更快受益于三大下游市場(chǎng)擴(kuò)容，濕電子化學(xué)品需求量有望實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定增速。近年來(lái)，半導(dǎo)體、顯示面板、光伏三大板塊下游市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)迎來(lái)高速發(fā)展，帶動(dòng)濕電子化學(xué)品市場(chǎng)規(guī)模平穩(wěn)增長(zhǎng)。據(jù)智研咨詢(xún)數(shù)據(jù)，2020年全球濕電子化學(xué)品市場(chǎng)規(guī)模為50．84億美元，受疫情影響略有下滑。國(guó)內(nèi)濕電子化學(xué)品市場(chǎng)規(guī)模于2020年達(dá)到100．6億元，同比增長(zhǎng)9．2%。中低端領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)化率較高，產(chǎn)業(yè)升級(jí)主要面向G4-G5級(jí)產(chǎn)品。國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備和材料組織（SEMI）于1975年制定了國(guó)際統(tǒng)一的濕電子化學(xué)品雜質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)下，產(chǎn)品級(jí)別越高，所對(duì)應(yīng)的集成電路加工工藝精細(xì)度程度越高，制程越先進(jìn)。半導(dǎo)體領(lǐng)域?qū)耠娮踊瘜W(xué)品的純度要求較高，集中在G3、G4級(jí)水平，且晶圓尺寸越大對(duì)純度的要求越高，12英寸晶圓制造一般要求G4級(jí)以上水平。目前國(guó)外主流濕電子化學(xué)品企業(yè)已實(shí)現(xiàn)G5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品的量產(chǎn)。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)半導(dǎo)體領(lǐng)域的濕電子化學(xué)品，G2、G3級(jí)中低端產(chǎn)品進(jìn)口轉(zhuǎn)化率高，因?yàn)榇思夹g(shù)范圍內(nèi)國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品本土化生產(chǎn)、性?xún)r(jià)比高、供應(yīng)穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)較為突出。G4、G5級(jí)高端產(chǎn)品仍有較大進(jìn)口替代空間，為未來(lái)主要升級(jí)方向。（三）純化和復(fù)配為濕電子化學(xué)品核心，半導(dǎo)體要求最高集成電路對(duì)超凈高純?cè)噭┘兌鹊囊蠓浅８?。按照SEMI等級(jí)的分類(lèi)，G1級(jí)屬于低檔產(chǎn)品，G2級(jí)屬于中低檔產(chǎn)品，G3級(jí)屬于中高檔產(chǎn)品，G4和G5級(jí)則屬于高檔產(chǎn)品。集成電路用超高純?cè)噭┑募兌纫蠡炯性贕3、G4級(jí)水平，中國(guó)的研發(fā)水平與國(guó)際仍存在較大差距。濕電子化學(xué)品技術(shù)制造復(fù)雜，且品類(lèi)眾多，每種產(chǎn)品的制備要求各不相同，無(wú)法設(shè)計(jì)加工通用設(shè)備。企業(yè)必須根據(jù)不同品種的特性來(lái)確定適合的工藝路徑，設(shè)計(jì)加工所需的設(shè)備，因此顯著提升了制造成本和供應(yīng)難度。研發(fā)能力及技術(shù)積累。濕電子化學(xué)品的生產(chǎn)技術(shù)包括混配技術(shù)、分離技術(shù)、純化技術(shù)以及與其生產(chǎn)相配套的分析檢驗(yàn)技術(shù)、環(huán)境處理與監(jiān)測(cè)技術(shù)等。以上技術(shù)都需要企業(yè)具備研發(fā)能力和一定的技術(shù)積累。同時(shí)，下游產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝和專(zhuān)用性需求不盡相同，這需要企業(yè)有較強(qiáng)的配套能力和一定的時(shí)間去掌握核心的配方工藝以滿(mǎn)足不同產(chǎn)品的需求。（四）外企壟斷高端濕電子化學(xué)品市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商有所突破日韓企業(yè)長(zhǎng)期壟斷G4及以上級(jí)別高端市場(chǎng)。國(guó)際市場(chǎng)上G4及其以上級(jí)別的高端產(chǎn)品多數(shù)被歐美、日本、韓國(guó)等海外公司壟斷。2019年海外市場(chǎng)份額合計(jì)達(dá)到98%。根據(jù)新材料在線(xiàn)數(shù)據(jù)，德國(guó)巴斯夫；美國(guó)亞什蘭化學(xué)、Arch化學(xué)；日本關(guān)東化學(xué)、三菱化學(xué)、京都化工、住友化學(xué)、和光純藥工業(yè)；中國(guó)臺(tái)灣鑫林科技；韓國(guó)東友精細(xì)化工等十家公司共占全球市場(chǎng)份額的80%以上。國(guó)內(nèi)濕電子化學(xué)品市場(chǎng)百舸爭(zhēng)流。由于進(jìn)入壁壘相對(duì)較低，我國(guó)濕電子化學(xué)品制造企業(yè)眾多，約有40余家。其中，以江化微和格林達(dá)為首的濕電子化學(xué)品專(zhuān)業(yè)制造商，主要產(chǎn)品集中在濕電子化學(xué)品，產(chǎn)品種類(lèi)豐富且毛利率高；以晶瑞電材和飛凱材料為代表的綜合型微電子材料制造商，涉及領(lǐng)域更廣，客戶(hù)體量相對(duì)較大。此外還有例如巨化股份等大型化工企業(yè)，濕電子化學(xué)品類(lèi)產(chǎn)品營(yíng)收占比較少，具有原材料方面的優(yōu)勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)制造商產(chǎn)能主要集中在G3、G4級(jí)領(lǐng)域，多數(shù)已開(kāi)始布局G5級(jí)產(chǎn)品產(chǎn)線(xiàn)，預(yù)計(jì)在2022年實(shí)現(xiàn)逐步放量。但目前相較于國(guó)際主流公司，國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)量較小。半導(dǎo)體材料為芯片之基，覆蓋工藝全流程半導(dǎo)體材料包括晶圓制造材料和封裝材料。其中晶圓制造材料包括硅片、掩模版、電子氣體、光刻膠、CMP拋光材料、濕電子化學(xué)品、靶材等，封裝材料包括封裝基板、引線(xiàn)框架、鍵合絲、包封材料、陶瓷基板、芯片粘結(jié)材料和其他封裝材料。具體來(lái)說(shuō)，在芯片制造過(guò)程中，硅晶圓環(huán)節(jié)會(huì)用到硅片；清洗環(huán)節(jié)會(huì)用到高純特氣和高純?cè)噭?；沉積環(huán)節(jié)會(huì)用到靶材；涂膠環(huán)節(jié)會(huì)用到光刻膠；曝光環(huán)節(jié)會(huì)用到掩模板；顯影、刻蝕、去膠環(huán)節(jié)均會(huì)用到高純?cè)噭?，刻蝕環(huán)節(jié)還會(huì)用到高純特氣；薄膜生長(zhǎng)環(huán)節(jié)會(huì)用到前驅(qū)體和靶材；研磨拋光環(huán)節(jié)會(huì)用到拋光液和拋光墊。在芯片封裝過(guò)程中，貼片環(huán)節(jié)會(huì)用到封裝基板和引線(xiàn)框架；引線(xiàn)鍵合環(huán)節(jié)會(huì)用到鍵合絲；模塑環(huán)節(jié)會(huì)用到硅微粉和塑封料；電鍍環(huán)節(jié)會(huì)用到錫球。半導(dǎo)體材料市場(chǎng)較為分散，硅片為單一最大品類(lèi)半導(dǎo)體材料種類(lèi)繁多，包括硅片、電子特氣、掩模版、光刻膠、濕電子化學(xué)品、拋光液、拋光墊、靶材等。據(jù)SEMI數(shù)據(jù)顯示，硅片為半導(dǎo)體材料領(lǐng)域規(guī)模最大的品類(lèi)之一，市場(chǎng)份額占比達(dá)32．9%，排名第一，其次為氣體，占比約14．1%，光掩模排名第三，占比為12．6%。此外，拋光液和拋光墊、光刻膠配套試劑、光刻膠、濕化學(xué)品、濺射靶材的占比分別為7．2%、6．9%、6．1%、4%和3%。半導(dǎo)體材料景氣持續(xù)，市場(chǎng)空間廣闊半導(dǎo)體是指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。無(wú)論從科技或經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度來(lái)看，半導(dǎo)體都至關(guān)重要。2010年以來(lái)，全球半導(dǎo)體行業(yè)從PC時(shí)代進(jìn)入智能手機(jī)時(shí)代，成為全球創(chuàng)新最為活躍的領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類(lèi)電子、網(wǎng)絡(luò)通信和汽車(chē)電子等核心領(lǐng)域。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主要由集成電路、光電子、分立器件和傳感器組成，據(jù)WSTS世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織預(yù)測(cè)，到2022年全球集成電路占比84．22%，光電子器件、分立器件、傳感器占比分別為7．41%、5．10%和3．26%。半導(dǎo)體工藝復(fù)雜，技術(shù)壁壘極高。芯片生產(chǎn)大體可分為硅片制造、芯片制造和封裝測(cè)試三個(gè)流程。其中硅片制造包括提純、拉單晶、磨外圓、切片、倒角、磨削、CMP、外延生長(zhǎng)等工藝，芯片制造包括清洗、沉積、氧化、光刻、刻蝕、摻雜、CMP、金屬化等工藝，封裝測(cè)試包括減薄、切割、貼片、引線(xiàn)鍵合、模塑、電鍍、切筋成型、終測(cè)等工藝。整體而言，硅片制造和芯片制造兩個(gè)環(huán)節(jié)技術(shù)壁壘極高。目前多晶硅廠(chǎng)商多采用三氯氫硅改良西門(mén)子法進(jìn)行多晶硅生產(chǎn)。具體工藝是將氯化氫和工業(yè)硅粉在沸騰爐內(nèi)合成三氯氫硅，通過(guò)精餾進(jìn)一步提純高純?nèi)葰涔?，后?100℃左右用高純氫還原高純?nèi)葰涔瑁啥嗑Ч璩练e在硅芯上，進(jìn)而得到電子級(jí)多晶硅。目前8寸和12寸硅片大多通過(guò)直拉法制備，部分6寸和8寸硅片則通過(guò)區(qū)熔法制得。直拉法是將高純多晶硅放入石英坩堝內(nèi)，通過(guò)外圍的石墨加熱器加熱至1400℃，隨后坩堝帶著多晶硅融化物旋轉(zhuǎn)，將一顆籽晶浸入其中后，由控制棒帶著籽晶作反方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)慢慢地、垂直地由硅融化物中向上拉出，并在拉出后和冷卻后生長(zhǎng)成了與籽晶內(nèi)部晶格方向相同的單晶硅棒。區(qū)熔法利用高頻線(xiàn)圈在多晶硅棒靠近籽晶一端形成熔化區(qū)，移動(dòng)硅棒或線(xiàn)圈使熔化區(qū)超晶體生長(zhǎng)方向不斷移動(dòng)，向下拉出得到單晶硅棒。單晶硅棒研磨成相同直徑，然后根據(jù)客戶(hù)要求的電阻率，多采用線(xiàn)切割將晶棒切成約1mm厚的晶圓薄片。中國(guó)為全球最大半導(dǎo)體市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)化提升大勢(shì)所趨復(fù)盤(pán)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展歷史，共經(jīng)歷三次轉(zhuǎn)移。第一次轉(zhuǎn)移：1973年爆發(fā)石油危機(jī)，歐美經(jīng)濟(jì)停滯，日本趁機(jī)大力發(fā)展半導(dǎo)體行業(yè)，實(shí)施超大規(guī)模集成電路計(jì)劃。1986年，日本半導(dǎo)體產(chǎn)品已經(jīng)超越美國(guó)，成為全球第一大半導(dǎo)體生產(chǎn)大國(guó)；第二次轉(zhuǎn)移：20世紀(jì)90年度，日本經(jīng)濟(jì)泡沫破滅，韓國(guó)通過(guò)技術(shù)引進(jìn)實(shí)現(xiàn)DRAM量產(chǎn)。與此同時(shí)，半導(dǎo)體廠(chǎng)商從IDM模式向設(shè)計(jì)+制造+封裝模式轉(zhuǎn)變，催生代工廠(chǎng)商大量興起，以臺(tái)積電為首的中國(guó)臺(tái)灣廠(chǎng)商抓住了半導(dǎo)體行業(yè)垂直分工轉(zhuǎn)型機(jī)遇；第三次轉(zhuǎn)移：2010年后，伴隨國(guó)內(nèi)手機(jī)廠(chǎng)商崛起、貿(mào)易摩擦背景下國(guó)家將集成電路的發(fā)展上升至國(guó)家戰(zhàn)略，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈逐漸向國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)移。中國(guó)為全球最大半導(dǎo)體市場(chǎng)，占比約1/3。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在手機(jī)、PC、可穿戴設(shè)備等消費(fèi)電子，以及新能源、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新興領(lǐng)域的快速推動(dòng)下，中國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。據(jù)WSTS數(shù)據(jù)顯示，2021年全球半導(dǎo)體銷(xiāo)售達(dá)到5559億美元，而中國(guó)仍然為全球最大的半導(dǎo)體市場(chǎng)，2021年銷(xiāo)售額為1925億美元，占比34．6%。國(guó)產(chǎn)化率極低，提升自主能力日益緊迫。近年來(lái)，隨著產(chǎn)業(yè)分工更加精細(xì)化，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)以市場(chǎng)為導(dǎo)向的發(fā)展態(tài)勢(shì)愈發(fā)明顯。從生產(chǎn)環(huán)節(jié)來(lái)看