MEMS傳感器行業(yè)情況分析

MEMS傳感器行業(yè)情況分析MEMS傳感器行業(yè)情況MEMS傳感器即運(yùn)用了MEMS技術(shù)的傳感器。與傳統(tǒng)傳感器相比，MEMS傳感器具有體積小、重量輕、集成度高、智能化、低成本、功耗低、可大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，MEMS內(nèi)部一般在微米甚至納米級(jí)別，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。MEMS傳感器由傳感器、信息處理單元、執(zhí)行器和通訊/接口單元等組成。其輸入信號(hào)通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理（模擬的或/和數(shù)字的）后，由執(zhí)行器與外界產(chǎn)生作用。每一個(gè)微系統(tǒng)可以采用數(shù)字或模擬信號(hào)（電、光、磁等物理量）與其他的微系統(tǒng)進(jìn)行通信。在封裝方面，相較于普通IC封裝，MEMS傳感器產(chǎn)品的封裝更龐大、更復(fù)雜、更困難。首先，相較于普通IC較為溫和的工作環(huán)境，MEMS傳感器常處于高壓力、強(qiáng)振動(dòng)、高溫度、高濕度等惡劣環(huán)境之中，因此要求封裝結(jié)構(gòu)與封裝材料能適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境，對(duì)封裝技術(shù)要求較高。其次，由于MEMS傳感器需要感知外部世界，在封裝過(guò)程中需要提供讓芯片敏感區(qū)與外界環(huán)境交互作用的通道，因此相較于普通IC的封裝，MEMS封裝還需保證芯片敏感區(qū)與外界環(huán)境充分交互作用。同時(shí)，MEMS封裝還需要保護(hù)芯片敏感區(qū)不因兩者間的交互作用產(chǎn)生性能惡化，保持其性能穩(wěn)定。由于以上兩點(diǎn)需同時(shí)滿足，這對(duì)封裝技術(shù)而言是一個(gè)挑戰(zhàn)。此外，由于MEMS制造工藝的多樣性、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及應(yīng)用環(huán)境的多樣性，使得MEMS封裝技術(shù)難以像普通芯片封裝技術(shù)一樣實(shí)現(xiàn)規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化，無(wú)法采用統(tǒng)一的封裝形式與封裝工藝，因此對(duì)封裝技術(shù)提出了更高要求。在測(cè)試方面，與傳統(tǒng)IC不同，MEMS傳感器產(chǎn)品的非標(biāo)準(zhǔn)化特性明顯，即使同類型傳感器的測(cè)試方法、測(cè)試設(shè)備也可能存在差異，因此具備更高的測(cè)試難度。綜上，在MEMS傳感器產(chǎn)品的量產(chǎn)化過(guò)程中，封裝與測(cè)試是最重要的環(huán)節(jié)，其所占的成本比重已經(jīng)越來(lái)越大。根據(jù)賽迪顧問(wèn)統(tǒng)計(jì)，封裝測(cè)試的成本往往占據(jù)產(chǎn)品成本的大半，甚至超過(guò)70%。中國(guó)智能傳感器市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)上升根據(jù)中國(guó)信通院的數(shù)據(jù)，中國(guó)智能傳感器市場(chǎng)規(guī)模從2015年的106億美元上升至2019年的137億美元，我國(guó)智能傳感器產(chǎn)業(yè)生態(tài)逐漸趨于完備，設(shè)計(jì)制造，封測(cè)等重點(diǎn)環(huán)節(jié)均有骨干企業(yè)布局。2020年，中國(guó)智能傳感器行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模在148億美元左右。磁傳感器芯片產(chǎn)業(yè)鏈從產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，磁傳感器芯片競(jìng)爭(zhēng)格局十分集中，全球5家芯片供應(yīng)商Allegro、TDK、Melexis、Infineon、NXP幾乎壟斷市場(chǎng)；相比較而言，全球汽車磁傳感器供應(yīng)商相對(duì)分散，Bosch、Delphi、Conti、Denso等眾多Tier1均有相應(yīng)產(chǎn)品系列，與具體應(yīng)用的汽車電子系統(tǒng)為OEM統(tǒng)一配套。從市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看，根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2021年全球磁傳感器市場(chǎng)規(guī)模約26億美元，預(yù)計(jì)到2027年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到4455億美元，20212027年CAGR為9%。從下游應(yīng)用需求來(lái)看，位置傳感器和速度傳感器是磁傳感器主要兩大應(yīng)用領(lǐng)域，2021年需求占比分別為38．2%、20．0%，兩大下游領(lǐng)域市場(chǎng)空間分別為9．76億美元、5．12億美元。從技術(shù)份額占比來(lái)看，霍爾傳感器因其技術(shù)成熟，且可以用CMOS工藝制造，是目前市場(chǎng)主流磁傳感器技術(shù)方案。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，按出貨量口徑，預(yù)計(jì)2027年Hall傳感器在全球占比達(dá)到69%，AMR/GMR/TMR占比分別為13%/5%/13%。智能傳感器主要應(yīng)用于汽車電子工業(yè)制造等領(lǐng)域從應(yīng)用領(lǐng)域看，目前我國(guó)智能傳感器產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車電子、工業(yè)制造、網(wǎng)絡(luò)通信、消費(fèi)電子和醫(yī)療領(lǐng)域，占比分別為24．2%、21．1%、21%、14．7%和7．2%。汽車電子對(duì)智能傳感器的應(yīng)用占比最大，汽車對(duì)智能傳感器的需求類型還在持續(xù)拓展，如針對(duì)新能源汽車電池冷卻用冷媒泄漏監(jiān)測(cè)的氣體傳感器，隨著新能源車產(chǎn)銷量逐年擴(kuò)大，可能迎來(lái)發(fā)展機(jī)遇。傳感器行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀傳感器技術(shù)與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)并稱現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志之一。自21世紀(jì)以來(lái)，傳感器逐漸由傳統(tǒng)型向智能型方向發(fā)展，傳感器市場(chǎng)也日益繁榮。近年來(lái)隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G等前沿科技的不斷發(fā)展，我國(guó)傳感器市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。數(shù)據(jù)顯示，截至2021年我國(guó)傳感器市場(chǎng)規(guī)模約為2975．1億元，同比增長(zhǎng)18．74%；預(yù)計(jì)2022年我國(guó)傳感器市場(chǎng)規(guī)模將突破3400億元。其中2021年我國(guó)智能傳感器市場(chǎng)規(guī)模從2017年的792．8億元上升至1084．2億元。預(yù)計(jì)2022年我國(guó)智能傳感器行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)1179．1億元。2021年MEMS行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模由2017年的434億元增長(zhǎng)至838億元。預(yù)計(jì)2022年我國(guó)MEMS行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)1008億元。中國(guó)智能傳感器行業(yè)發(fā)展加速傳感器自誕生以來(lái)，大致經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)型、固體型、智能型三個(gè)階段，隨著各類技術(shù)的進(jìn)步，前兩類傳感器逐漸無(wú)法滿足對(duì)數(shù)據(jù)采集、處理等流程的需求，融合了AI技術(shù)的智能傳感器開始受到關(guān)注。20世紀(jì)開始，我國(guó)開始智能傳感器領(lǐng)域的探索。20世紀(jì)80年代-2010年，我國(guó)對(duì)于智能傳感器的研究不斷深入。2013年起，智能傳感器行業(yè)扶持政策陸續(xù)出臺(tái)，重點(diǎn)為使傳感器及智能儀器儀表實(shí)現(xiàn)微型化、數(shù)字化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化;2017年，工信部制定了《智能傳感器產(chǎn)業(yè)三年行動(dòng)計(jì)劃（2017-2019年）》，明確傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)和方向。伴隨物聯(lián)網(wǎng)和智能制造的興起，智能傳感器得到了廣泛地關(guān)注。磁傳感器行業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)磁傳感器在傳統(tǒng)燃油車和新能源汽車中均有廣泛應(yīng)用，在傳統(tǒng)燃油車中，磁傳感器可以應(yīng)用于汽車傳動(dòng)軸，泵、閥開關(guān)檢測(cè)、油門踏板位置檢測(cè)、車輪速度檢測(cè)等；在新能源車中，磁電流傳感器可以用于新能源車主驅(qū)、OBC、DC/DC等組件的電流傳感中，磁位置傳感器還可以用于BMS液冷系統(tǒng)閥門的控制。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)算，在新能源汽車中單車需要約15-30個(gè)磁傳感器。未來(lái)隨著汽車功能復(fù)雜度的提升和安全要求的提升，預(yù)期汽車磁傳感器應(yīng)用規(guī)模將持續(xù)增長(zhǎng)。從技術(shù)路線來(lái)看，TMR傳感器的性能提升十分顯著，利用磁性多層膜材料的隧道磁電阻效應(yīng)，與霍爾元件、AMR、GMR相比，優(yōu)勢(shì)突出：1）溫度性能好，前端模塊電鍍了納米厚度的氧化層，而不是半導(dǎo)體；2）電流功耗小，從霍爾的5-20mA減少到μA級(jí)別；3）敏感性很強(qiáng)，規(guī)模上量后成本更低，霍爾元件需要用釹鐵硼等強(qiáng)力磁鐵。TMR傳感器將憑借突出的產(chǎn)品性能，在高要求應(yīng)用場(chǎng)景替代霍爾傳感器：替代霍爾傳感器：1）角度角度、轉(zhuǎn)速、位臵類傳感器：包括BLDC轉(zhuǎn)子位臵、方向盤轉(zhuǎn)角、輪速、節(jié)氣門位臵、曲軸/凸輪軸角度等功能安全等級(jí)要求非常高的應(yīng)用場(chǎng)合；2）液位傳感器：TMR取代干簧管，干簧管容易破裂、一致性差、成本較高，TMR靈敏度高、成本低、克服破碎問(wèn)題。傳感器的上游為各種原材料，包括芯片、電路、電源、不同類型的元件等；中游為各種類型的傳感器，包括電容式氣壓傳感器、紅外氣體傳感器、圖像傳感器等；下游應(yīng)用于消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)電子、通信電子等。近年來(lái)，國(guó)家在政策層面給予傳感器行業(yè)一系列支持，推動(dòng)行業(yè)技術(shù)水平的提升及在重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，逐步實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代。2021年1月，工信部發(fā)布《基礎(chǔ)電子元器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023）》提出，重點(diǎn)發(fā)展小型化、低功耗、集成化、高靈敏度的敏感元件，溫度、氣體、位移、速度、光電、生化等類別的高端傳感器，為傳感器帶來(lái)良好的發(fā)展機(jī)遇。目前，中國(guó)傳感器在傳感器、工業(yè)制造、網(wǎng)絡(luò)通信、消費(fèi)電子及醫(yī)療電子中應(yīng)用較為廣泛。數(shù)據(jù)顯示，傳感器在傳感器領(lǐng)域中占比最高，達(dá)24．2%；其次傳感器在工業(yè)制造領(lǐng)域的占比為21．1%，排第二；傳感器在網(wǎng)絡(luò)通信、消費(fèi)電子、醫(yī)療電子領(lǐng)域的占比分別為21%、14．7%、7．2%。傳感器市場(chǎng)規(guī)模的穩(wěn)步增長(zhǎng)為智能傳感器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，中國(guó)智能傳感器市場(chǎng)規(guī)模從2017年的792．8億元上升至2019年的928．3億元，同期國(guó)內(nèi)廠商智能傳感器產(chǎn)值從94．9億元上升至250．7億元，國(guó)產(chǎn)化增速顯著高于市場(chǎng)整體增速，預(yù)計(jì)到2022年中國(guó)智能傳感器行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)1179．1億元。MEMS即微機(jī)電系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)，微機(jī)電系統(tǒng)具有微型化、重量低、功耗低、成本低、功能多等競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，可通過(guò)微納加工工藝進(jìn)行批量制造、封裝和測(cè)試，因此量產(chǎn)性與一致性都優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)。MEMS技術(shù)滿足了消費(fèi)電子市場(chǎng)對(duì)小體積、高性能傳感器的需求，正逐步取代傳統(tǒng)的機(jī)械傳感器。數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)MEMS行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模由2016年的363億元增長(zhǎng)至2020年的705億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為6．9%。相關(guān)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2022年中國(guó)MEMS行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)1008億元。MEMS傳感器憑借著微型化、成本低和功能多等優(yōu)勢(shì)，在消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)、醫(yī)療和通信等領(lǐng)域有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。2020年下游應(yīng)用領(lǐng)域中，消費(fèi)電子占比達(dá)59．6%，其次是汽車電子占比18．9%，工業(yè)占比10．9%。企查查數(shù)據(jù)顯示，2017-2019年中國(guó)傳感器相關(guān)企業(yè)注冊(cè)量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，由6964家增至8611家，復(fù)合增長(zhǎng)率為11