MEMS传感器行业情况

MEMS传感器行业情况 一、 MEMS传感器行业情况 MEMS传感器即运用了MEMS技术的传感器。与传统传感器相比，MEMS传感器具有体积小、重量轻、集成度高、智能化、低成本、功耗低、可大规模生产等优点，MEMS内部一般在微米甚至纳米级别，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传感器由传感器、信息处理单元、执行器和通讯/接口单元等组成。其输入信号通过传感器转换为电信号，经过信号处理（模拟的或/和数字的）后，由执行器与外界产生作用。每一个微系统可以采用数字或模拟信号（电、光、磁等物理量）与其他的微系统进行通信。 在封装方面，相较于普通IC封装，MEMS传感器产品的封装更庞大、更复杂、更困难。首先，相较于普通IC较为温和的工作环境，MEMS传感器常处于高压力、强振动、高温度、高湿度等恶劣环境之中，因此要求封装结构与封装材料能适应各种复杂的工作环境，对封装技术要求较高。其次，由于MEMS传感器需要感知外部世界，在封装过程中需要提供让芯片敏感区与外界环境交互作用的通道，因此相较于普通IC的封装，MEMS封装还需保证芯片敏感区与外界环境充分交互作用。同时，MEMS封装还需要保护芯片敏感区不因两者间的交互作用产生性能恶化，保持其性能稳定。由于以上两点需同时满足，这对封装技术而言是一个挑战。此外，由于MEMS制造工艺的多样性、结构的复杂性以及应用环境的多样性，使得MEMS封装技术难以像普通芯片封装技术一样实现规范化与标准化，无法采用统一的封装形式与封装工艺，因此对封装技术提出了更高要求。 在测试方面，与传统IC不同，MEMS传感器产品的非标准化特性明显，即使同类型传感器的测试方法、测试设备也可能存在差异，因此具备更高的测试难度。综上，在MEMS传感器产品的量产化过程中，封装与测试是最重要的环节，其所占的成本比重已经越来越大。根据赛迪顾问统计，封装测试的成本往往占据产品成本的大半，甚至超过70%。 二、 磁传感器行业竞争格局 从全球磁传感器行业竞争格局来看，全球磁传感器主要厂家包括Allegro、英飞凌、AKM等，以收入口径计算，前三大厂家市场份额分别为16%/15%/10%。国内玩家有纳芯微、宁波时代电气、比亚迪半导体等。AMR、GMR、TMR均基于磁阻原理，作为下一代磁传感器技术，凭借性能优势，渗透率正日益提升，主要磁传感器芯片厂商均有所布局。 三、 中国智能传感器行业发展加速 传感器自诞生以来，大致经历了结构型、固体型、智能型三个阶段，随着各类技术的进步，前两类传感器逐渐无法满足对数据采集、处理等流程的需求，融合了AI技术的智能传感器开始受到关注。 20世纪开始，我国开始智能传感器领域的探索。20世纪80年代-2010年，我国对于智能传感器的研究不断深入。2013年起，智能传感器行业扶持政策陆续出台，重点为使传感器及智能仪器仪表实现微型化、数字化、模块化、网络化;2017年，工信部制定了《智能传感器产业三年行动计划（2017-2019年）》，明确传感器产业的发展目标和方向。伴随物联网和智能制造的兴起，智能传感器得到了广泛地关注。 四、 磁传感器行业未来发展趋势 磁传感器在传统燃油车和新能源汽车中均有广泛应用，在传统燃油车中，磁传感器可以应用于汽车传动轴，泵、阀开关检测、油门踏板位置检测、车轮速度检测等；在新能源车中，磁电流传感器可以用于新能源车主驱、OBC、DC/DC等组件的电流传感中，磁位置传感器还可以用于BMS液冷系统阀门的控制。根据相关数据测算，在新能源汽车中单车需要约15-30个磁传感器。未来随着汽车功能复杂度的提升和安全要求的提升，预期汽车磁传感器应用规模将持续增长。 从技术路线来看，TMR传感器的性能提升十分显著，利用磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应，与霍尔元件、AMR、GMR相比，优势突出：1）温度性能好，前端模块电镀了纳米厚度的氧化层，而不是半导体；2）电流功耗小，从霍尔的5-20mA减少到μA级别；3）敏感性很强，规模上量后成本更低，霍尔元件需要用钕铁硼等强力磁铁。 TMR传感器将凭借突出的产品性能，在高要求应用场景替代霍尔传感器：替代霍尔传感器：1）角度角度、转速、位臵类传感器：包括BLDC转子位臵、方向盘转角、轮速、节气门位臵、曲轴/凸轮轴角度等功能安全等级要求非常高的应用场合；2）液位传感器：TMR取代干簧管，干簧管容易破裂、一致性差、成本较高，TMR灵敏度高、成本低、克服破碎问题。 传感器的上游为各种原材料，包括芯片、电路、电源、不同类型的元件等；中游为各种类型的传感器，包括电容式气压传感器、红外气体传感器、图像传感器等；下游应用于消费电子、汽车电子、工业电子、通信电子等。 近年来，国家在政策层面给予传感器行业一系列支持，推动行业技术水平的提升及在重点应用领域的拓展，逐步实现进口替代。2021年1月，工信部发布《基础电子元器件产业发展行动计划（2021-2023）》提出，重点发展小型化、低功耗、集成化、高灵敏度的敏感元件，温度、气体、位移、速度、光电、生化等类别的高端传感器，为传感器带来良好的发展机遇。 目前，中国传感器在传感器、工业制造、网络通信、消费电子及医疗电子中应用较为广泛。数据显示，传感器在传感器领域中占比最高，达24．2%；其次传感器在工业制造领域的占比为21．1%，排第二；传感器在网络通信、消费电子、医疗电子领域的占比分别为21%、14．7%、7．2%。 传感器市场规模的稳步增长为智能传感器的发展奠定了基础，中国智能传感器市场规模从2017年的792．8亿元上升至2019年的928．3亿元，同期国内厂商智能传感器产值从94．9亿元上升至250．7亿元，国产化增速显著高于市场整体增速，预计到2022年中国智能传感器行业市场规模将达1179．1亿元。 MEMS即微机电系统，相比传统的机械系统，微机电系统具有微型化、重量低、功耗低、成本低、功能多等竞争优势，可通过微纳加工工艺进行批量制造、封装和测试，因此量产性与一致性都优于传统机械系统。MEMS技术满足了消费电子市场对小体积、高性能传感器的需求，正逐步取代传统的机械传感器。数据显示，中国MEMS行业市场规模由2016年的363亿元增长至2020年的705亿元，年均复合增长率为6．9%。相关研究机构预测，2022年中国MEMS行业市场规模将达1008亿元。 MEMS传感器凭借着微型化、成本低和功能多等优势，在消费电子、汽车电子、工业、医疗和通信等领域有着越来越广泛的应用。2020年下游应用领域中，消费电子占比达59．6%，其次是汽车电子占比18．9%，工业占比10．9%。 企查查数据显示，2017-2019年中国传感器相关企业注册量呈增长趋势，由6964家增至8611家，复合增长率为11%。2020年受新冠肺炎疫情影响，我国传感器相关企业注册量降至5205家，2021年进一步降低至2333家。截止2022年7月，传感器行业相关企业注册量仅为328家。 目前，我国传感器企业区域分布较为集中，主要分布在华东地区，占比超5成，约占全国企业总数的56．9%。其次，中南地区的传感器企业占总传感器企业数量的23．1%；华北地区、西北地区的传感器企业数量占比分别为8．4%、4．4%。 五、 传感器行业发展现状 传感器技术与通信技术、计算机技术并称现代信息产业的三大支柱，是当代科学技术发展的重要标志之一。自21世纪以来，传感器逐渐由传统型向智能型方向发展，传感器市场也日益繁荣。 近年来随着人工智能、物联网、5G等前沿科技的不断发展，我国传感器市场规模不断扩大。数据显示，截至2021年我国传感器市场规模约为2975．1亿元，同比增长18．74%；预计2022年我国传感器市场规模将突破3400亿元。其中2021年我国智能传感器市场规模从2017年的792．8亿元上升至1084．2亿元。预计2022年我国智能传感器行业市场规模将达1179．1亿元。2021年MEMS行业市场规模由2017年的434亿元增长至838亿元。预计2022年我国MEMS行业市场规模将达1008亿元。 六、 行业上下游情况 传感器上游为芯片、电路、电源、不同类型的元件等各种原材料；中游是电容式气压传感器、红外气体传感器、图像传感器等各种类型的传感器制造；下游则是于消费电子、汽车电子、工业电子、通信电子等下游应用。 （一）上游产业 近年来随着消费电子、移动互联网、汽车电子、工业控制、医疗电子等市场需求的不断提升，以及国家支持政策的不断提出，我国集成电路行业发展快速。数据显示，2021年我国集成电路市场规模由2016年的4336亿元增长至10458亿元，年均复合增长率为19．3%。预计2022年我国集成电路行业市场规模将达12036亿元。 电源可将各种形式的能量转换成电能，是各类电子设备的心脏，是电力电子设备实现正常运行及电压调节的基础。不同的电源具有不同的工作原理和功能，可广泛应用于经济建设、科学研究、国防建设等多个领域。 近年来受益于技术的进步和社会电气化程度提高，我国电源产业实现快速增长。根据中国电源学会数据，2021年我国电源行业市场规模由2016年的2056亿元增长至3416亿元。预计2022年我国电源行业市场规模将达3700亿元。 （二）下游产业 目前我国传感器在汽车电子、工业制造、网络通信、消费电子及医疗电子中应用较为广泛。其中传感器在汽车电子领域中占比最高，达24．2%；其次在工业制造领域，占比为21．1%，排第二。 汽车电子是用传感器、微处理器、执行器、数十甚至上百个及其零部件组成的电控系统，是车体汽车电子控制装置和车载汽车电子控制装置的总称，主要是提高汽车的安全性、舒适性、经济性和娱乐性。 近年来随着汽车智能化和电动化趋势的影响以及政策的推动，汽车电子广泛应用于汽车各种领域中，使得我国汽车电子市场的快速成长，渗透率不断提升。有相关数据显示，2020年我国后倒车雷达渗透率为86．25%，中控屏幕渗透率为85．57%，驻车影像系统渗透率为78．50%，巡航系统渗透率为72．58%，前倒车雷达的渗透率为37．46%，倒车车侧预警系统的渗透率为13．54%，并线辅助的渗透率为20．79%。同时占整车的比重快速增长。2020年我国汽车电子占整车的比重从1980年的10%增长到了34．32%。预计在互联网、娱乐、节能、安全四大趋势的驱动下，汽车电子化水平将持续增长，到2030年汽车电子占整车制造成本的比重将接近50%。 随着渗透率不断提升，我国汽车电子市场规模也保持稳定增长态势。数据显示，2021年我国汽车电子市场规模达1104亿美元，同比增长7．3%。其中动力控制系统占比最多，占整体市场的28．7%；其次为底盘与安全控制系统，占比为26．7%。 近年来，随着我国各级政府高度重视不断重视通信行业发展，我国通信行业发展较为迅速。进入2021年，进一步推进网络强国和数字中国建设，5G和千兆光网等新型信息基础设施建设覆盖和应用普及全面加速，行业发展质量和增长水平进一步提升。数据显示，2021年电信业务收入累计完成1．47万亿元，比上年增长8．0%，增速同比提高4．1个百分点。 七、 智能传感器主要应用于汽车电子工业制造等领域 从应用领域看，目前我国智能传感器产品主要应用于汽车电子、工业制造、网络通信、消费电子和医疗领域，占比分别为24．2%、21．1%、21%、14．7%和7．2%。汽车电子对智能传感器的应用占比最大，汽车对智能传感器的需求类型还在持续拓展，如针对新能源汽车电池冷却用冷媒泄漏监测的气体传感器，随着新能源车产销量逐年扩大，可能迎来发展机遇。