MEMS（含传感器）行业发展概况分析

MEMS（含传感器）行业发展概况分析 一、 MEMS（含传感器）行业发展概况 1、全球MEMS行业发展概况 随着物联网时代到来，传感器将作为基础设施得到先行发展。传感器的应用已渗透进各行各业，如消费电子、医疗诊断、工业自动化、汽车电子、环境监测、交通运输、资源开发等。根据国外权威机构Statista的测算，2020年MEMS传感器市场规模为149亿美元，同比增长5．7%。 随着MEMS产业化浪潮的推进，预计到2026年，MEMS传感器的市场规模将实现突破性增长。Statista预计MEMS传感器市场规模将达到269亿美元，年复合增长率为10．34%。 2、中国MEMS行业发展概况 从全球产业竞争格局来看，全球MEMS销售收入以亚太地区为主，主要系亚太地区是消费电子、汽车和工业领域的主要市场，对于MEMS的需求规模较大，其次为北美地区。 目前，随着下游行业的迅速发展，国内MEMS的市场应用正处于快速增长阶段，中国已经成为全球MEMS市场发展最快的地区。根据赛迪顾问统计，近几年MEMS市场规模增长均保持在20%左右，即使2020年受新冠疫情影响，我国MEMS行业规模仍达到736．70亿元，增速达到23．2%，远高于同年国内GDP增速。赛迪顾问预计，2022年市场规模将突破1，000亿元，并且未来仍会以20%左右的速度持续增长。 二、 磁传感器综述 传感器是将现实世界的信号转化为数字世界信号的装置，是数字世界信号处理的起点。一个完整的传感器由前端的敏感元件和后端的信号调理ASIC芯片构成，由于敏感元件存在非线性或受温度影响较大等特点，需要信号调理ASIC芯片对敏感元件输出的电信号进行调理。按照工作原理，传感器主要可分为MEMS、磁、化学、温度四大类。 磁传感器是利用电磁感应原理，对位置、速度、电流、通断等变量进行检测的传感器元件。按照技术类型，磁传感器可以分为霍尔、AMR、GMR、TMR等类型。其中霍尔传感器利用霍尔效应对磁场进行检测，通常由一块薄的矩形p型半导体材料（如GaAs、InSb等）组成。AMR传感器利用磁阻元件电阻随磁场变化的原理，以检测磁场方向的变化。GMR的原理基于电子自旋，利用一系列由不同磁性和非磁性材料组成的超薄层，创造出阻值随磁场方向连续变化的传感器件。TMR传感器则利用隧道磁阻效应，实现电阻随磁场方向变化的传感器件。目前汽车上应用的磁传感器大多为霍尔传感器。 三、 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%。 四、 中国传感器行业技术现状 目前中国传感器行业技术水平在全球范围内处于中上水平。在加速传感器、陀螺仪、指南针、气压传感器、温度传感器、湿度传感器等传感器领域，中国传感器行业均有自主研发能力。在高端传感器领域，中国传感器行业目前在全球范围内处于领先地位。在生物传感器、化学传感器、纳米传感器等领域，中国传感器行业目前处于起步阶段。总的来说，中国传感器行业技术现状较好，有较大的发展潜力。 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、 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。 七、 中国智能传感器行业前景广阔 智能传感器在工业4．0时代扮演着十分重要的角色。随着物联网在工业领域的应用推广，智能传感器在其中的应用越来越广泛。物联网、移动互联网等新兴产业的快速发展为智能传感器行业带来巨大发展契机。中国智能传感器行业前景广阔，预计到2026年中国智能传感器行业市场规模将达239亿美元。 八、 中国智能传感器市场规模持续上升 根据中国信通院的数据，中国智能传感器市场规模从2015年的106亿美元上升至2019年的137亿美元，我国智能传感器产业生态逐渐趋于完备，设计制造，封测等重点环节均有骨干企业布局。2020年，中国智能传感器行业市场规模在148亿美元左右。