蓬勃發展的MEMS傳感器企業,正推動MEMS走向多樣化的未來

傳感器

產業分析

基礎概況

傳感器

基本定義：傳感器是一類將環境中的自然信號轉換為電信號的半導體器件，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。

傳感器組成：一般由敏感元件、轉換元件和變換電路三部分組成，有時還加上輔助電源。

敏感元件：直接感受被測量，並輸出與被測量成確定關係的某一物理量的元件。

轉換元件：傳感器的核心元件，以敏感元件的輸出為輸入，把感知的非電量轉換為電信號輸出。轉換元件本身可以作為獨立傳感器使用，叫做元件傳感器。

變換電路：把傳感元件輸出的電信號轉換成便於處理、控制、記錄和顯示的有用電信號所涉及的有關電路。

傳感器分類

傳感器用途廣泛、種類繁多。

按照測量對象可以將傳感器分為檢測光、放射線、聲信號、磁信號、力、位置信息、溫度、溼度、溶液流量流速等類型的傳感器。

每一種檢測同樣對象的傳感器又有多種應用和不同的實現路徑。

發展歷程

傳感器發展歷程的三個階段：

1.結構型傳感器出現；

2.固體型傳感器的發展；

3.智能型傳感器的發展。

傳感器採用的材料由單一材料發展到複合材料，並在結構上由簡單結構發展成複合型微機電系統MEMS。單一材料經過一段時間敏感度衰減程度不一，導致傳感器敏感度和精度下降，於是誕生複合材料傳感器。

智能傳感器

智能傳感器：具有信息處理功能的傳感器。智能傳感器帶有微處理機，具有採集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理機相結合的產物。

優點：

1.通過軟體技術可實現高精度的信息採集，而且成本低

2.具有一定的編程自動化能力

3.功能多樣化

實現功能：

1.複合敏感功能

2.自檢、自校、自診斷功能

3.信息存儲功能

4.數據處理功能

5.數字通訊功能

根據中國信通院最新的數據統計，2015年智能傳感器就已取代傳統傳感器成為市場主流（佔70%）。

智能傳感器：未來傳感器的主流工藝

微電子機械系統（MEMS）：是由半導體製造技術發展而來，是一種把微型機械元件（如傳感器）與電子電路集成在同一顆晶片上的半導體技術。MEMS傳感器的尺寸在1微米到100微米量級。

優點：體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、易於集成。

製造特點：不需要先進位程，封裝為主要技術區分環節。由於MEMS產品結構獨特，採用的製造技術與IC晶圓製造類似但不需要先進位程，製造主要難點在於將各類異構微機械、微電子元件、微能源封裝在一個微系統中。

主要技術變革：封裝方式和新材料引入方面。封裝方式通常為非標準異構式封裝，封裝技術是產品差異化的主要賦能者。材料方面，陶瓷、壓電陶瓷、合成的多分子聚合物、以及碳納米管技術將被引入以降低元件間的相互影響。

應用領域：電子、工業、汽車等領域，未來物聯網、自動駕駛、工業網際網路都將是MEMS傳感器發展的重要動力。

產業鏈結構：整個產業鏈涉及設計、製造、封裝測試、軟體及應用方案環節。

1.上遊負責器件設計、材料和生產設備供應

2.中遊生產製造出器件

3.下遊使用器件製造終端電子產品

商業模式：商業模式以IDM為主，目前存在許多細分行業龍頭。由於每類傳感器都有各自不同的工藝和設計，廠商通常採用設計和生產一體的IDM模式。因此傳感器行業存在許多小而美的細分行業龍頭企業

應用領域

傳感器是數據的採集入口，是物聯網、智能工業、智能設備、無人駕駛等的「心臟」。

1.工業領域：傳感器是實現工業自動檢測和控制的首要環節。和消費電子等民用領域相比，工業環境對傳感器的要求更高，在其精度、穩定性、抗震動和抗衝擊性方面要求更為苛刻。工業傳感器分為光電、熱敏、氣敏、力敏、磁敏、聲敏、溼敏等不同類別；

2.消費電子：消費電子領域以智慧型手機的應用多為主；

3.通信電子：射頻傳感器等；

4.汽車電子：多功能傳感設備高精要求；

5.物聯網；

6.醫療保健。

未來發展趨勢

國內傳感器技術發展與創新的重點在材料、結構和性能改進3個方面。

材料：敏感材料從液態向半固態、固態方向發展；

結構：結構向小型化、集成化、模塊化、智能化方向發展；

性能：性能向檢測量程寬、檢測精度高、抗幹擾能力強、性能穩定、壽命長久方向發展；

技術：產品正逐漸向MEMS技術、無線數據傳輸技術、紅外技術、新材料技術、納米技術、陶瓷技術、薄膜技術、光纖技術、雷射技術、複合傳感器技術、多學科交叉融合的方向發展。

傳感器

市場分析

市場規模

市場規模：2017年全球傳感器規模近2000億美元，中國增長最快

由於世界各國普遍重視和投入開發，傳感器發展十分迅速。目前世界上從事傳感器研製生產單位已超過6500家。美國、歐洲、俄羅斯各自從事傳感器研究和生產廠家1000餘家，日本有800餘家。

近年來，全球傳感器市場一直保持快速增長，隨著經濟環境的持續好轉，市場對傳感器的需求將不斷增多，2016年市場規模突破1700億美元，增速達到9.7%。我國傳感器市場也持續快速增長，年均增長速度超過20%。

2017年12月工信部發布傳感器產業三年行動指南，預計2021年市場規模將達到5937億元，傳感器技術已經成為國家發展的重中之重。

市場結構

從產品結構來看，CMOS圖像傳感器佔據傳感器市場的29%，MEMS傳感器佔20%的市場，而單一材料傳感器中電壓式指紋識別傳感器佔比達8%。另外射頻傳感器和雷達傳感器在通訊、汽車、軍事上有著遠距離探測和信息傳遞的應用，分別佔比16%和11%。

從應用領域來看，工業、汽車電子、通信電子、消費電子四部分是傳感器最大的市場。國內工業和汽車電子產品領域的傳感器佔比約42%左右，而發展最快的是汽車電子和通信電子應用市場。

競爭格局

競爭格局：美、日、德企主導傳感器市場，國內企業競爭力弱

全球傳感器市場的主要廠商有GE傳感器、愛默生、西門子、博世、意法半導體、霍尼韋爾、ABB、日本橫河、歐姆龍、施耐德電氣、E+H等，中國傳感器市場中70%左右的份額被這些外資企業佔據。

在全球消費類慣性傳感器（加速度計+陀螺儀）市場，意法半導體處於市場領導者的地位，佔據四成左右的市場份額。

中國企業區域分布

中國傳感器企業區域分布（2017年數據）

我國傳感器企業正努力追趕國外企業，並出現區域的傳感 器企業集群，企業主要集中在長三角地區，並逐漸形成以 北京、上海、南京、深圳、瀋陽和西安等中心城市為主的 區域空間布局。

其中，主要傳感器企業有接近一半的比例分布在長三角地 區，其他依次為珠三角、京津地區、中部地區及東北地區 等。

此外，伴隨著物聯網的興起，傳感器產業在其他區域如陝 西、四川和山東等地發展很快。西安優勢微電子公司生產 的唐芯一號，推出了國內首顆物聯網核心晶片。

初創企業

MEMS初創企業

全球大批研發新型MEMS技術並嘗試不同材料的初創公司，並正在積極推動MEMS朝向多樣化的未來進展。

USound是一家熱門的MEMS新創公司，進展十分迅速，將在2019年推出MEMS微型揚聲器。

壓電麥克風公司Vesper，最近則從包括亞馬遜(Amazon)在內的投資方籌集了2300萬美元。

隨著汽車產業對於光達的持續需求，RoboSense和Innoviz等雷射雷達公司也引起了諸多關注。

傳感器

企業分析

BOSCH博世

BOSCH博世（全球最大MEMS傳感器製造商）

基本介紹：成立於1886年，德國的工業企業之一，從事汽車與智能交通技術、工業技術、消費品和能源及建築技術的產業。

產品類型：涵蓋慣性、環境、智能、光學、聲學傳感器5大類。

生產模式：IDM廠商，從設計到製造，垂直參與到整條產業鏈的各個環節。

應用領域：汽車製造、消費類電子、家用電器。

1995年博世首次量產MEMS傳感器，如今汽車領域MEMS超過50款。2005年開始布局消費電子市場，目前75%的博世MEMS傳感器應用於消費類電子產品，全世界四分之三的智慧型手機中都裝有博世傳感器。

下遊客戶：大部分的國外車企、蘋果、華為等。

財務情況：2018年銷售額增長1.5%，至779億歐元，得益於其汽車業務部門銷售額增長2.3%，息稅前利潤（EBIT）達到53億歐元。

歌爾股份

歌爾股份（聲學MEMS龍頭企業）

基本介紹：歌爾股份是全球電聲器件龍頭及整體系統設計製造的領先企業，公司從微型揚聲器、受話器、麥克風等電聲器件起家，憑藉客戶關係和精密製造能力逐步向其他精密器件及整機業務延伸，打造聲學、光學、無線通訊等聲光電一體化解決方案了，並成為整機業務的重要支撐，形成「零件+整機」的戰略布局。

主要產品：電容式氣壓傳感器，集成麥克風和氣壓的組合傳感器。

生產模式：自主設計與製造。

下遊客戶：蘋果，華為，小米，Fitbit。

財務情況：2018年公司實現營業收入237.13億元，同比下滑7.14%，實現淨利潤9.11億元。毛利率為21%，淨利率為5.16%。

睿創微納

睿創微納（MEMS申報科創板第一股）

基本介紹：專業從事非製冷紅外成像與MEMS傳感技術開發的高新技術企業，致力於專用集成電路、紅外成像傳感器及MEMS傳感器設計與製造技術開發，為客戶提供性能卓越的紅外熱成像、非接觸測溫與MEMS傳感技術解決方案。

應用領域：工業測溫、汽車夜間輔助駕駛、安防監控、森林防火、建築節能評估、消費電子以及物聯網等諸多領域。

主要產品：紅外探測器、機芯與整機三類。另還有MEMS傳感器設計服務及封測業務。

財務情況：公司2018年營業收入為3.84億元，淨利潤為1.25億元，毛利為60.07%。

總結

1.智能傳感器將成為未來主流傳感器；

2.未來在幾個重點行業將大量應用：無人駕駛、物聯網、智能工業；

3.MEMS是未來傳感器核心技術趨勢，MEMS企業多以IDM模式為主，存在小而美細分行業為龍頭；

4.中國的設計、製造、封裝測試廠商都在積極布局MEMS，已基本形成完整MEMS的產業鏈。

5.未來市場空間大，但我國傳感器企業呈全面落後狀態，目前有很多亟待解決的問題，比如創新能力弱，關鍵技術受制於人，產業結構不合理，本土企業規模小能力弱；

參考資料來自：華辰資本、馭勢資本研究所

聲明：本文內容系作者個人觀點，不代表傳感器專家網觀點或立場。更多觀點，歡迎大家留言評論。

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