摘要:近年來,汽車產業、醫療及健康監護產業、通信產業以及手機和游戲機等個人電子消費品產業相繼促進了我國MEMS傳感器產業的快速發展,并在國內形成了多個MEMS傳感器生產基地,MEMS傳感器商業化的進展明顯加快。隨著全球電子制造產業鏈加速向亞太地區轉移,MEMS傳感器的產業重心也在不斷遷移,我國成為MEMS傳感器發展潛力最大,增速最快的市場。
一、定義及分類
MEMS傳感器是MEMS器件的一個重要分支,作為微機電系統的重要組成部分,MEMS傳感器是實現微機電系統感知和信號處理的功能器件。MEMS傳感器是基于其敏感材料的特殊效應工作的,它的制作工藝結合當今先進的IC微電子加工工藝和MEMS微機械加工制造工藝來實現,通過對材料的微機械加工,制造出可感受壓力、溫度、磁場、加速度等各種參數的穩定的結構器件(如梁、膜、叉指等單一或復合的結構),從而實現對各種相關參數的感知、測試和轉換。MEMS傳感器可分為MEMS慣性傳感器、MEMS壓力傳感器、MEMS聲學傳感器、MEMS環境傳感器、MEMS光學傳感器等。
二、行業政策
1、主管部門和監管體制
MEMS傳感器行業的主管部門主要為工信部,主要職責包括提出行業發展戰略和政策,制定并組織實施行業規劃、計劃和產業政策,擬訂行業技術規范和標準并組織實施,組織實施有關國家科技重大專項和推進相關科研成果產業化等。行業自律組織為中國半導體行業協會,主要負責貫徹落實政府有關的政策法規,開展產業及市場研究,向政府業務主管部門提出本行業發展政策的咨詢意見和建議,促進和組織訂立行規行約,推動市場機制的建立和完善。
2、行業相關政策
近年來,物聯網和移動互聯網等新興產業快速發展,MEMS傳感器作為物聯網、人工智能和工業互聯網等新一代信息技術產業感知層基礎核心元器件,其發展已上升為國家戰略。為促進MEMS傳感器行業發展,國家出臺一系列法律法規及行業政策,重點聚焦在加快推進基礎理論、基礎算法、裝備材料等研發突破與迭代應用,為MEMS傳感器迭代升級提供良好的政策環境。2021年,工信部等8部委聯合發布的《物聯網新型基礎設施建設三年行動計劃(2021-2023年)》中提出:到2023年,國內創新能力有所突破,高端傳感器、物聯網芯片、物聯網操作系統、新型短距離通信等關鍵技術水平和市場競爭力顯著提升。2023年10月,國家市監局印發《關于全面深化長三角計量一體化發展的意見》,提出加大產學研用合作,加快量子傳感器和太赫茲傳感器、高端圖像傳感器、高速光電傳感器等研制與應用。此外,我國針對MEMS傳感器等高新技術產業給予多方位的財政補貼,為產業進步提供資金支持。由稅務總局發布的《軟件企業和集成電路企業稅費優惠政策指引》規定了國家鼓勵的軟件企業定期減免企業所得稅、重點軟件企業減免企業所得稅的主體、優惠內容和享受條件。亦規定了集成電路重大項目企業以及細分生產企業的稅費優惠政策。
三、行業壁壘
1、技術壁壘
MEMS傳感器的研發與生產不僅深度融合了微電子學與精密機械加工技術的精髓,更是推動信息技術、生物技術、航空航天以及消費電子等多個領域發展的關鍵力量。該傳感器的制造需要高度的技術積累和創新,包括對先進的微電子制造技術和微機械加工技術的掌握,以及對新材料、新工藝的研發和應用,這一過程對企業的生產加工技術提出較高要求。
2、市場壁壘
由于MEMS傳感器在消費電子、汽車電子、醫療、航空航天等領域有廣泛應用,市場對產品的性能、可靠性、一致性等方面有較高要求。這要求企業不僅要具備生產能力,還需要對市場需求有深入的理解,能夠提供定制化的解決方案。此外,由于MEMS傳感器行業的快速發展,市場對新產品的需求也在不斷變化,企業需要具備快速響應市場變化的能力?,從而形成較高的市場壁壘。
3、資金壁壘
MEMS傳感器的研發和生產需要大量的資金投入,包括研發費用、生產設備的購置、生產線建設等。同時,隨著技術的不斷進步和市場競爭的加劇,企業還需要不斷投入資金進行技術創新和產品升級?。此外,由于MEMS傳感器的研發周期較長,資金回流較慢,這對企業的資金實力提出了較高的要求。
四、產業鏈
1、行業產業鏈分析
MEMS傳感器產業鏈上游主要包括原材料與芯片設計,其中原材料包括半導體硅片、陶瓷PCB、有機材料、鋼材、鋁材、箔材等。芯片設計是MEMS傳感器產業鏈的核心環節之一,芯片設計企業負責根據應用需求,設計出具有特定功能的MEMS敏感芯片。中游為MEMS傳感器的制造與封裝環節。產業鏈下游為MEMS傳感器的銷售與應用。MEMS傳感器應用場景多樣,涵蓋汽車電子、智能手機、智能家居、可穿戴設備、物聯網、人工智能、VR、智能工業等領域。
隆基綠能科技股份有限公司
天津市環歐半導體材料技術有限公司
上海新昇半導體科技有限公司
浙江中晶科技股份有限公司
上海先進半導體制造有限公司
潮州三環(集團)股份有限公司
京瓷 (中國)商貿有限公司
河北中瓷電子科技股份有限公司
廣東風華高新科技股份有限公司
陜西萊特光電材料股份有限公司
吉林奧來德光電材料股份有限公司
湖北江瀚新材料股份有限公司
南京久帝化工有限公司
寶山鋼鐵股份有限公司
首鋼集團有限公司
鞍鋼集團有限公司
本溪鋼鐵(集團)有限責任公司
2、行業領先企業分析
(1)歌爾股份有限公司
歌爾股份成立于2001年,是中國電聲行業龍頭企業,也是全球微電聲領域領導廠商。歌爾股份主營業務包括精密零組件業務、智能聲學整機業務和智能硬件業務。其中,精密零組件業務聚焦于聲學、光學、微電子、結構件等產品方向,主要產品包括微型揚聲器/受話器、揚聲器模組、MEMS聲學傳感器、其他MEMS傳感器、微系統模組等,廣泛應用于智能手機、平板電腦、智能無線耳機、VR虛擬現實、智能可穿戴、智能家居、汽車電子等終端產品中。2024年上半年,全球消費電子行業有所復蘇,部分新興智能硬件產品市場需求回暖,歌爾股份積極把握機會、全力以赴,完成了業務拓展、項目交付、運營提升等各項重要工作,推動實現了公司盈利能力的顯著修復,精密零組件業務收入為63.09億元,同比增長21.22%;毛利率為22.46%。
(2)蘇州敏芯微電子技術股份有限公司
蘇州敏芯微電子技術股份有限公司創立于2007年,主導構建了中國MEMS產業鏈,被贊譽為產業拓荒者。經過多年的技術積累和研發投入,敏芯股份在現有MEMS傳感器芯片設計、晶圓制造、封裝和測試等各環節都擁有了自主研發能力和核心技術,同時能夠自主設計為MEMS傳感器芯片提供信號轉化、處理或驅動功能的ASIC芯片,并實現了MEMS傳感器全生產環節的國產化。敏芯股份目前主要產品線包括MEMS聲學傳感器、MEMS壓力傳感器和MEMS慣性傳感器。2024年上半年,下游消費類電子市場需求逐漸復蘇,敏芯股份努力擴大產品的市場份額,提高產品出貨量,持續迭代核心技術及產品、開展降本增效以努力改善公司盈利水平,從而在激烈的市場競爭中保持穩定發展,實現營業總收入2.06億元,同比增長32.07%。
五、行業現狀
MEMS傳感器是基于微機電系統(MEMS)的典型傳感器件,具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產、易于集成和實現智能化的特點。這些傳感器采用微電子和微機械加工技術制造,能夠在微米量級上實現某些傳統機械傳感器所不能實現的功能。MEMS傳感器的應用廣泛,包括但不限于消費電子、汽車工業、工業4.0、人工智能等領域。特別是在消費電子和汽車領域,MEMS傳感器被廣泛應用于手機、AR/VR控制、無人機、汽車導航、電子穩定器、狀態監測以及自動駕駛等高科技領域。近年來,汽車產業、醫療及健康監護產業、通信產業以及手機和游戲機等個人電子消費品產業相繼促進了我國MEMS傳感器產業的快速發展,并在國內形成了多個MEMS傳感器生產基地,MEMS傳感器商業化的進展明顯加快。隨著全球電子制造產業鏈加速向亞太地區轉移,MEMS傳感器的產業重心也在不斷遷移,我國成為MEMS傳感器發展潛力最大,增速最快的市場。截至2023年末,我國MEMS傳感器市場規模達1200億。
六、發展因素
1、有利因素
(1)國家持續關注并大力支持傳感器行業的發展
MEMS傳感器行業作為信息產業中的基礎和核心部分,是關系國民經濟和社會發展全局的基礎性、先導性和戰略性產業。國家在政策層面對MEMS傳感器產業提供大力支持。如《物聯網新型基礎設施建設三年行動計劃(2021-2023年)》,旨在推動物聯網和傳感器技術的發展和應用,提升產業鏈供應鏈現代化水平。同時,廣州、上海等省市也紛紛出臺相關政策,對當地傳感器企業發展給予相應的資金獎勵,有力推動MEMS傳感器行業的持續健康發展,為國民經濟和社會發展做出更大貢獻。
(2)MEMS傳感器的下游市場空間巨大
MEMS傳感器作為信息獲取和交互的關鍵器件,目前已在消費電子、汽車、醫療、工業、通信、國防和航空等領域廣泛應用。近年來,國內消費電子市場蓬勃發展,新的產品形態也不斷涌現。在物聯網的結構中,感知層處于最底層,是物聯網的先行技術,也是其數據和物理實體基礎,而感知層中分布的各類傳感器就是獲取信息的關鍵。在人工智能領域,MEMS傳感器承擔了類似人體的各項感官功能,是未來人工智能領域不可或缺的組成部分。隨著物聯網和人工智能技術的不斷發展,MEMS傳感器作為這些新興信息技術產業的必備器件,下游空間將進一步擴大。
(3)MEMS行業的研發與生產體系不斷完善
在國家政策的大力支持下,國內MEMS傳感器行業的研發與生產體系不斷完善,各研發與生產環節的實力整體提升。一方面,蘇州納米城、中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所等產業園區和研究平臺為完善國內MEMS傳感器行業的研發體系提供了基礎。另一方面,專業的晶圓制造和封裝領域企業逐漸加大對MEMS傳感器業務的投入,為國內MEMS傳感器行業的發展提供了良好的發展環境。
2、不利因素
(1)行業基礎相對薄弱
雖然國內MEMS傳感器行業近年來快速發展,技術水平和產業規模都有所提升。但由于國內發展時間較短,行業基礎薄弱,在技術積累、產業環境、創新能力等方面有所滯后,與國外的領先企業相比仍存在一定的差距。在MEMS傳感器行業面臨全球范圍內充分競爭的背景下,本土企業資本實力相對較弱,研發實力與創新能力也需要進一步提升。
(2)行業高端人才短缺
MEMS傳感器設計、生產對人才的專業水平要求較高。但由于我國MEMS傳感器產業起步較晚,目前國內院校對MEMS傳感器專業人才的培養也較為缺乏,在人才儲備上具有滯后性。而在全球范圍內,由于MEMS傳感器大規模商業化應用的時間相對較短,具有MEMS芯片自主設計能力和掌握MEMS傳感器產品全生產環節核心技術的公司數量有限,因此MEMS傳感器行業的高端人才在全球范圍內都處于短缺的狀態。
(3)企業融資渠道單一
對于MEMS傳感器這樣的高科技產業,其研發周期長、投入大,對資金的需求也相對較高。然而,由于融資門檻較高,許多中小企業難以通過銀行貸款、股權融資等傳統渠道獲得足夠的資金支持。這導致企業在研發、生產和市場推廣等方面面臨資金短缺的困境。同時,在融資過程中,企業與金融機構之間存在信息不對稱現象,導致金融機構在放貸過程中風險難以控制,從而提高貸款門檻或降低貸款額度,進一步加劇了企業融資難度。
七、競爭格局
從地域來看,在MEMS傳感器這個領域,依然是美國占據較強的地位。美國?是全球傳感器頂尖強國之一,博世、博通、意法半導體、恩智浦等美國企業多年來深耕MEMS傳感器領域,并依托品牌影響力和產品穩定性布局出海,多年來占據全球領先位置。目前,中國MEMS傳感器產業絕大部分市場份額也被博世、英飛凌、意法半導體等國外廠商占據。同時,中國本土企業依托龐大的終端系統需求,開始布局MEMS傳感器業務,逐步擁有完整的芯片設計、晶圓制造、封裝與測試等全產業鏈的自主研發設計能力,憑借完全自主設計的MEMS傳感器打破了國外廠商長期壟斷的格局。2023年全球MEMS TOP30名單變動劇烈,中國歌爾微、瑞聲科技、賽微電子等5家MEMS企業進入全球TOP30強,其中賽微電子蟬聯全球MEMS代工第一。
八、發展趨勢
隨著多種傳感器進一步集成,越來越多的數據需要處理,軟件使得多種數據融合成為可能,應用領域持續拓展。未來,智能家居、工業互聯網、車聯網、智能城市等新興產業領域都將為MEMS傳感器行業帶來更廣闊的市場空間。同時,隨著物聯網等應用對傳感需求的快速增長,單個設備中搭載的傳感器數量也逐漸增加。未來,通過多傳感器的融合與協同,提升信號識別與收集的效果,提高智能設備器件的集成化程度也將成為MEMS傳感器產業發展的重要趨勢。此外,隨著終端設備小型化、種類多樣化,推動微電子加工技術特別是納米加工技術的快速發展,MEMS傳感器向更小尺寸演進亦是大勢所趨。
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MEMS傳感器是基于微機電系統的典型傳感器件。它是指可以批量制造的,集微結構、微傳感器、微執行器以及信號處理和控制電路于一體的器件或系統。其特征尺寸一般在0.1m~100m范圍。MEMS集成了當今科學技術的許多尖端成果,它將感知信息處理與執行機構相結合,改變了人類感知和控制外部世界的方式。與傳統的機械傳感器相比,MEMS傳感器具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產、易于集成和實現智能化等特點。在微米量級的特征尺寸MEMS傳感器可以完成某些傳統機械傳感器所不能實現的功能。
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一般來講,大部分MEMS壓力傳感器的敏感元件是硅膜片,按照不同的敏感機理,MEMS壓力傳感器可以分為電容式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器以及諧振式壓力傳感器。目前汽車上的壓力傳感器有很多:歧管壓力測量,用來控制空燃比,控制廢棄循環等;大氣壓測量,用來修正空燃比;氣缸內氣測量,用來控制爆震;燃油噴射壓力測量;充氣壓力測量,



