MEMS传感器蓬勃发展,实力出众的是哪个?

时间:2020-10-22 17:04来源:传感器专家网 作者:郑州炜盛科技 点击:

MEMS全称为 Micro-Electro Mechanical System,即微机电系统,是集微型传感器、执行器、机械结构、电源能源、信号处理、控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微米或纳米级器件或系统。

MEMS 技术被誉为21世纪具有革命性的高新技术,它起源于1947年美国贝尔实验室晶体管的发明。汽车产业、医疗及健康监护产业、通信产业以及手机和游戏机等个人电子消费品产业相继促进了MEMS产业的快速发展。尤其是2007年以来,随着以智能手机为代表的消费电子产品的快速普及和发展,MEMS商业化的进展明显加快。

根据Yole Development 的统计与预测,2017年全球MEMS行业市场规模已达到117.90亿美元,预计2023年市场空间将达到309.78 亿美元,2018-2023年市场规模复合增长率为 17.5%,销量增长率达到 26.7%。

据全球半导体生产设备材料协会(SEMI)日前发布的报告,2018 年-2023年期间,生产 MEMS/Sensor(传感器)的Fab的产能将会增加25%,月产能增至470万片(以 200nm 晶圆换算)。

助推全球 MEMS 持续增长的动力主要因素有三点:

一是全球主要市场对于汽车安全及智能化的需求逐年增加,推动MEMS 市场的持续增长;二是受工业 4.0 和智慧家庭的影响,工业和家居类的自动化产品对于 MEMS 的需求较大;

三是可穿戴设备、无人机/机器人的日益普及和在各领域的渗透率进一步提高。

1、最大的MEMS市场——消费电子

MEMS产业链一般由芯片设计企业、晶圆制造厂商、封装测试厂商和终端应用企业构成,芯片设计企业专注于 MEMS 芯片及其产品结构的设计,完成设计后交由第三方晶圆厂生产制造出 MEMS 芯片,经过封装测试后实现向消费电子、汽车、医疗和工控等应用领域客户的出货。

从全球应用领域来看,消费电子是MEMS的第一大市场,2018年占比41.8%。

这主要得益于在智能家居、智能手机和可穿戴设备等领域的机会日益增多。医疗电子位居第二,占比28.1%,归功于MEMS在临床监测中的广泛应用,如心电图患者监测和脑电图测量;以及成像应用,如 CT 成像和数字X射线。

此外,MEMS 还被用于诊断和治疗设备的定位应用,包括外科手术台等设备的高精度定位,以及假肢和患者监测应用,如运动和位置监测;另外,医疗电子上的MEMS器件附加值很高,平均售价远高于其它MEMS领域。

从全球产品结构来看,MEMS产品以传感器为主,MEMS执行器领域仅射频MEMS和喷墨打印头市场规模相对较大。

2、MEMS市场发展最快的地区——中国

中国作为全球最大的电子产品生产基地,消耗了全球近二分之一的 MEMS 器件。

近年来,中国 MEMS 消费电子类产品,如智能手机、平板电脑等产量保持稳定增长,带动加速传感器、陀螺仪、硅麦克风等 MEMS 行业需求的增长,中国已经成为全球 MEMS市场发展最快的地区。

据Yole Development 2018 年的MEMS销售额排行榜,前三名分别是美国的Broadcom、德国的Robert Bosch和意法半导体(STMicroelectronics),前30名中共有10家日本企业,中国有两家厂商入围了Yole的榜单,分别是排名第11位的歌尔股份和第23位的瑞声科技 AAC。

按照生产MEMS、传感器企业的区域来看,2018年的 TOP1在日本,后续为中国台湾、北美、欧洲/中东。现在中国大陆位居第六,预计在 2023 年将会上升至第三位。

3、增速最快的细分市场之一——MEMS 麦克风

近年来,MEMS麦克风是MEMS市场中增速最快的细分市场之一。消费电子是MEMS麦克风的主要应用领域,市场空间占比超过 90%。2017 年,MEMS 麦克风的主要应用为手机、平板和电脑,分别占总需求的 85%、5%和 3.2%。

根据麦姆斯咨询统计数据显示,全球 MEMS 麦克风市场规模从 2010 年的 15.9 亿元人民币增长到 2019 年的86.8 亿元,复合年增长率高达 20.75%。据赛迪顾问数据,2018 年中国 MEMS麦克风市场规模为31.3亿元,预计2016-2021年年均复合增长率为13%。

MEMS麦克风市场的繁荣主要受益于智能手机、智能音箱和 TWS 耳机领域的发展。MEMS 麦克风是智能手机的标准配置,一些高端智能手机甚至使用3~4颗MEMS麦克风,而一台智能音箱的MEMS麦克风搭载量可达2~8颗,一副TWS耳机的MEMS麦克风数量则达4~6颗,为MEMS麦克风市场带来强劲增长动力。

IDC预计,由于疫情影响,2020年全球智能手机市场将同比下降11.9%,出货量总计12亿部,预计到2021年第一季度,全球智能手机出货量不会恢复增长。但从好的方面看,根据 Yole Development 预测,单部智能手机上安装的 MEMS 传感器数量将会从2014年的12 颗上升到2021年的20颗。

全球智能音箱市场在2017和2018年迎来了快速增长,2018年全年出货量已达到8,200 万台,较2017年同比增长151.53%。根据 Strategy Analytics 数据,2020Q1 智能音箱销量达 2,820 万台,同比增长 8.2%。

TWS 耳机中集成了多个微型麦克风和加速度计等 MEMS 传感器,使得用户能够通过敲击等手势和语音对耳机实现唤醒和控制。根据 Counterpoint Research 统计,2016 年全球 TWS 耳机出货量 918 万副,预计 2020 年 TWS 耳机出货量将达到 2.3 亿副以上, 2016-2020 年出货量 CAGR 达 90%+。根据 GFK 测算,2020 年 TWS 市场规模将超过 110 亿美元。

4、市场规模最大的细分市场之一——MEMS 压力传感器

压力传感器是MEMS传感器行业中市场规模最大的细分市场之一,在汽车、消费电子、工业、医疗和航空领域有着广泛的应用。

据赛迪顾问数据,2018年中国MEMS压力传感器市场规模为116.6亿元,2016-2021 年年均复合增长率为12%,预计2021年将突破150亿元。

MEMS 压力传感器是技术与资本密集型产业,国内缺乏从事 MEMS 压力传感器研发与量产的大型企业,目前全球 MEMS 压力传感器市场的市场份额仍然主要被博世、英飞凌等国外厂商占据。

MEMS 压力传感器具有多品种、小批量的特点,产品形态与应用场景较为多样。汽车行业是 MEMS 压力传感器最早和最大的市场,如 TPMS、发动机机油压力、刹车系统空气压力、发动机进气歧管压力、胎压监测等,动力系统应用占据了超过 50%的业务。

5、下游应用领域广泛的市场——MEMS 惯性传感器

MEMS 惯性(组合)传感器又称惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,简称 IMU),通常包含速度传感器(即加速计)、角速度传感器(即陀螺仪)、磁感应传感器(即磁力计,这三类传感器的组合就形成了三轴、六轴和九轴惯性组合传感器。   根据赛迪顾问数据,2018 年中国 MEMS 惯性传感器市场规模为 81.5 亿元,2016-2021 年年复合增长率为 15%,预计 2020 年将突破 110 亿元。

据 Yole Development 数据,2019 年全球高端惯性传感器市场规模约达 32.4 亿美元,并且这仍然是一个应用很广且高度分散的市场。其中,国防和军事应用约占 40%,商用航空航天应用约占 26%。其它高度依赖惯性传感器的市场还包括商业海事和工业应用, 分别占据 18%和 16%的市场份额。

目前国内MEMS传感器厂商整体规模不大,产品种类单一,相比于国际大厂方案集成能力较弱。另一方面,中国是全球最为活跃的物联网应用市场,MEMS产品在智慧城市、智慧家庭、车联网、工业互联网、智慧医疗等领域的应用日渐普及,未来各种新兴应用领域如 AR/VR、无人机/机器人、机器视觉、自动驾驶等将为MEMS提供更广阔的发展空间。国家传感器产业发展政策环境持续优化,将促进我国传感器产业发展。