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智研产业百科

一、定义及分类
二、行业政策
1、主管部门和监管体制
2、行业相关政策
三、行业壁垒
1、技术壁垒
2、市场壁垒
3、资金壁垒
四、产业链
1、行业产业链分析
2、行业领先企业分析
五、行业现状
六、发展因素
1、有利因素
2、不利因素
七、竞争格局
八、发展趋势

MEMS传感器

摘要:近年来,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我国MEMS传感器产业的快速发展,并在国内形成了多个MEMS传感器生产基地,MEMS传感器商业化的进展明显加快。随着全球电子制造产业链加速向亚太地区转移,MEMS传感器的产业重心也在不断迁移,我国成为MEMS传感器发展潜力最大,增速最快的市场。


一、定义及分类


MEMS传感器是MEMS器件的一个重要分支,作为微机电系统的重要组成部分,MEMS传感器是实现微机电系统感知和信号处理的功能器件。MEMS传感器是基于其敏感材料的特殊效应工作的,它的制作工艺结合当今先进的IC微电子加工工艺和MEMS微机械加工制造工艺来实现,通过对材料的微机械加工,制造出可感受压力、温度、磁场、加速度等各种参数的稳定的结构器件(如梁、膜、叉指等单一或复合的结构),从而实现对各种相关参数的感知、测试和转换。MEMS传感器可分为MEMS惯性传感器、MEMS压力传感器、MEMS声学传感器、MEMS环境传感器、MEMS光学传感器等。

MEMS传感器分类


二、行业政策


1、主管部门和监管体制


MEMS传感器行业的主管部门主要为工信部,主要职责包括提出行业发展战略和政策,制定并组织实施行业规划、计划和产业政策,拟订行业技术规范和标准并组织实施,组织实施有关国家科技重大专项和推进相关科研成果产业化等。行业自律组织为中国半导体行业协会,主要负责贯彻落实政府有关的政策法规,开展产业及市场研究,向政府业务主管部门提出本行业发展政策的咨询意见和建议,促进和组织订立行规行约,推动市场机制的建立和完善。


2、行业相关政策


近年来,物联网和移动互联网等新兴产业快速发展,MEMS传感器作为物联网、人工智能和工业互联网等新一代信息技术产业感知层基础核心元器件,其发展已上升为国家战略。为促进MEMS传感器行业发展,国家出台一系列法律法规及行业政策,重点聚焦在加快推进基础理论、基础算法、装备材料等研发突破与迭代应用,为MEMS传感器迭代升级提供良好的政策环境。2021年,工信部等8部委联合发布的《物联网新型基础设施建设三年行动计划(2021-2023年)》中提出:到2023年,国内创新能力有所突破,高端传感器、物联网芯片、物联网操作系统、新型短距离通信等关键技术水平和市场竞争力显著提升。2023年10月,国家市监局印发《关于全面深化长三角计量一体化发展的意见》,提出加大产学研用合作,加快量子传感器和太赫兹传感器、高端图像传感器、高速光电传感器等研制与应用。此外,我国针对MEMS传感器等高新技术产业给予多方位的财政补贴,为产业进步提供资金支持。由税务总局发布的《软件企业和集成电路企业税费优惠政策指引》规定了国家鼓励的软件企业定期减免企业所得税、重点软件企业减免企业所得税的主体、优惠内容和享受条件。亦规定了集成电路重大项目企业以及细分生产企业的税费优惠政策。

中国MEMS传感器行业相关政策


三、行业壁垒


1、技术壁垒


MEMS传感器的研发与生产不仅深度融合了微电子学与精密机械加工技术的精髓,更是推动信息技术、生物技术、航空航天以及消费电子等多个领域发展的关键力量。该传感器的制造需要高度的技术积累和创新,包括对先进的微电子制造技术和微机械加工技术的掌握,以及对新材料、新工艺的研发和应用,这一过程对企业的生产加工技术提出较高要求。


2、市场壁垒


由于MEMS传感器在消费电子、汽车电子、医疗、航空航天等领域有广泛应用,市场对产品的性能、可靠性、一致性等方面有较高要求。这要求企业不仅要具备生产能力,还需要对市场需求有深入的理解,能够提供定制化的解决方案。此外,由于MEMS传感器行业的快速发展,市场对新产品的需求也在不断变化,企业需要具备快速响应市场变化的能力‌,从而形成较高的市场壁垒。


3、资金壁垒


MEMS传感器的研发和生产需要大量的资金投入,包括研发费用、生产设备的购置、生产线建设等。同时,随着技术的不断进步和市场竞争的加剧,企业还需要不断投入资金进行技术创新和产品升级‌。此外,由于MEMS传感器的研发周期较长,资金回流较慢,这对企业的资金实力提出了较高的要求。


四、产业链


1、行业产业链分析


MEMS传感器产业链上游主要包括原材料与芯片设计,其中原材料包括半导体硅片、陶瓷PCB、有机材料、钢材、铝材、箔材等。芯片设计是MEMS传感器产业链的核心环节之一,芯片设计企业负责根据应用需求,设计出具有特定功能的MEMS敏感芯片。中游为MEMS传感器的制造与封装环节。产业链下游为MEMS传感器的销售与应用。MEMS传感器应用场景多样,涵盖汽车电子、智能手机、智能家居、可穿戴设备、物联网、人工智能、VR、智能工业等领域。

MEMS传感器行业产业链
半导体硅片
隆基绿能科技股份有限公司
天津市环欧半导体材料技术有限公司
上海新昇半导体科技有限公司
浙江中晶科技股份有限公司
上海先进半导体制造有限公司
陶瓷PCB
潮州三环(集团)股份有限公司
京瓷 (中国)商贸有限公司
河北中瓷电子科技股份有限公司
广东风华高新科技股份有限公司
有机材料
陕西莱特光电材料股份有限公司
吉林奥来德光电材料股份有限公司
湖北江瀚新材料股份有限公司
南京久帝化工有限公司
钢材
宝山钢铁股份有限公司
首钢集团有限公司
鞍钢集团有限公司
本溪钢铁(集团)有限责任公司
上游
意法半导体(ST)集团
罗伯特·博世有限公司
歌尔微电子股份有限公司
北京赛微电子股份有限公司
中游
汽车电子
智能手机
智能家居
可穿戴设备
物联网
人工智能
下游


2、行业领先企业分析


(1)歌尔股份有限公司


歌尔股份成立于2001年,是中国电声行业龙头企业,也是全球微电声领域领导厂商。歌尔股份主营业务包括精密零组件业务、智能声学整机业务和智能硬件业务。其中,精密零组件业务聚焦于声学、光学、微电子、结构件等产品方向,主要产品包括微型扬声器/受话器、扬声器模组、MEMS声学传感器、其他MEMS传感器、微系统模组等,广泛应用于智能手机、平板电脑、智能无线耳机、VR虚拟现实、智能可穿戴、智能家居、汽车电子等终端产品中。2024年上半年,全球消费电子行业有所复苏,部分新兴智能硬件产品市场需求回暖,歌尔股份积极把握机会、全力以赴,完成了业务拓展、项目交付、运营提升等各项重要工作,推动实现了公司盈利能力的显著修复,精密零组件业务收入为63.09亿元,同比增长21.22%;毛利率为22.46%。

2020-2024年上半年歌尔股份精密零组件业务收入及毛利率


2)苏州敏芯微电子技术股份有限公司


苏州敏芯微电子技术股份有限公司创立于2007年,主导构建了中国MEMS产业链,被赞誉为产业拓荒者。经过多年的技术积累和研发投入,敏芯股份在现有MEMS传感器芯片设计、晶圆制造、封装和测试等各环节都拥有了自主研发能力和核心技术,同时能够自主设计为MEMS传感器芯片提供信号转化、处理或驱动功能的ASIC芯片,并实现了MEMS传感器全生产环节的国产化。敏芯股份目前主要产品线包括MEMS声学传感器、MEMS压力传感器和MEMS惯性传感器。2024年上半年,下游消费类电子市场需求逐渐复苏,敏芯股份努力扩大产品的市场份额,提高产品出货量,持续迭代核心技术及产品、开展降本增效以努力改善公司盈利水平,从而在激烈的市场竞争中保持稳定发展,实现营业总收入2.06亿元,同比增长32.07%。

2020-2024年上半年敏芯股份营业收入


五、行业现状


MEMS传感器是基于微机电系统(MEMS)的典型传感器件,具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。这些传感器采用微电子和微机械加工技术制造,能够在微米量级上实现某些传统机械传感器所不能实现的功能。MEMS传感器的应用广泛,包括但不限于消费电子、汽车工业、工业4.0、人工智能等领域。特别是在消费电子和汽车领域,MEMS传感器被广泛应用于手机、AR/VR控制、无人机、汽车导航、电子稳定器、状态监测以及自动驾驶等高科技领域。近年来,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我国MEMS传感器产业的快速发展,并在国内形成了多个MEMS传感器生产基地,MEMS传感器商业化的进展明显加快。随着全球电子制造产业链加速向亚太地区转移,MEMS传感器的产业重心也在不断迁移,我国成为MEMS传感器发展潜力最大,增速最快的市场。截至2023年末,我国MEMS传感器市场规模达1200亿。

2018-2023年中国MEMS传感器市场规模


六、发展因素


1、有利因素


1国家持续关注并大力支持传感器行业的发展


MEMS传感器行业作为信息产业中的基础和核心部分,是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业。国家在政策层面对MEMS传感器产业提供大力支持。如《物联网新型基础设施建设三年行动计划(2021-2023年)》,旨在推动物联网和传感器技术的发展和应用,提升产业链供应链现代化水平。同时,广州、上海等省市也纷纷出台相关政策,对当地传感器企业发展给予相应的资金奖励,有力推动MEMS传感器行业的持续健康发展,为国民经济和社会发展做出更大贡献。


2MEMS传感器的下游市场空间巨大


MEMS传感器作为信息获取和交互的关键器件,目前已在消费电子、汽车、医疗、工业、通信、国防和航空等领域广泛应用。近年来,国内消费电子市场蓬勃发展,新的产品形态也不断涌现。在物联网的结构中,感知层处于最底层,是物联网的先行技术,也是其数据和物理实体基础,而感知层中分布的各类传感器就是获取信息的关键。在人工智能领域,MEMS传感器承担了类似人体的各项感官功能,是未来人工智能领域不可或缺的组成部分。随着物联网和人工智能技术的不断发展,MEMS传感器作为这些新兴信息技术产业的必备器件,下游空间将进一步扩大。


3MEMS行业的研发与生产体系不断完善


在国家政策的大力支持下,国内MEMS传感器行业的研发与生产体系不断完善,各研发与生产环节的实力整体提升。一方面,苏州纳米城、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所等产业园区和研究平台为完善国内MEMS传感器行业的研发体系提供了基础。另一方面,专业的晶圆制造和封装领域企业逐渐加大对MEMS传感器业务的投入,为国内MEMS传感器行业的发展提供了良好的发展环境。


2、不利因素


1行业基础相对薄弱


虽然国内MEMS传感器行业近年来快速发展,技术水平和产业规模都有所提升。但由于国内发展时间较短,行业基础薄弱,在技术积累、产业环境、创新能力等方面有所滞后,与国外的领先企业相比仍存在一定的差距。在MEMS传感器行业面临全球范围内充分竞争的背景下,本土企业资本实力相对较弱,研发实力与创新能力也需要进一步提升。


2行业高端人才短缺


MEMS传感器设计、生产对人才的专业水平要求较高。但由于我国MEMS传感器产业起步较晚,目前国内院校对MEMS传感器专业人才的培养也较为缺乏,在人才储备上具有滞后性。而在全球范围内,由于MEMS传感器大规模商业化应用的时间相对较短,具有MEMS芯片自主设计能力和掌握MEMS传感器产品全生产环节核心技术的公司数量有限,因此MEMS传感器行业的高端人才在全球范围内都处于短缺的状态。


3企业融资渠道单一


对于MEMS传感器这样的高科技产业,其研发周期长、投入大,对资金的需求也相对较高。然而,由于融资门槛较高,许多中小企业难以通过银行贷款、股权融资等传统渠道获得足够的资金支持。这导致企业在研发、生产和市场推广等方面面临资金短缺的困境。同时,在融资过程中,企业与金融机构之间存在信息不对称现象,导致金融机构在放贷过程中风险难以控制,从而提高贷款门槛或降低贷款额度,进一步加剧了企业融资难度。


七、竞争格局


从地域来看,在MEMS传感器这个领域,依然是美国占据较强的地位。美国‌是全球传感器顶尖强国之一,博世、博通、意法半导体、恩智浦等美国企业多年来深耕MEMS传感器领域,并依托品牌影响力和产品稳定性布局出海,多年来占据全球领先位置。目前,中国MEMS传感器产业绝大部分市场份额也被博世、英飞凌、意法半导体等国外厂商占据。同时,中国本土企业依托庞大的终端系统需求,开始布局MEMS传感器业务,逐步拥有完整的芯片设计、晶圆制造、封装与测试等全产业链的自主研发设计能力,凭借完全自主设计的MEMS传感器打破了国外厂商长期垄断的格局。2023年全球MEMS TOP30名单变动剧烈,中国歌尔微、瑞声科技、赛微电子等5家MEMS企业进入全球TOP30强,其中赛微电子蝉联全球MEMS代工第一。

中国MEMS传感器行业竞争格局


八、发展趋势


随着多种传感器进一步集成,越来越多的数据需要处理,软件使得多种数据融合成为可能,应用领域持续拓展。未来,智能家居、工业互联网、车联网、智能城市等新兴产业领域都将为MEMS传感器行业带来更广阔的市场空间。同时,随着物联网等应用对传感需求的快速增长,单个设备中搭载的传感器数量也逐渐增加。未来,通过多传感器的融合与协同,提升信号识别与收集的效果,提高智能设备器件的集成化程度也将成为MEMS传感器产业发展的重要趋势。此外,随着终端设备小型化、种类多样化,推动微电子加工技术特别是纳米加工技术的快速发展,MEMS传感器向更小尺寸演进亦是大势所趋。

中国MEMS传感器行业未来发展趋势

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MEMS传感器是基于微机电系统的典型传感器件。它是指可以批量制造的,集微结构、微传感器、微执行器以及信号处理和控制电路于一体的器件或系统。其特征尺寸一般在0.1m~100m范围。MEMS集成了当今科学技术的许多尖端成果,它将感知信息处理与执行机构相结合,改变了人类感知和控制外部世界的方式。与传统的机械传感器相比,MEMS传感器具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化等特点。在微米量级的特征尺寸MEMS传感器可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。

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一般来讲,大部分MEMS压力传感器的敏感元件是硅膜片,按照不同的敏感机理,MEMS压力传感器可以分为电容式压力传感器、压阻式压力传感器以及谐振式压力传感器。目前汽车上的压力传感器有很多:歧管压力测量,用来控制空燃比,控制废弃循环等;大气压测量,用来修正空燃比;气缸内气测量,用来控制爆震;燃油喷射压力测量;充气压力测量,

MEMS传感器 2023-03-04
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