一、MEMS基本概念和相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策
MEMS基本概念
微機電系統（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System），也叫做微電子機械系統、微系統、微機械等，指尺寸在幾毫米乃至更小的高科技裝置。微機電系統其內部結構一般在微米甚至納米量級，是一個(gè)獨立的智能系統。主要由傳感器、動(dòng)作器（執行器）和微能源三大部分組成。
微機電系統是集微傳感器、微執行器、微機械結構、微電源微能源、信號處理和控制電路、高性能電子集成器件、接口、通信等于一體的微型器件或系統。具有微型化、智能化、多功能、高集成度和適于大批量生產(chǎn)的基本特點(diǎn)。
MEMS是一項革命性的新技術(shù)，廣泛應用于高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是一項關(guān)系到國家的科技發(fā)展、經(jīng)濟繁榮和國防安全的關(guān)鍵技術(shù)。在十四五規劃的集成電路綱要就包含了MEMS。
MEMS相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策
近年來(lái)，中國發(fā)展智能傳感器產(chǎn)業(yè)已上升為國家戰略。隨著(zhù)一系列政策的頻繁出臺以及3C產(chǎn)品、汽車(chē)電子等下游行業(yè)的快速發(fā)展，中國MEMS傳感器市場(chǎng)需求旺盛，歷年持續保持快速增長(cháng)，從細分領(lǐng)域來(lái)看，慣性傳感器、壓力傳感器、麥克風(fēng)等領(lǐng)域均保持連年增長(cháng)的趨勢。
資料來(lái)源：國務(wù)院，國家發(fā)改委，工業(yè)和信息化部
二、MEMS主要分類(lèi)和應用
MEMS 傳感器種類(lèi)很多，也有多種分類(lèi)方法。按其工作原理，大致可分為 MEMS 物理、化學(xué)和生物傳感器，其中每一種 MEMS 傳感器又可分為很多種小類(lèi)，不同的 MEMS 傳感器可以測量不同的量，實(shí)現不同的功能。主要的 MEMS 傳感器包括運動(dòng)傳感器、壓力、麥克風(fēng)、環(huán)境、光傳感器等。其中運動(dòng)傳感器可分為陀螺儀、加速度計、磁力計。
從產(chǎn)品結構上看，目前全球排名前五的MEMS傳感器細分領(lǐng)域為射頻、壓力、麥克風(fēng)、加速計和陀螺儀，占比接近65%；中國市場(chǎng)的這一排序為射頻、壓力、麥克風(fēng)、慣性和加速度計，與全球市場(chǎng)相似。
圖3 MEMS產(chǎn)品結構傳感器分類(lèi)
三、MEMS產(chǎn)業(yè)鏈
類(lèi)似于傳統半導體產(chǎn)業(yè)，主要包括了四大部分：前端 Fabless 設計環(huán)節、ODM 代工晶圓廠(chǎng)生產(chǎn)環(huán)節、封裝測試到下游最終應用的四大環(huán)節。
圖4 MEMS產(chǎn)業(yè)鏈
圖5 MEMS產(chǎn)業(yè)鏈細分
中國的設計、制造、封裝測試廠(chǎng)商都在積極布局 MEMS，已形成完整 MEMS 的產(chǎn)業(yè)鏈。
圖6 MEMS產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)分布
長(cháng)三角區域：以上海、無(wú)錫、南京為中心。逐漸形成包括熱敏、磁敏、圖像、稱(chēng)重、光電、溫度、氣敏等較為完備的傳感器生產(chǎn)體系及產(chǎn)業(yè)配套。
珠三角區域：以深圳中心城市為主。由附近中小城市的外資企業(yè)組成以熱敏、磁敏、超聲波、稱(chēng)重為主的傳感器產(chǎn)業(yè)體系。
東北地區：以沈陽(yáng)、長(cháng)春、哈爾濱為主。主要生產(chǎn) MEMS 力敏傳感器、氣敏傳感器、濕敏傳感器。
京津區域：主要以高校為主。從事新型傳感器的研發(fā)，在某些領(lǐng)域填補國內空白。北京已建立微米 / 納米國家重點(diǎn)實(shí)驗室。
中部地區：以鄭州、武漢、太原為主。產(chǎn)學(xué)研緊密結合的模式，在 PTC/NTC 熱敏電阻、感應式數字液位傳感器和氣體傳感器等產(chǎn)業(yè)方面發(fā)展態(tài)勢良好。
圖8 國內MEMS企業(yè)分布
四、現有市場(chǎng)競爭格局
從競爭者數量來(lái)看，由于MEMS傳感器類(lèi)型較多，生產(chǎn)廠(chǎng)商眾多。2019年中國MEMS市場(chǎng)主要以外國廠(chǎng)商為主，博通和博世并駕齊驅?zhuān)渌饕偁幷甙ㄒ夥ò雽w、德州儀器、Qorvo等。
美國廠(chǎng)商占比超過(guò)半數，歐美、日本廠(chǎng)商在MEMS主要的芯片和微機電制造領(lǐng)域相對發(fā)達。國內的競爭者也有不俗表現，歌爾股份在2019年首次躋身全球MEMS廠(chǎng)商前十，瑞聲科技排名22；代工廠(chǎng)領(lǐng)域，賽微電子控股公司Silex排名第一?？傮w來(lái)看，國際競爭者優(yōu)勢明顯，但國內企業(yè)新秀在加速追趕。
競爭格局：美、日、德企主導傳感器市場(chǎng)，國內企業(yè)競爭力弱
全球傳感器市場(chǎng)的主要廠(chǎng)商有GE傳感器、愛(ài)默生、西門(mén)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(chǎng)中70%左右的份額被這些外資企業(yè)占據。
在全球消費類(lèi)慣性傳感器（加速度計+陀螺儀）市場(chǎng)，意法半導體處于市場(chǎng)領(lǐng)導者的地位，占據四成左右的市場(chǎng)份額。
全球傳感器分布
綜上對市場(chǎng)規模、技術(shù)成熟度、企業(yè)經(jīng)營(yíng)狀況、競爭者數量等方面的分析，我們判斷，國內MEMS傳感器行業(yè)的國產(chǎn)替代尚處于成長(cháng)初期，MEMS國產(chǎn)企業(yè)正在加快追趕行業(yè)巨頭。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車(chē)、5G技術(shù)的發(fā)展，國內MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)將保持繼續增長(cháng)，國產(chǎn)替代步伐有望加速。
MEMS產(chǎn)業(yè)曾是美國、歐盟、日本三分天下之勢，且各有千秋。美國以軍促民，發(fā)揮軍政產(chǎn)學(xué)研協(xié)同效應，在MEMS技術(shù)綜合實(shí)力方面具有領(lǐng)先優(yōu)勢；日本則在汽車(chē)電子用MEMS、機器人用MEMS等方向能力突出，在全球前10名MEMS巨頭中，日本的數量常年與美國一致，但企業(yè)規模略遜于美國；歐盟在汽車(chē)電子用MEMS、消費電子用MEMS占有重要的市場(chǎng)份額，擁有超過(guò)100家的MEMS芯片研發(fā)和生產(chǎn)機構。
中國MEMS市場(chǎng)長(cháng)期以國外廠(chǎng)商為主，其在MEMS技術(shù)中各環(huán)節均較為成熟，在使用壽命和產(chǎn)品精度上優(yōu)勢明顯。2019年，中國MEMS市場(chǎng)廠(chǎng)商前十名為博通、博世、意法半導體、德州儀器、QORVO、惠普、樓氏、恩智浦、歌爾和TDK，其中美國公司占比達到54%。中國企業(yè)歌爾擠入前十，且2019年MEMS收入同比增長(cháng)達36%，遠超同行業(yè)其他頭部公司；瑞聲科技排名第22位，收入同比增長(cháng)11%，同樣高于行業(yè)整體水平。
傳感器企業(yè)市場(chǎng)分布
五、國產(chǎn)廠(chǎng)家面臨的機遇和挑戰
1 、國產(chǎn)廠(chǎng)家面臨的機遇
目前，國內MEMS傳感器廠(chǎng)商整體規模不大。除歌爾與瑞聲年營(yíng)收在1億美元以上，美新半導體、美泰科技、芯奧微等本土MEMS傳感器廠(chǎng)商年營(yíng)收均在6000萬(wàn)美元以下，整體規模較小。另外，國內廠(chǎng)商經(jīng)營(yíng)產(chǎn)品種類(lèi)較為單一，產(chǎn)品線(xiàn)多數為一條，多為元器件供應商，解決方案供應能力較差。而國際巨頭Invensense、英飛凌等國外廠(chǎng)商擁有2到3條產(chǎn)品線(xiàn)，博世、電裝、意法半導體等MEMS產(chǎn)品線(xiàn)超過(guò)4條且具備一體化解決方案供給能力。相比之下，小供應商很難在較短時(shí)間內實(shí)現大批量生產(chǎn)制造，因此排名靠前的大供應商市場(chǎng)份額相對穩定，市場(chǎng)集中度較高。
2、 國產(chǎn)非上市公司MEMS企業(yè)
3、 未來(lái)發(fā)展趨勢
（1）MEMS和傳感器呈現多項功能高度集成化和組合化的趨勢。由于設計空間、成本和功耗預算日益緊縮，在同一襯底上集成多種敏感元器件、制成能夠檢測多個(gè)參量的多功能組合MEMS傳感器成為重要解決方案。
（2）傳感器智能化及邊緣計算。軟件正成為MEMS傳感器的重要組成部分，隨著(zhù)多種傳感器進(jìn)一步集成，越來(lái)越多的數據需要處理，軟件使得多種數據融合成為可能。MEMS產(chǎn)品發(fā)展必將從系統應用的定義開(kāi)始，開(kāi)發(fā)具有軟件融合功能的智能傳感器，促進(jìn)人工智能在傳感器領(lǐng)域更廣闊的應用。
（3）傳感器低功耗及自供能需求日趨增加。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)等應用對傳感需求的快速增長(cháng)，傳感器使用數量急劇增加，能耗也將隨之翻倍。降低傳感器功耗，采用環(huán)境能量收集實(shí)現自供能，增強續航能力的需求將會(huì )伴隨傳感器發(fā)展的始終，且日趨強烈。
（4）MEMS向NEMS演進(jìn)。隨著(zhù)終端設備小型化、種類(lèi)多樣化，推動(dòng)微電子加工技術(shù)特別是納米加工技術(shù)的快速發(fā)展，智能傳感器向更小尺寸演進(jìn)是大勢所趨。與MEMS類(lèi)似，NEMS（納機電系統）是專(zhuān)注納米尺度領(lǐng)域的微納系統技術(shù)，只不過(guò)尺寸更小。
（5）新敏感材料的興起。薄膜型壓電材料具有更好的工藝一致性、更高的可靠性、更高的良率、更小的面積，可用于MEMS執行器、揚聲器、觸覺(jué)和觸摸界面等。未來(lái)MEMS器件的驅動(dòng)模式預計將從傳統的靜電梳齒驅動(dòng)轉向壓電驅動(dòng)。
（6）更大的晶圓尺寸。相比于目前業(yè)界普遍 應用的6英寸、8英寸晶圓制造工藝，更大的晶圓尺寸能夠很大程度上降低成本、提高產(chǎn)量，并且晶圓尺寸的擴大與芯片特征尺寸的縮小是相應促進(jìn)和互相推動(dòng)的。例如，用12英寸晶圓工藝線(xiàn)制造的MEMS產(chǎn)品已經(jīng)出現。
六、總結
MEMS傳感器目前已經(jīng)廣泛運用于消費電子、汽車(chē)、工業(yè)、醫療、通信等各個(gè)領(lǐng)域，隨著(zhù)人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，MEMS傳感器的應用場(chǎng)景將更加多元。MEMS傳感器是人工智能重要的底層硬件之一，傳感器收集的數據越豐富和精準，人工智能的功能才會(huì )越完善。物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統的核心是傳感、連接和計算，隨著(zhù)聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)的不斷增長(cháng)，對智能傳感器數量和智能化程度的要求也不斷提升。未來(lái)，智能家居、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智能城市等新產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域都將為MEMS傳感器行業(yè)帶來(lái)更廣闊的市場(chǎng)空間。
因其得天獨厚的優(yōu)勢，MEMS傳感器應用絕不僅局限于可穿戴設備，未來(lái)醫療、人工智能以及汽車(chē)電子等領(lǐng)域的傳輸底層架構均要依賴(lài)MEMS傳感器來(lái)布局。
從目前全球的發(fā)展趨勢來(lái)看，汽車(chē)工業(yè)和消費類(lèi)電子的市場(chǎng)已經(jīng)發(fā)展的足夠發(fā)達，成為了MEMS傳感器的發(fā)展基礎，未來(lái)醫療、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市等智能現代化趨勢明顯，未來(lái)MEMS傳感器的發(fā)展潛力很大。
來(lái)源：宸元資本（部分內容來(lái)自國泰君安產(chǎn)業(yè)研究和互聯(lián)網(wǎng)）
