因此数据较新,且梳理了多条MEMS产线、多家MEMS企业最新状况信息,能全面向我们展示当前的中国及全球MEMS市场环境。
MEMS,即微机电系统,是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的,融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。MEMS 应用范围广阔,消费电子、 汽车、工业是MEMS 行业最大的三个细分市场,市场规模较为可观。
围绕MEMS,下面我们从其基本概念入手,了解其特点、主要产品,并对该行业发展历程及当前竞争格局进行分析,对其行业主要产品MEMS传感器进行解读、产业链进行梳理,对其主要应用领域及市场空间进行分析,对未来发展趋势进行展望,方便读者深入了解这一行业。
MEMS全称Micro-Electro Mechanical System,即微机电系统,是一种微制造技术。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、通信等集于一块或多块芯片上的微型器件或系统。
MEMS具有小尺寸、低功耗、高集成度和多功能的特点。其通过微纳加工技术,将机械结构和电子元件集成在微米至纳米尺度的芯片上。它结合了微电子技术、微纳加工技术和机械工程原理。
MEMS产品主要可分为MEMS传感器和MEMS执行器。其中MEMS传感器是用于探测和检测物理、化学、生物等现象和信号的器件,而MEMS执行器是用于实现机械运动、力和扭矩等行为的器件。
MEMS传感器有多重分类方法,按工作原理可分为三类:物理型、化学型和生物型;按信号检测方式分为:电容式、电阻式和隧道电流式;按照MEMS技术领域分类分为:惯性、压力、声学、环境和光学等;或者按应用场景主要分为:消费电子、汽车电子、工业与通信、医疗健康和国防与航空等。
MEMS执行器主要可分为光学MEMS、微流控、射频MEMS、微结构、微型扬声器和超声指纹识别等。
MEMS技术被誉为21世纪具有性的高新技术之一,经过数十年的发展,已广泛应用于消费电子、汽车、工业与通信、医疗健康、高可靠等领域。
从发展历程看,MEMS起源可追溯至20世纪50年代,硅的压阻效应被发现后,学者们开始了对硅传感器的研究;20世纪70年代末-90年代,安全气囊、制动压力、轮胎压力检测系统等应用需求增长推动了MEMS行业发展的第一次浪潮,压力传感器和加速度计取得快速发展;20世纪90年代末-21世纪初,信息技术的兴起和微光学器件的需求推动了MEMS行业发展的第二次浪潮,MEMS惯性传感器与MEMS执行器取得共同发展,1991年,电容式微加速度计开始被研制,1998年美国Draper实验室研制出了较早的MEMS陀螺仪,1994年德州仪器以光学MEMS微镜为基础推岀投影仪,21世纪初MEMS喷墨打印头出现;2010年至今,产品应用场景的日益丰富推动了MEMS行业发展的第三次浪潮,如高性能的MEMS陀螺仪在工业仪器、航空、机器人等多方面得到应用。MEMS商业化将MEMS技术从最早的汽车应用领域向航空、工业和消费电子等领域不断扩展。
MEMS技术壁垒高,市场长期由少数海外巨头企业主导,2020年全球前十大MEMS厂商占比达到57.94%,市场较为分散。其中博世以14.2%的份额占比位列第一,其次为博通和威讯联合,占比分别为9.8%和5.6%,而国产厂商歌尔微以3.9%的市场份额位列第六。根据Yole发布的2022年全球MEMS企业Top30,共有6家中国企业进入名单,除了歌尔微电子外,还有瑞声科技、赛微电子全资子公司Silex Microsystems、台积电、海康威视、睿创微纳。
博世(Bosch)是全球最大的MEMS企业,在运动类MEMS传感器方面一枝独秀,是汽车和消费电子行业MEMS传感器的先驱和全球主要供应商,2022年公司MEMS业务营收实现12%的增长。
博通(Broadcom)仍然位居第二但增长乏力,而高通(Qualcomm)则受益于5G通信对MEMS射频滤波器的需求,2022年MEMS业务营收实现了21%的高速增长,成功进入全球前三。意法半导体因为汽车市场MEMS传感器的增长进入TOP4。
中国企业方面,歌尔微电子仍然是全球MEMS产业排名最高的中国企业,2022年排名第9,但受消费电子需求低迷影响,歌尔微和全球MEMS麦克风巨头楼氏电子(Knowles)在2022年出现营收下滑的情况。
MEMS器件下游市场分布多样,市场空间广阔。不同规格型号的产品在产品尺寸、信噪比、灵敏度等指标参数方面存在差异,应用的下游市场也不尽相同。MEMS器件已经被广泛应用于消费电子、汽车、医疗、工业、通信等多个领域。
据Yole数据,2022-2028年全球MEMS终端市场将以5%的年复合增长率增长。其中,消费电子是MEMS最大的应用市场,2022年约占全球MEMS收入的60%,预计到2028年全球消费电子领域MEMS器件需求有望增长至94亿美元。
其次是汽车市场,2022-2028年全球汽车市场对MEMS器件的需求有望从27亿美元增长至41亿美元。其他MEMS器件细分应用市场分别有工业领域、国防与航空航天、医疗、电信等。得益于5G网络的普及,2022-2028年通信领域MEMS器件市场规模CAGR有望达到28%,为各领域最高,国防与航空航天和汽车分别以8%和7%的CAGR排名第二和第三增长快速的MEMS赛道。
消费电子是全球MEMS行业最大的应用领域,主要应用产品包括MEMS射频器件、声学传感器、压力传感器、加速度计、陀螺仪等,广泛运用在以智能手机、智能无线耳机、平板电脑等主流消费电子产品中。除此之外,近年来涌现出的智能家居和可穿戴设备等新兴应用领域也广泛使用了MEMS传感器产品,如智能手表安装了MEMS加速度计、陀螺仪、微型麦克风和脉搏传感器,VR/AR设备采用MEMS加速度计、陀螺仪和磁传感器来精确测定头部转动的速度、角度和距离等。
消费电子MEMS器件需求呈现逐年快速上升的态势,其中MEMS射频器件占比最大。由于5G通信网络发展要求手机支持越来越多的通信频段,从而推动了MEMS射频器件需求快速增长,根据Yole数据,2020年全球消费电子领域MEMS射频器件市场规模占比最大,达到28.69%。而MEMS声学传感器是智能语音及人工智能感知的硬件基础,高品质语音通话、环境降噪和人机语音交互带动MEMS声学传感器市场需求快速提升,其2020年在全球消费电子领域MEMS产品市场规模占比为18.22%,排名第二。
射频微机电系统是MEMS技术的重要应用领域之一,作为低功耗、超小型化的平面结构的新型器件可以应用在移动通信领域。手机上使用的SAW、BAW滤波器是射频关键器件,负责对通信通道中的信号频率进行滤波,解决不同频段和通信系统之间产生的信号干扰问题。
根据Resonant统计,2016-2020年全球射频滤波器市场规模从50亿美元增长至150亿美元,平均复合增长率为31.6%,预计到2025年市场规模有望超过280亿美元。
声学传感器在消费电子领域的需求仅次于射频器件,2020年占比为18.22%。声学传感器是智能语音及人工智能感知的硬件基础,高品质语音通话、环境降噪和人机语音交互使得MEMS声学传感器市场需求快速提升。
根据Yole数据,2018-2026年全球MEMS声学传感器市场规模从11.53亿美元增长至18.71亿美元,年均复合增速为6.24%,出货量从52.98亿颗增长至111.15亿颗,年均复合增长率为9.7%。从供应格局看,根据Yole数据,2020年全球MEMS声学传感器市场份额排名前五位分别为歌尔微、楼氏、瑞声科技、钰太科技和敏芯股份。
MEMS麦克风是语音获取中必不可少的器件,其体积小、功耗低的特点满足了智能设备对麦克风的高要求,可以实现语音采集、消除环境噪音等多种功能。代替了驻极体麦克风成为许多电子产品中麦克风的主流器件,可使用在TWS耳机、手机等产品。
汽车电子是MEMS产品最早的应用领域之一,目前也是仅次于消费电子的第二大市场,根据Yole数据,2022年市场规模占比约为19%。20世纪80年代末至90年。
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