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1、完整版MEMS传感器行业分析报告MEMS 传感器行业分析报告一、什么是传感器？传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感 受到被测量的信息， 并能将感受到的信息， 按一定规律变换成为电信 号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显 示、记录和控制等要求。 传感器是实现自动检测和自动控制的首要环 节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让 物体慢慢变得活了起来。 通常根据其基本感知功能分为热敏元件、 光 敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放 射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。二、为什么关注传感器？

2、传感器是一类检测装置， 能接收到被测量的信息， 并能将感受到 一些信息， 按一定规律转变为电信号或其他所需形式的信息输出， 以 满足信息的处理、存储、显示、记录、传输和控制等要求。传感器是物联网的“五官” ，是用于采集各类信息并转换为特定 信号的器件，也是科学技术发展的重要标志，与通信技术、计算机技 术构成信息产业的三大支柱。2017年，全球传感器市场规模突破 2000 亿美元，达 2075亿美 元，增速达 14.7%。近年来，我国传感器市场持续快速增长，年均增 长速度超过 20%，据前瞻产业研究院发布的 中国传感器制造行业发 展前景与投资预测分析报告数据显示， 2011 年传感器市场规模为4

3、80亿元，到 2016年达到 1126亿元。 2017 年增长至 1300亿元，同 比增长 15.45%。其中，流量传感器、压力传感器、温度传感器占据 最大的市场份额，分别占 21%、 19%、 14%;应用领域，工业、汽车电 子、通信电子、 消费电子占比最大，仅工业和汽车电子产品领域的传 感器占比即达 42%左右。物联网的系统架构一般由感知层、 传输层和应用层组成， 传感器 是感知层主要组成之一。 传感器的主要任务是从周围环境中收集数据。 传感器是物联网系统前端的一部分。 它们在信号转换和处理之后直接 或间接连接到物联网网络。 传感器是整个物联网系统工作的基础， 类 似人的手 /眼/耳/口/

4、鼻。预计到 2025年物联网带来的经济效益将在 2.7 万亿到 6.2 万亿美 元之间。其中，传感器作为数据采集的入口， 将迎来巨大的发展空间。三、MEMS传感器-传统传感器的未来（一） MEMS传感器微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System,也叫做 微电子机械系统、微系统、 微机械等，指尺寸在几厘米以下乃至更小 的小型智能装置，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处 理和控制电路、直至接口、 通信和电源等于一体，是微电子技术和精 密机械加工技术相互融合， 并将微电子与机械融为一体的系统。 MEMS 内部结构一般在微米甚至纳米量级（NEMS）

5、,是一个独立的智能系统。 MEMS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。应用了 MEMS技术的传感器统称为 MEMS传感器依据测量数据的类型，MEMS传感器可分为三大类：MEMS物理 传感器、MEMS化学传感器和MEMS生物传感器。更细致的分类如下:M EMS0ENHB3IJI勺IW电场怙迅留1卜訥“幅境强度传林话M KMS电说桂感; MFMS -他弐哪 划I MS/丧谊j锻竹礬厲M匚掰百趨声波背塞MKMEM K MS r.|L厲巒囂M EH峙生掏液建柠蜒番WEM5M 口尸怛itb

6、也需WEMs q（二） MEMS传感器的特点与传统传感器相比，MEMS传感器的特点包括：1）微型化：MEMS器件体积小，一般单个 MEMS传感器的尺寸以毫米甚至微米为计量单位，重量轻、耗能低。同时微型化以后的机械部件具有惯性小、谐振频率高、响应时间短等优点。 MEMS更高的表面体积比（表面积比体积）可以提高表面传感器的敏感程度。2） 硅基加工工艺，可兼容传统IC生产工艺：硅的强度、硬度和 杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨，同时可以很 大程度上兼容硅基加工工艺。3） 批量生产：以单个5mm*5mm尺寸的MEMS传感器为例，用 硅微加工工艺在一片8英寸的硅片晶元上可同时切割出大约

7、1000个MEMS芯片，批量生产可大大降低单个 MEMS的生产成本。4）集成化：一般来说，单颗 MEMS往往在封装机械传感器的同 时，还会集成ASIC芯片，控制MEMS芯片以及转换模拟量为数字量 输出。5）多学科交叉：MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果JUX（三）MEMS传感器加工工艺MEMS与IC工艺的异同犍合* ）E倉柜=!EJj主靈工序 一吗笋锂=lotSifilnTHEMS与TC兼容丁艺简图 码加M3E电&虽烧直汕曰走工艺ICTS光刻技术需戒面说刻技术卑面光刻拽术干法（腐锂技朮5裸层、着裸宽比聘俚一股陽

8、屣腐蚀區法（腐性技朮5各向异堆庸蚀、自停止技术、 探层滋碓廊蚀各向同性廝独、阳按腐t虫 电钝;化腐锂，隈于恚面加工表面滩徽协工工艺 对t工艺兼容， 用于制诸表面活动菇构科用龍合硅硅直抵龍含、睦疲璃阳擞鍵合高遥龍合制作SOMLIGA制作高裸宽比结枸1成本高lcfans com电&薮规丘MEMS产品种类丰富、功能各异，工艺开发过程中呈现出“一类产品一种制造工艺”的特点。MEMS芯片或器件的种类多达上万、个 性特征明显，除了采用相同的硅材料外，不同的MEMS产品之间没有 完全标准的工艺，产品参量较多，每类产品品种实现量产都需要从前 端研发重新投入，工艺开发周期长，且量产率较传统半导体生产行业 相比更

9、低。MEMS加工的三大技术：体硅微加工（Bulk Micromachi nin g）、表面微加工（Surface Micromachining、LIGA工艺（光刻、电铸和模造）（四）MEMS传感器发展现状和前景1.市场空间、政策和前景（1）MEMS市场空间MEMS当前主要应用在消费电子、汽车等领域，随着产品的不 断成熟，航空航天、医学和工业的应用也逐渐普及。MEMS勺主要应用领域应用产品海关的MEM舁m4*fl社件畠元祁-Art Th, iFWti,境咄贋痞摂.UinHH, fl力 15 o. ；tPMEMSW議天加連嘖料+陀孙也燼珏罠事矗*陌力仃也 V.鴨Hi!H啊哆H皓鮒镇绮肾禾&民舉艮

10、MEUSW. WitffiMEMSWX*DCiirtH-, .rttttt ffiinc元.m力低 C, IthMEUSW2010年开始在 MEMS麦克风、惯性传感器等带动下，MEMS市 场开始进入快速成长期，从下游 应用来看，目前汽车和消费电子是 最主要的应用领域，而在2010年至2015年期间，汽车的复合年增 长率为6.8%,高于消费电子的 5.1%CAGR MEMS是未来几年增长 潜力最大的电子元器件，室内导航、背景识别、动作识别等功能都对 MEMS提出新需求。由于消费电子领域的基础创新较快， MEMS也成为其重要的创新基础元件，下游应用领域中快速 成长的仍然是消费电子领域，2015年至

11、2020年的CAGR为10.9%。自2015年 至2020年汽车、工业、医疗的 CAGR分别4.3% 7.7%、11.8%。中国的MEMS行业按下游应用来看，汽车和消费电子同样是主 要的增长动力，2010年至2015年 汽车和消费电子领域的 CAGR 分别为12.4%和10.6%。未来5年，由于中国消费电子和汽车的产 业链国产化进程快速，仍将保持高速增长，消费电子的年复合增速预 测将达到17.2%,汽车增速为10.3%。中国MEMS市场按下游应用划分情况（亿美元）从产品使用领域结构来看，国内 MEMS公司在营业规模、技术 水平、产品结构、与国外有明显差距，60%-70%的勺设计产品集中在加 速

12、度计、压力传感器等传统领域。工艺开发是我国MEMS行业目前面 临最主要的问题，产品在本身技术实力和生产工艺还有待于进步。算他无MENS券并圧力汗哲曳3村邛pw辄件4)0 0亠弓1 了川DMD (Digital Micromirror Devices，数字微镜)芯片FBAR( film bulk acoustic reso nator滤波器)的简称，译为薄膜腔 声谐振滤波器，FBAR滤波器不同于以前的滤波器，是使用硅底板、 借助MEMS技术以及薄膜技术制造出来。(2)相关政策2016年7月28日，国务院发布了“十三五”国家科技创新规 划其中，在“发展新一代信息技术，发展智能绿色服务制造技术” 章

13、节中，提出重点加强新型传感器的研发， 加强工业传感器制造基础共性技术研发，提升制造基础能力；在先进制造技术专栏中，提出开 展MEMS （微机电系统）传感器的研发。智能传感器产业三年行动指南 （2017-2019年）（3）前景预判传统传感器被MEMS替代。第一波大规模替代是在个人电子消费领域，在过去的20年，消费类应用使不同类别的 MEMS传感器实 现了从雏形到大批量生产、直至大批量应用的过程，这些传感器包括 加速计、陀螺仪、惯导模块、磁力计、气压计等；第二波工业（含智 能驾驶）领域，这个领域对MEMS传感器要求的性能和精度更高，规 模和应用想象空间远超个人电子消费领域。2.产业链现状MEMS产

14、业链类似于传统半导体产业， 主要包括了四大部分：前 端fabless设计环节、ODM代工晶圆厂生产环节、封装测试到下游最 终应用的四大环节MEMS制造目前主要分为三类，纯MEMS代工、IDM企业代工和 传统集成电路MEMS代工。MEMS器件依赖各种工艺和许多变量，只 有经过多年的工艺改进及测试，MEMS器件才能真正被商品化。研发 团队一般需要大量时间来搜索有关工艺及材料物理特性方面的资料， 每一种工艺都需要长期、大量的数据来稳定一个工艺。大部分 MEMS行业的主要厂商是以 Fabless为主，例如楼氏、HP、 佳能等。同时，平行的也有 IDM 厂商垂直参与到整条产业链的各个 环节，比如Bosc

15、h ST等都建有自己的晶元代工生产线。目前提供 MEMS代工的IDM厂商主要有意法半导体、索尼、德州仪器等；台积 电目前是全球最大的独立的 MEMS代工厂，全球领先的纯 MEMS代 工厂还有 Silex Microsystems、 Teledyne DALS、AAsia Paci?c Microsystem、s X-FAB、Inno vative Micro Tech no logy 等。中国MEMS产业在2009年后才逐渐起步，目前尚未形成规模， 产业整体处于从实验室研发向商用量产转型阶段。 国内MEMS厂家在营业规模、技术水平、产品结构、产业环境上与国外有明显差距， 60%-70%的设计产

16、品依旧集中在加速度计、压力传感器等传统领域， 对新产品（例如生物传感器、化学传感器、陀螺仪）的涉足不多。国 内MEMS代工厂华润上华、中芯国际、上海先进等；中国 MEMS代工企业还未积累起足够的工艺技术储备和大规模市场验证反馈的经 验，加工工艺的一致性、可重复性、产品的良率和可靠性等指标都还 有较大的提升空间。目前，中国 MEMS 产业尚处于起步阶段。目前，具有一定知名度和出货量的本土 MEMS企业仍然屈指可数，逐鹿中国市场的主要竞 争者仍以跨国企业为主。如今，我国MEMS传感器产品在精度和敏感 度等性能指标上与国外存在巨大差距， 应用范围也多局限于传统领域。 中高档传感器产品几乎 100%从

17、国外进口， 90%的芯片依赖国外。从MEMS产业的设计、制造和封装三个环节来看，国内缺乏对MEMS相关关键技术的自主研发和产业化能力。 我国尚无一套有自主 知识产权的传感器设计软件， 国产传感器可靠性也远不如国外同类产 品;MEMS制造能力更为薄弱，国内具备一定规模的设计企业基本选 择国外代工厂，而多数小型设计企业选择与科研院所的中试线绑定， 这就导致产业化进程相对缓慢；我国的MEMS封装尚未形成系列、标 准和统一接口。20丄8中国MEMS产业发展及歩资仟伯三.产业链全景MEMS产业构囲设计硏发设计硏发匡I人MEMS車烹设计企业柜对分散 产品枝术不够或孰 市场认可宜下高； 生产制造一国内MEMS生=线主龔分成中越、代工、1DM三种,相互之直差异较大； 封测测试一闰内MlzMS封芸技畑步较早，封装址节相丸左善，貝有一定旳国际竞争绽力； 蔡沁用一国内MkMS应用级域主耍集中在智能手U、汽车理子、智能丄业等为域