微機電系統(tǒng)(MEMS)行業(yè)分析
2024年全球MEMS傳感器行業(yè)市場規(guī)模達到106億美元。中國是全球MEMS產業(yè)的重要市場之一且增速遠高于全球平均水平,2021年市場規(guī)模已超過900億元,同比增長超過20%,并成為全球最大單一市場。全球MEMS行業(yè)市場規(guī)模預計從2021年的136億美元增長至2027年的約223億美元,復合增長率達9%。中國MEMS市場近年來持續(xù)擴大,2018年至2023年年均復合增長率達到15%以上,預計未來幾年繼續(xù)保持快速增長,在2025年有望突破千億元人民幣。
微機電系統(tǒng)行業(yè)概述與產業(yè)鏈分析
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微機電系統(tǒng)行業(yè)概述
微機電系統(tǒng)(MEMS)是一種將微機械結構、微傳感器、微執(zhí)行器與微電子技術相結合的微小器件系統(tǒng)。
1.工作原理
從原理來講,它是在微觀尺度下,利用光刻、蝕刻等微納加工技術,在硅片等襯底材料上制造出具有機械和電子功能的微小部件。例如,在制作MEMS加速度傳感器時,通過蝕刻硅片形成微小的懸臂梁結構,再結合微電子電路,當加速度作用于懸臂梁時,會引起梁的變形,進而通過檢測電容、電阻等電學參數(shù)的變化來感知加速度。
2.特征
(1)其特點鮮明,首先是微型化,尺寸通常在微米到毫米級別,這使得它能夠集成在各種小型電子設備中,如智能手機里的MEMS麥克風,體積小卻能實現(xiàn)高效的聲音采集功能。
(2)其次是高精度,能夠精準地感知和控制微小物理量變化,像MEMS陀螺儀可以精確地測量微小的角速率變化,在航空航天、汽車電子等領域發(fā)揮關鍵作用。
(3)另外還具有多功能集成性,能夠把多種功能集成在一個芯片上,比如在一個MEMS芯片上同時集成壓力、溫度、濕度等多種傳感器,實現(xiàn)對環(huán)境的綜合監(jiān)測。
3.分類
在分類上,按功能可分為MEMS傳感器和MEMS執(zhí)行器。MEMS傳感器用于檢測物理量,如壓力傳感器、加速度傳感器、磁傳感器等;MEMS執(zhí)行器則是用于對物理量進行控制或驅動,如微泵、微閥門等。
4.應用領域
在應用領域方面,MEMS廣泛應用于消費電子領域,如智能手機、智能手表中的傳感器用于實現(xiàn)運動檢測、環(huán)境感知等功能;
(1)在汽車電子領域,用于汽車安全系統(tǒng)(如安全氣囊觸發(fā)的加速度傳感器)、自動駕駛輔助系統(tǒng)(如毫米波雷達)。
(2)在醫(yī)療電子領域,用于微型診斷設備(如血糖監(jiān)測儀)和植入式醫(yī)療器械(如心臟起搏器中的微傳感器)。
(3)在工業(yè)控制領域,用于自動化生產線的監(jiān)測和控制。
(4)在航空航天領域,用于飛行姿態(tài)控制和衛(wèi)星的姿態(tài)調整等眾多場景。
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微機電系統(tǒng)產業(yè)鏈分析
1.上游
包括原材料供應和制造設備供應。
(1)原材料方面,硅片是最主要的基礎材料,還有金屬薄膜、光刻膠、封裝材料等。
(2)制造設備如光刻機、刻蝕機、鍍膜設備等,技術門檻極高,主要被國外少數(shù)企業(yè)壟斷。
2.中游
主要涵蓋設計、制造、封裝測試環(huán)節(jié)。
(1)在設計領域,需要綜合考慮多種因素進行電路設計、機械結構設計等,涉及多學科知識。
(2)制造環(huán)節(jié)運用光刻、蝕刻、沉積等微納加工工藝將設計轉化為實際器件。
(3)封裝測試是確保產品質量和性能的關鍵,包括芯片封裝、性能測試、可靠性測試等。
3.下游
應用領域廣泛。
(1)在消費電子領域,用于智能手機、平板電腦、可穿戴設備等。
(2)汽車電子方面,應用于汽車安全系統(tǒng)、自動駕駛輔助系統(tǒng)等。
(3)醫(yī)療電子領域,可用于微型診斷設備、植入式醫(yī)療器械等。
(4)工業(yè)控制領域,在自動化生產線、工業(yè)機器人等方面發(fā)揮作用。
(5)航空航天領域,用于飛行姿態(tài)控制、衛(wèi)星姿態(tài)調整等。
微機電系統(tǒng)市場分析與競爭格局
1.市場分析
2024年全球MEMS傳感器行業(yè)市場規(guī)模達到106億美元。中國是全球MEMS產業(yè)的重要市場之一且增速遠高于全球平均水平,2021年市場規(guī)模已超過900億元,同比增長超過20%,并成為全球最大單一市場。全球MEMS行業(yè)市場規(guī)模預計從2021年的136億美元增長至2027年的約223億美元,復合增長率達9%。中國MEMS市場近年來持續(xù)擴大,2018年至2023年年均復合增長率達到15%以上,預計未來幾年繼續(xù)保持快速增長,在2025年有望突破千億元人民幣。
2.競爭格局
(1)國際競爭格局
美國、歐洲和日本等發(fā)達國家和地區(qū)的企業(yè)在MEMS行業(yè)占據(jù)領先地位。如美國的德州儀器、博世、英飛凌等,憑借強大研發(fā)實力與成熟生產工藝,在高端MEMS技術上優(yōu)勢明顯,在汽車電子、醫(yī)療健康等領域市場份額較高。日本的東芝、夏普等企業(yè)也具有很強的競爭力,在全球市場布局廣泛。
(2)國內競爭格局
國內企業(yè)如華為海思、紫光展銳等發(fā)展迅速,在消費電子等領域的市場份額逐漸提升。一些國內企業(yè)在加速度傳感器、陀螺儀、微流控芯片等細分領域已實現(xiàn)技術領先,但整體上,國內MEMS產業(yè)仍存在一定差距,企業(yè)多集中在產業(yè)鏈中低端,高端產品依賴進口。
(Ⅰ)青鳥元芯:2001年成立,是國內首家采用MEMS技術批量生產微型傳感器的企業(yè),依托“北京大學微電子學研究院”和“微米/納米加工技術國家級重點實驗室”,擁有系列化微型濕度傳感器及模塊、MEMS壓力傳感器芯片等產品,廣泛應用于工業(yè)科技、電子設備等領域。
(Ⅱ)兆威機電(003021):是國內少有、全球領先的微型傳動系統(tǒng)制造商,曾獲國家科學進步獎二等獎。為汽車電子、通信行業(yè)等多領域客戶提供微型傳動系統(tǒng)、微型驅動系統(tǒng)的一站式服務。
(Ⅲ)知芯傳感:2019年成立于無錫新吳區(qū)中國傳感網國際創(chuàng)新園,聚焦MEMS壓力傳感器、MEMS微鏡兩大方向,擁有超過40項自主知識產權,掌握芯片設計、晶圓加工等核心技術。
(Ⅳ)奧松電子:2003年成立,2010年建立MEMS生產線,2021年啟動八英寸MEMS芯片生產線,技術創(chuàng)新能力強,產品涵蓋磁傳感器、氣體流量傳感器等,以高靈敏度、高精度、高穩(wěn)定性著稱。
(Ⅴ)西人馬:中國領先的MEMS運動傳感器制造商,產品廣泛應用于智能手機、智能穿戴設備、健康監(jiān)測等領域,其MEMS運動傳感器以高精度、低功耗和快速響應等特點獲得市場認可,一直致力于技術創(chuàng)新和產品升級。
3.發(fā)展趨勢
1.技術發(fā)展趨勢
(1)在更微型化與高集成度方面,未來將不斷突破微納米加工和封裝技術極限,使MEMS產品體積更小、性能更強、功能更復雜,如研發(fā)出納米級的傳感器和執(zhí)行器,集成更多功能于單一芯片。
(2)智能化與網絡化方面,MEMS產品將具備更強的自主決策和數(shù)據(jù)處理能力,可與云端和其他設備實時通信和協(xié)同工作,如智能家居中的MEMS傳感器能根據(jù)環(huán)境和用戶習慣自動調整設備運行狀態(tài)。
(3)多學科融合也是趨勢之一,與生物學、化學、光學等學科深度交叉融合,開發(fā)出具有新型功能和應用的MEMS產品,如可用于生物醫(yī)學檢測的微流控芯片、生化傳感器。
2.市場發(fā)展趨勢
從規(guī)模上看,隨著各領域對MEMS產品需求增加,全球MEMS市場規(guī)模將持續(xù)擴大,中國市場在全球的占比和重要性也將不斷提升。
在應用領域拓展方面,在傳統(tǒng)應用領域深化的同時,還將在新興領域如智能城市、智能農業(yè)、環(huán)保監(jiān)測等發(fā)揮重要作用,創(chuàng)造更多市場增長點。
3.競爭發(fā)展趨勢
市場競爭會愈發(fā)激烈,企業(yè)將在技術創(chuàng)新、產品性能、成本控制、市場份額等方面展開全方位競爭,通過并購、合作等方式提升競爭力。
國產替代進程會進一步加速,國內企業(yè)不斷突破關鍵技術,提高產品質量和性能,在中高端市場逐步實現(xiàn)進口產品替代,在國際市場的競爭力也將不斷增強。
MEMS封裝材料
1.大/小量程固晶
X7920/X988專門設計用于MEMS Die attach, 低應力,低永久壓縮變形,高回彈,高絕緣強度。
2.Die coating
X6912專門設計用于MEMS Die coating,光學透明,流動性佳,超低線性應力。
3.ASIC與基板黏結
EP5025/EP5841專門設計用于芯片陣列封裝及ASIC與基板黏結,高速點膠與作業(yè)效率,低應力,高可靠性。
(來源蕞達黏合畿)