中国MEMS惯性传感器85市场被国外巨头瓜分！国产还有机会吗？

　　MEMS惯性传感器是MEMS传感器重要种类之一，在消费电子、汽车电子甚至航空航天等诸多领域，均有重要作用。
　　本文来自头豹研究院于3月20日发布的MEMS惯性传感器系列报告，是最新的中国MEMS惯性传感器行业观察内容。文中指出： Bosch、ST等头部企业合计占据中国加速度计市场70%以上份额，占据陀螺仪80%以上份额，占据IMU 85%以上份额。加速度计市场CR3（前三名份额）大于80%，陀螺仪计市场CR3大于90%，IMU市场CR3大于95%。
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　　可见， 中国MEMS惯性传感器市场仍然被国际巨头瓜分，且市场集中度非常高，国产厂商将直面国际巨头的竞争！ 更多分析请见正文。
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　　惯性传感器是一种用于检测被测物体惯性力，进而测量其加速度、角速度及相应运动状态变化的传感器。MEMS惯性传感器具备体积尺寸小 型化、微电子高度集成、可高精度批量制造等MEMS器件的优点，被广泛应用于航空航天、石油化工、汽车、船舶、消费电子、医疗等领域。
　　受益于中国消费电子和汽车智能化的快速发展，2014-2018年，中国MEMS惯性传感器行业市场规模（按销售额统计）由55.2亿元增长至 73.5亿元，年复合增长率为7.4%。
　　随着5G带来的智能手机市场回暖、新型消费电子渗透率的进一步提升以及汽车智能化的进一步发展， 预计 2023年市场规模将达到102.7亿元。
　　消费电子为MEMS惯性传感器市场需求的增长提供基础支撑， 消费电子当前MEMS惯性传感器的第一大应用市场 ，几乎每一类可测量运动状态或受运动状态影响的消费电子产品均搭载了MEMS惯性传感器。
　　伴随5G带来的智能手机更换浪潮、可穿 戴设备市场需求的进一步释放等因素影响，MEMS惯性传感器在消费电子应用领域的的需求将保持平稳增长。
　　汽车自动驾驶有望成为MEMS 惯性传感器应用市场的关注焦点，尽管汽车摄像头和雷达是实现自动驾驶的关键设备，MEMS惯性传感器仍然发挥重要作用。
　　例如，在极端环境造成摄像头和雷达难以精确探测外部信息、且GPS无法精准定位的情况下，MEMS惯性传感器作为不受外部环境限制的传感器件，将为汽车自动驾驶提供短期的动态导航辅助功能。 因此，MEMS惯性传感器将作为自动驾驶不可或缺的传感器获得广泛应用。
　　MEMS惯性传感器集 成度和尺寸不断优化 伴随MEMS封装的发展， MEMS惯性传感器已由平面集成封装发展为三维集成封装。晶圆级芯片封装（WLCSP）和硅通孔（TSV）等封装工艺及方案 的出现为MEMS惯性传感器向三维晶圆级集成封装发展提供可能，传感器的集成度有望进一步提升。MEMS 惯性传感器的尺寸也在集成度不断提升的背景下不断缩小。
　　1、中国MEMS惯性传感器行业定义
　　根据国家标准GB7665-87，传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律（数学函数法则）转换成可用信号的器件或装置。
　　惯性传感器是一种用于检测被测物体惯性力， 进而测量其加速度、角速度及相应运动状态变化的传感器。
　　MEMS惯性传感器是利用MEMS微加工技术和半导体集成电路制造技术制作而成的惯性传感器， 由质量块、弹性元件、敏感元件等机械结构件（传感器芯片）和信号处理电路（ASIC）等部分组成。
　　2、中国MEMS惯性传感器行业分类
　　可以根据根据被测物理量，将MEMS惯性传感器分成三类。
　　①加速度传感器
　　亦称为加速度计，是用于测量物体加速度及位移的传感器， 主要根据内部机械结构位移等物理变化，通过胡克定律和牛顿第二定律推算物体加速度 ，利用调理芯片将物理变化转为可用信号以收集加速度信息。根据不同分类方式，加速度计可分为众多种类。
　　中国惯性导航市场最为成熟的加速度计为MEMS加速度计和石英挠性加速度计。 其中，MEMS加速度计多与MEMS陀 螺仪搭配使用，其设计和加工技术已日趋成熟，但中国市场70%以上的份额仍被产品性能更佳、价格具备优势的国际龙头企业博世与意法半导体占据。
　　石英挠性加速度计多应用于航空、惯导平台等领域 ，因涉及国防安全，中国在该技术技术研发力度投入大，行业发展成熟，该加速度计已成功参与＂天舟＂、＂神舟＂及＂嫦娥＂系列飞行任务。
　　②角速度传感器
　　亦称为陀螺仪，是用于测量物体旋转角度和快慢的传感器，基于机械结构内部位移等物理变化及科里奥利力原理测量旋转物体的科里奥利加速度从而推算角速度，利用调理芯片将物理变化转为可用信号从而 收集角速度数据。陀螺仪也可分为众多种类。
　　不同种类陀螺仪特性比较
　　③惯性传感组合（IMU）
　　惯性传感组合（IMU）是基于MEMS技术的惯性传感器组合， 由加速度计和陀螺仪共同组成 ，基于加速度计和陀螺仪原理，测量功能全面，可测量空间多个方向的加速度和角速度。
　　3、中国MEMS惯性传感器行业特征
　　惯性传感组合（IMU）是基于MEMS技术的惯性传感器组合，由加速度计和陀螺仪共同组成，基于加速度计和陀螺仪原理，测量功能全面，可测量空间多 个方向的加速度和角速度。其行业特征包括产品下游应用广泛、中国本土竞争力弱、细分市场差异化。
　　（1）产品下游应用广泛
　　消费电子和汽车是MEMS惯性传感器主要终端应用领域
　　中国MEMS惯性传感器主要应用于解决方案提供商及终端设备系统集成商 ，该类企业将惯性传感器与其他功能器件集成为模组或系统，装配于终端电子设备中。
　　具体应用领域还涉及：手机导航、防抖、游戏姿态控制、AR/VR控制、相机防抖、姿态控制、消费级无人机姿态感知、控制、汽车、航海辅助导航、船舶、列车电子稳定器、矿山隧道、地下铁路、石油勘探等、设备状态监测、汽车自动驾驶、飞机 导航仪自动控制规划路线、导弹、火箭、卫星精确制导、完成姿态和轨道控制。
　　（2）中国本土竞争力弱
　　原材料供应商技术和规模稳步提升，但仍落后于国际头部企业
　　本土企业MEMS陀螺仪设计能力相对薄弱，主流软件的开发商均为国际企业 ，同时设备供应商多为国际企业，部分高端设备进口受限。
　　然而，尽管中国晶圆企业起步较晚， 本土企业晶圆供应能力远低于日本信越、日本胜高、台湾环球晶圆等全球头部企业 ，但上海新昇等本土头部企业生产工艺和规模不断提升，已能提供8英寸及以上尺寸晶圆，MEMS惯性传感器原材料保障能力获得增强。
　　（3）细分市场差异化
　　MEMS惯性传感器在不同类型应用市场的发展趋势呈现差异化
　　针对不同应用领域，MEMS惯性传感器市场已发展成为：
　　（1）以智能手机、可穿戴设备、平板电脑等应用为主的消费级市场；
　　（2）以汽车、智能制造等应用为主的中端工业级市场；
　　（3）以航空航天等应用为主的高端工业级市场。
　　以上三类细分市场的发展趋势和发展速度存在差异。
　　4、MEMS惯性传感器发展历程
　　1954年，压阻效应的出现为微型压力传感器的研制提供了理论基础，而60年代Draper实验室对MEMS加速度计的研发工作启动也标志着该行业进入启动期阶段，在启动期期间，多项革命性的产品出现，为后来的产品提供了原型。
　　经过了40年左右的启动期过渡， 美国ADI公司研制出世界上第一款单片集成的 商用陀螺仪ADXRS标志着该行业的高速发展期正式开始 ，MEMS加速度计不断向着轻量化、高精度、经济化的方向发展。
　　（1）萌芽期
　　开始时间： 1954 结束时间：1960
　　行业大事件： 1954年，C.S史密斯发现了压阻效应，为微型压力传感器的研制提供理论基础。 该理论的提出标志着MEMS传感器行业萌芽期的开始。 1958年，杰克·基尔比发明了第一块集成电路，加速了MEMS行业创新的步伐 。
　　行业影响： 压阻效应的发现是惯性传感器发明最核心的理论基础，自1954年之后，在此理论基础上压阻效应的理论不断发展，最终推动MEMS传感器的 出现。杰克基比尔的发明证明了将电子元器件集成到一个晶片上是可行的，在集成电路之前，晶体管之父肖克利发明的晶体管为集成电路的发展奠定了元件基础。
　　（2）启动期
　　开始时间： 1960 结束时间：2000
　　行业大事件： 20世纪60年代末，对MEMS加速度计的研究和开发工作开始启动，主要研发单位为美国的Draper实验室、斯坦福大学以及加州大学伯克利 分校。20世纪70年代，综合MEMS工艺与压阻效应，出现了压阻式加速度计。 1989年，美国Draper实验室研制出第一台振动式微机电陀螺仪 。
　　行业影响： 60年代开始，MEMS加速度计的产品概念被提出，研究工作正式启动，而后在美国Draper实验室的推动下，该行业革命性的产品陆续出现， 同时MEMS加速度计实现商业化。 1989年首台振动式微机电陀螺仪的发明为该行业走上高速发展期提供了有力的推动力量。
　　（3）高速发展期
　　开始时间： 2000 结束时间：2022
　　行业大事件： 2002年， 美国ADI公司研制出世界上第一款单片集成的商用陀螺仪ADXRS 。2006年，日本兵库大学的K. Maenska报道了一种仅由一个带电极的锆钛酸铅棱柱体构成的新型的压电振动固态微机械陀螺。2013年，法国电子与信息技术实验室设计出一种采用了横向悬挂设计的3D电容音叉陀螺。
　　行业影响： 第一款单片集成的商用陀螺仪ADXRS标志着惯性传感器行业进入高速发展期，其产品应用越来越广泛，MEMS加速度计将向着轻量化、高精 度、经济化的方向发展。自21世纪以来，随着集成电路及计算机行业的迅速发展，MEMS加速度计更多应用于汽车安全气囊，而且在手机、 计算机等电子消费产业中发挥越来越重要的作用。
　　5. 中国MEMS惯性传感器产业链分析
　　中国MEMS惯性传感器行业产业链分为三个环节。
　　产业链上游参与主体为传感器设计企业、软件、原材料及设备供应商，产业链中游参与主体是传感器加工、封装测试企业， 纯MEMS晶圆制造企业是MEMS惯性传感器晶圆的主要加工企业 ，产业链下游参与者为传感器应用解决方案提供商及终端设备系统集 成商等。
　　MEMS惯性传感器产业链上游传感器设计企业与国际领先企业差距相对较小，软件开发、原材料和设备企业与国际同类企业均存在较大差距；中游环节的国际MEMS晶圆加工以8英寸晶圆产线为主，中国本土MEMS晶圆产线规格相对落后； 消费电子和汽车是MEMS惯性传感器主要终端应用领域，占其应用市场总产值的70%以上。
　　总体来说，MEMS惯性传感器产业链条链路较为复杂。上游包含原材料、设计、设计软件等参与方，下游囊括消费电子、汽车、工业、医疗、航天等多个 领域，因此其中游产品的价格将受到多方面因素影响，且其中竞争者众多， 国产厂商议价能力不强。
　　（1）上游环节
　　①设计
　　设计企业是将传感器由概念转化为产品的主要推动者。
　　当前，中国本土MEMS惯性传感器设计企业 在加速度计方面已具备较强研发能力 ，可设计具备优异性能参数的高端单轴、二轴、三轴加 速度计，产品不仅可用于手机、可穿戴设备等消费级加速度计应用领域和汽车惯性导航等中端工业级领域，还可用于航空航天等高端工业级领域。
　　由于 MEMS陀螺仪技术更加复杂 ，设计难度相对加速度计更高，在民用领域，中国本土MEMS惯性传感器设计企业研发能力相比国际领先企业较为薄弱，多定位于低端消费级产品应用领域，在军用领域，中国具备航空航天等领域高端MEMS陀螺仪的研制能力， 主要原因为，基于国家战略安全考虑，中国科研事业单位可不计成本地研制高性能产品。
　　主要参与方
　　电装（中国）投资有限公司上海分公司、美新半导体（天津）有限公司、东电化（中国）投资有 限公司、上海矽睿科技股份有限公司
　　②软件
　　设计软件主要用于 对MEMS传感器机械结构进行有限元分析模拟 ，如CoventorWare、Ansys、 Solidworks等， 集成电路EDA软件用于模拟传感 器信号处理电路 ，如Cadence、Synopsis等。
　　设计软件的使用可提高MEMS惯性传感器设计者的工作效率，为设计者的研发提供基础工具保 障。 从国际格局上看，预计在2025年EDA国产率能达到35%， 受到美国的限制，中国发展核心部件国产化刻不容缓；2020-2025年，中国集成电路企业新增率为5%左右，整体来说该细分领域已经进入高质量发展阶段。
　　主要参与方
　　Coventor、新思科技有限公司
　　③原材料
　　MEMS惯性传感器的 原材料包括硅晶圆、硅靶材、金属靶材、封装材料等 ，其中晶圆是制造集成电路的基础材料，硅晶圆的尺寸和纯度对芯片加工成本和产品品质造成重要影响。
　　目前，中国 MEMS惯性传感器加工采用的晶圆尺寸包括4英寸、6英寸和8英寸，晶圆尺寸越大，单位晶圆材料可产出的芯片数量越多，单位加工成本越 低。 6英寸和8英寸是传感器晶圆的主流尺寸。
　　尽管中国晶圆企业起步较晚，本土企业晶圆供应能力远低于日本信越、日本胜高、台湾环球晶圆等全球头部企业， 上海新昇等本土头部企业生产工艺和规模不断提升，已能提供8英寸及以上尺寸晶圆 ，MEMS惯性传感器原材料保障能力获得增强。
　　以市场占比超过50%的消费级MEMS惯性传感器6轴IMU为例， 产品加工费用约0.17美元/颗（MEMS传感器芯片加工费约0.1美元/颗， ASIC加工费约0.07美元/颗），产品封装费约0.2 -0.3美元/颗，产品测试费约0.15美元/颗。
　　在MEMS惯性传感器量产阶段， 封装费用是目前MEM S惯性传感器最主要成本 ，而加工费可通过规模化生产效应得以显著摊薄， 因此传感器的成本降低难点主要体现于如何降低封装成本。
　　主要参与方
　　上海新昇半导体科技有限公司、信越有机硅国际 贸易（上海）有限公司
　　④设备企业
　　MEMS惯性传感器设备包括光刻机、PVD、CVD、刻蚀机等加工设备、键合机、划片机等封装设备和传感器参数测试设备，由于当前中国本土设备难以满足中高端MEMS惯性传感器生产要求， 设备多为Ulvac、Veeco等欧美日先进设备供应商提供。
　　此外，基于商业机密等方面考虑， 部分先进的高精度MEMS传感器测试设备进口中国受限 ，为中国MEMS惯性传感器产品性能参数的验证带来不利。
　　主要参与方
　　爱发科（中国）投资有限公司、维易科精密仪器 国际贸易（上海）有限公司
　　（2）中游环节
　　①加工
　　晶圆代工企业可分为三类：
　　（1）纯MEMS晶圆制造企业： 仅提供MEMS晶圆加工服务，该类 企业提供代工服务的特点为产品生产批次多，可 为上游各类客户提供MEMS代工服务。纯MEM S代工的代表性企业包括Micralyne、Tronics和Silex（已被中国本土企业赛微电子收购）等；
　　（2）传统集成电路代工企业： 通过调整加工工 艺亦可提供MEMS晶圆加工服务，该类企业产 能规模庞大，多为客户提供规模化加工服务。传 统集成电路代工的代表性企业包括台积电TSM C、格罗方德、中芯国际SMIC和上海先进ASMC等；
　　（3）IDM企业： 亦提供MEMS晶圆加工 服务，客户一般是与IDM企业自身业务无利益冲 突的企业，因此IDM企业可代工的产品种类较少，客户资源较少。提供代工的IDM代表性企业 包括博世、意法半导体和士兰微等。
　　主要参与方
　　Tronics、赛莱克斯微系统科技（北京）有限公 司、Semefab、中芯国际集成电路制造（上海） 有限公司、上海先进半导体制造有限公司
　　②封装测试
　　MEMS惯性传感器需放置于多轴转台、振动台、冲击台等设备测试其处于不同外部环境时性能参数的变化情况。而该外部激励测试完全由MEMS惯性传感器设计者根据应用场景需求制定，因此， MEMS惯性传感器设计企业需根据不同应用场景对产品的测试方案进行针对性设计。
　　主要参与方
　　江苏长电科技股份有限公司、安靠封装测试（上 海）有限公司、日月光半导体（上海）有限公司 、POWERTECH BUSINESS LIMITED、天水华 天科技股份有限公司
　　（3）下游环节
　　①应用解决方案提供商、终端设备系统集成商
　　中国MEMS惯性传感器行业产业链的下游参与主体为传感器应用解决方案提供商及终端设备系 统集成商，该类企业将惯性传感器与其他功能器件集成为模组或系统，装配于终端电子设备中。
　　MEMS惯性传感器是测量物体运动状态的重要 器件，集成MEMS惯性传感器的终端电子设备 广泛应用于智能手机、可穿戴、消费级无人机等 消费电子领域、汽车安全系统、ADAS （先进驾 驶辅助系统）、自动驾驶等汽车电子领域和机器 人、工业自动化设备、航空航天等工业领域以及医疗等领域。
　　消费电子和汽车电子是MEMS惯 性传感器最主要下游应用领域，消费量占比超过 70%
　　主要参与方
　　紫光展锐（上海）科技有限公司、联芯科技有限 公司、小米科技有限责任公司、华为投资控股有 限公司、上汽大众汽车有限公司
　　6. 中国MEMS惯性传感器行业规模
　　在2017年-2021年期间，受到消费电子、汽车等市场下行的影响，MEMS传感器行业规模持续走低，至2022年开始，随着智能网联汽车的蓬勃发展，汽车 对MEMS传感器的需求有了显著增加，并且在未来几年都将持续保持增长趋势。
　　下游应用市场智能手机以及汽车的不良表现也同步影响着MEMS市场的表现。 2017年-2019年间可穿戴设备等新型消费电子和汽车ADAS对MEMS惯性传 感器需求增长的贡献不断提升，但同时全球智能手机市场需求增长疲软，智能手机对MEMS惯性传感器市场规模的驱动力减弱，而在2018-2020年期间经济下行及疫情对乘用车市场的影响也直接导致MEMS传感器的需求量降低。
　　随着5G带来的智能手机市场回暖、新型消费电子渗透率的提升以及ADAS、自动驾驶等汽车智能化的进一步发展，MEMS惯性传感器生产需求将保持稳定 增长。 头豹预计2023至2026年中国MEMS惯性传感器行业市场规模年复合增长率将达到11.15%，到2026年能够增长至362.58亿元。
　　MEMS惯性传感器行业规模=MEMS传感器汽车领域应用市场规模/MEMS应用于汽车领域占比（来源：头豹研究院）
　　7、中国MEMS惯性传感器市场竞争格局
　　中国MEMS惯性传感器市场竞争集中于民用领域。由于军规级传感器涉及国家战略安全，通常交由符合军用资质的企事业单位设计和制造。军规级传感器 通常成本高昂，尺寸较大、多为非标产品且总需求量较小，市场规模小。
　　在对传感器成本、尺寸、产能规模等方面均提出较高要求的 民用领域，中国本土企业竞争力薄弱。 相比Bosch、ST、ADI等国际领先企业，本土企业市场 占有率低、业务规模小、技术积累少、客户资源少、产品可靠性验证机会少。
　　根据在中国MEMS惯性传感器行业 从事10年以上研发及销售工作的专家表 示，中国本土MEMS惯性传感器企业与国际企业在技术和业务规模等方面均存在明显差距。
　　在消费级市场和中端工业级市场，国际领先企业占据市场主导地位。 Bosch、ST等头部企业合计占据中国加速度计器市场70%以上份额，占据陀螺仪80%以上份额，占据IMU85%以上份额。
　　从市场集中度角度而言， 加速度计市场CR3大于80%，陀螺仪计市场CR3大于90%，IMU市场CR3大于95%。
　　随着中国企业的技术研发技术不断提升，未来有望赶超国际水平，但传统应用领域已被国际企业占据，对于中国企业来说，突破当前市场格局现状的关键 在于挖掘新兴市场需求，如物联网、自动驾驶等领域。
　　中国MEMS惯性传感器行业竞争格局分析从企业注册资本、研发能力、产品多样性几个维度入手。
　　上市公司速览
　　8、MEMS惯性传感器代表企业分析
　　美新半导体（无锡）有限公司
　　美新半导体（MEMSIC）成立于1999年,  拥有二十多年的MEMS传感器研发及生产技术积累。美新是中国最早的IDM模式惯性传感器供应商之一 ，这造就了美新在测试、封装以及晶圆生产方面的核心竞争力。目前总部位于中国天津， 曾于2007年在美国纳斯达克上市，被誉为全球MEMS第一股。
　　竞争优势
　　1、销售渠道较广： 在中国、欧洲和美国设有生产和研发机构，销售网络遍及亚太、欧洲、美洲和非洲等地区 。
　　2、生产技术先进： 拥有二十多年的MEMS传感器研发及生产技术积累，美新大规模稳定量产的产品有全球独有的热式加速度计、电容式加速度计、AMR地磁传感器、低功耗霍尔开关和六轴IMU等产品，广泛应用于汽车、工业、医疗、可穿戴、智能家居、消费电子等领域。
　　深迪半导体（绍兴）有限公司
　　深迪半导体（绍兴）有限公司是由美国海外留学人员创立的中国首家设计、生产商用MEMS陀螺仪系列惯性传感器的MEMS芯片公司，成立于2008年8月，总部位于浙江省绍兴市柯桥经济技术开发区。公司研发了拥有完全自主知识产权的先进的MEMS工艺和集成技术，专注于为消费电子及汽车电子市场设计和生产低成本、高性价比、低功耗、小尺寸的商用MEMS陀螺仪芯片，并为客户提供各种全面的应用解决方案和极其优质的服务。
　　竞争优势
　　1、技术优势：拥有完全自主知识产权的先进的MEMS工艺和集成技术，专注于为消费电子及汽车电子市场设计和生产低成本、高性价比、低功耗、小尺寸的商用MEMS陀螺仪芯片 。
　　2、平台优势：在中国建立了全国第一个大规模MEMS陀螺仪校验和测试基地。与此同时，深迪也铺设了完备的销售渠道并建立了强大的技术支持队伍。
　　上海矽睿科技股份有限公司
　　矽睿科技成立于2012年，专注于高质量传感器产品的设计、制造、以及增值应用与服务，致力于成为以应用为导向的多传感器平台。
　　矽睿科技拥有完全自主知识产权，产品包括多款MEMS传感器、磁性传感器芯片、及汽车与物联网智能模组和系统。矽睿科技多年进入＂中国MEMS10强＂企业名单，是我国磁传感器、惯性传感器主要厂商之一，《中国传感器发展蓝皮书》评为首批36家具有影响力的传感器企业之一。
　　竞争优势
　　1、掌握领先技术：公司产品六轴IMU获＂中国半导体创新产品和技术＂，＂2021年‘物联之星’年度评选之最佳创新产品奖＂，＂2021年最佳传感器 芯片＂殊荣
　　2、公司业务覆盖面广：公司产品包括多款MEMS传感器，如六轴IMU、加速度计、环境传感器、组合传感器等；磁性传感器芯片，如磁力计、磁编码器、电流传感器、霍尔传感器等；及汽车与物联网智能模组和系统。应用市场覆盖智能家居、智能穿戴、智能制造，汽车类电 子、物联网、AI等市场.
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