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MEMS 慣性傳感器主要應(yīng)用于消費(fèi)電子及汽車領(lǐng)域，是支撐我國科技發(fā)展的重要的底層硬件之一。經(jīng)過十余年的技術(shù)追趕，國內(nèi)廠商從籍籍無名逐漸走上市場頭部舞臺。為明晰產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，判斷產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，芯謀研究特組織分析師團(tuán)隊(duì)調(diào)研相關(guān)市場并撰寫成文。

MEMS慣性傳感器概述

慣性傳感器是一種用于測量物體的加速度、角速度和傾斜角度等參數(shù)的電子傳感器。MEMS慣性傳感器指采用MEMS工藝制備的慣性傳感器，與傳統(tǒng)工藝制造的慣性傳感器相比，MEMS器件具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和智能化等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工、汽車、船舶、消費(fèi)電子、醫(yī)療等領(lǐng)域。本報(bào)告涉及MEMS慣性傳感器主要包括MEMS加速度計(jì)、MEMS陀螺儀和MEMS慣性測量單元（IMU）。

1．MEMS加速度計(jì)

MEMS加速度計(jì)是一種能夠測量物體線加速度的傳感器，通常由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組成。MEMS加速度計(jì)是MEMS領(lǐng)域最早研究、最成熟、最常見的器件。MEMS加速度計(jì)按檢測方式可分為電容式、壓電式、壓阻式、諧振式等；按軸數(shù)可分為單軸式、雙軸式及三軸式。其中電容式MEMS加速度計(jì)是技術(shù)最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的MEMS加速度計(jì)廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)自動化等各個(gè)領(lǐng)域。

2．MEMS陀螺儀

MEMS陀螺儀發(fā)展于20世紀(jì)80年代，主要有線振動型陀螺和諧振環(huán)型陀螺，前者工藝簡單，利于大批量、低成本生產(chǎn)；后者具有更高的理論精度但結(jié)構(gòu)及原理更為復(fù)雜，目前市面主流是振動型陀螺儀。MEMS陀螺儀的發(fā)展主要側(cè)重于通過結(jié)構(gòu)小型化、制造工藝優(yōu)化、諧振器優(yōu)化設(shè)計(jì)、測控電路的誤差補(bǔ)償設(shè)計(jì)等方法來提升MEMS陀螺儀的整體性能。

3．MEMS慣性測量單元（IMU）

IMU是基于MEMS技術(shù)的新型慣性測量器件，用來測量物體的三軸加速度和三軸角速度信息。MEMS IMU的發(fā)展早期主要受軍工需求推動，后續(xù)逐步推廣至民用，現(xiàn)已于消費(fèi)電子、汽車、工業(yè)自動化等領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。IMU按實(shí)現(xiàn)途徑分為組裝式和單片式兩類。組裝式是將三個(gè)單軸加速度傳感器和三個(gè)單軸陀螺儀通過立體組裝到一起分別實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向加速度信號和角速度信號的測量。主要的廠家包括BOSCH，ST及TDK等。單片式是將多個(gè)MEMS敏感結(jié)構(gòu)制作在一個(gè)芯片上，MEMS芯片和ASIC電路芯片通過引線鍵合連接達(dá)到多軸測量的目的，并且可以做到更高的集成度和更小的體積。主要的生產(chǎn)廠家包括ST，BOSCH，INVENSENSE，ADI等。

中國MEMS慣性傳感器產(chǎn)業(yè)鏈情況

中國MEMS慣性傳感器行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分為三個(gè)環(huán)節(jié)，上游包括材料、設(shè)備及EDA；中游包括設(shè)計(jì)、晶圓制造、封測等，其中晶圓制造又可分為MEMS晶圓制造企業(yè)和IDM企業(yè)兩類；下游終端廠商覆蓋消費(fèi)電子、汽車、工業(yè)、醫(yī)療、航天等多個(gè)領(lǐng)域。MEMS慣性傳感器對于制造節(jié)點(diǎn)要求不高，但工藝要求較為特殊，產(chǎn)業(yè)鏈條鏈路較為復(fù)雜，故而國際龍頭廠商為增強(qiáng)設(shè)計(jì)－生產(chǎn)協(xié)同整合能力，多采用IDM模式。國內(nèi)廠商因規(guī)模較小，整體以代工為主，部分廠商為IDM模式。

1．設(shè)計(jì)

中國本土設(shè)計(jì)企業(yè)在MEMS加速度計(jì)方面已具備高端加速度計(jì)設(shè)計(jì)能力，產(chǎn)品廣泛用于手機(jī)、可穿戴設(shè)備等消費(fèi)市場。在MEMS陀螺儀領(lǐng)域，國內(nèi)廠商現(xiàn)有產(chǎn)品多定位于消費(fèi)級產(chǎn)品。在MEMS IMU領(lǐng)域，國內(nèi)廠商與國外設(shè)計(jì)能力仍有一定差距，但矽睿、士蘭微等國內(nèi)廠商均已在集中力量攻堅(jiān)，未來高端產(chǎn)品突圍有望。

2．制造

MEMS慣性傳感器制造企業(yè)主要分為代工及IDM兩類，主要代工廠商為賽微電子、紹興集成等，主要IDM廠商為士蘭微、美新等。由于MEMS制造工藝并非一味追求更小的制程節(jié)點(diǎn)與更高的集成度，而是更加注重機(jī)械結(jié)構(gòu)。國內(nèi)部分廠商出于對刻蝕深度、精度、應(yīng)力控制等每一步工藝和設(shè)計(jì)匹配的準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)的要求也采用了IDM模式。目前主流產(chǎn)線以6英寸和8英寸為主，但由于產(chǎn)品出貨仍處于追趕階段，因此在量產(chǎn)良率、可靠性和穩(wěn)定性等方面存在不足。

3．封測

我國MEMS封裝產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)處于相對領(lǐng)先的地位，第一梯隊(duì)由長電、通富和華天組成。在MEMS慣性傳感器生產(chǎn)過程中，由于封裝成本占比超過50%，因此國內(nèi)外廠商在器件生產(chǎn)成本方面的差距主要體現(xiàn)于不同產(chǎn)品規(guī)模下封裝測試代工成本的差距。

此外，與傳統(tǒng)硅基器件測試流程不同的是，由于MEMS慣性傳感器的外部激勵(lì)測試由應(yīng)用場景需求制定，因此各廠商通常采用高度客制化測試方案或自研測試設(shè)備的方式對產(chǎn)品進(jìn)行測試。

中國慣性傳感器市場分析

1．市場規(guī)模和增長趨勢

中國MEMS慣性傳感器市場主要分為民用市場和軍規(guī)級市場，由于軍規(guī)產(chǎn)品通常成本高昂，尺寸較大，多為非標(biāo)產(chǎn)品且應(yīng)用場景和需求量較特殊，故本報(bào)告市場情況僅包含民用市場情況。

近些年來，MEMS技術(shù)理論研究持續(xù)進(jìn)步、工藝水平不斷提高，不僅大幅降低了MEMS慣性傳感器的制造成本，而且顯著提升了其測試精度和環(huán)境適應(yīng)性等性能指標(biāo)，使得MEMS慣性傳感器在下游得到廣泛應(yīng)用。中國蓬勃的消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)為MEMS慣性傳感器市場需求提供基礎(chǔ)支撐，幾乎每一類可測量運(yùn)動狀態(tài)或受運(yùn)動狀態(tài)影響的消費(fèi)電子產(chǎn)品均搭載了MEMS慣性傳感器，因此，中國MEMS慣性傳感器市場在過去幾年中呈現(xiàn)逐年增長的趨勢，2022年市場規(guī)?？偭繛?7.4億元。中國MEMS慣性傳感器市場未來五年的主要增長驅(qū)動來自下游自動駕駛汽車，機(jī)器人和工業(yè)設(shè)備市場的爆發(fā)。尤其是在自動駕駛領(lǐng)域，MEMS慣性傳感器將為汽車自動駕駛提供動態(tài)導(dǎo)航輔助功能。預(yù)計(jì)中國慣性傳感器市場將以10.2%的增速快速增長，至2027年達(dá)125.7億元。

數(shù)據(jù)來源：芯謀研究

2．細(xì)分品類市場情況

在2022年中國慣性傳感器市場中，MEMS IMU是市場份額最大的品類，占比約為56%，MEMS加速度計(jì)的市場規(guī)模占比約為34%，MEMS陀螺儀的市場規(guī)模占比約為10%。

（1）MEMS加速度計(jì)

受益于中國消費(fèi)電子快速發(fā)展，2022年中國MEMS加速度計(jì)行業(yè)市場規(guī)模增長至26.5億元。過去在智能手機(jī)中往往采用加速度計(jì)與磁力計(jì)結(jié)合來實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)定位算法。但現(xiàn)在，智能手機(jī)可以使用單個(gè)IMU并配備輔助SPI接口來實(shí)現(xiàn)相同功能，這無疑將放緩加速度計(jì)在相關(guān)領(lǐng)域的增長。

未來，汽車將成為加速度計(jì)的主要增量市場。汽車應(yīng)用中，MEMS加速度計(jì)主要用于主動和被動安全應(yīng)用，例如氣囊（外圍和中央ECU）、ESC/側(cè)翻和TPMS模塊。而自動駕駛對于車身精確運(yùn)動控制要求漸長也推動了更多加速度計(jì)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著5G帶來的智能手機(jī)市場回暖以及汽車智能化的進(jìn)一步發(fā)展，2022年中國MEMS加速度計(jì)市場規(guī)模達(dá)到26.5億元，并以9.2%的增速增長，至2027年達(dá)41.1億元。

數(shù)據(jù)來源：芯謀研究

（2）MEMS陀螺儀

隨著市場需求在2021年逐漸恢復(fù)，人們對無人駕駛、智能家居等領(lǐng)域需求的不斷增加，MEMS陀螺儀的市場需求也隨之增長。由于市場需求在過去幾年已經(jīng)有了一定反彈，同時(shí)增量空間被IMU擠壓，故而MEMS陀螺儀市場飽和度逐步提高，未來增速受到了一定的限制。預(yù)計(jì)未來5年，市場增速將持續(xù)放緩，但總體仍將保持增長趨勢。預(yù)計(jì)將從2022年的7.8億元增長到2027年的9.1億元。

數(shù)據(jù)來源：芯謀研究

（3）MEMS IMU?

隨著MEMS IMU技術(shù)的成熟和系統(tǒng)綜合成本的下降，整個(gè)MEMS慣性傳感器市場正在經(jīng)歷巨大的變革，獨(dú)立的MEMS加速度計(jì)和陀螺儀越來越多地被MEMS IMU所取代。在汽車市場，IMU正在逐漸取代獨(dú)立的加速度計(jì)和陀螺儀應(yīng)用。IMU將被更多地用于主動轉(zhuǎn)向、翻滾檢測、ESC以保障ADAS/AV高度自動化和完全自動化駕駛，故而國內(nèi)MEMS IMU市場將會在新能源車需求增量和替換量雙重利好的情況下快速增長。2022年MEMS IMU市場規(guī)模達(dá)到43.1億元，預(yù)計(jì)將以11.9%的增速增長，至2027年達(dá)75.5億元。

數(shù)據(jù)來源：芯謀研究

中國市場競爭分析

1．市場競爭格局

MEMS加速度計(jì)多與MEMS陀螺儀搭配使用，其設(shè)計(jì)和加工技術(shù)已日趨成熟，民用領(lǐng)域?qū)Τ杀?、尺寸、產(chǎn)能規(guī)模等方面均有較高的綜合要求。2022年，中國加速度計(jì)市場主要供應(yīng)商被國際廠商占據(jù)。其中，BOSCH是市場份額最大的MEMS慣性傳感器廠商，占28%。其次是ST和Murata，分別占18%和12%。



數(shù)據(jù)來源：芯謀研究

相比Bosch、ST等國際領(lǐng)先企業(yè)，本土企業(yè)仍處于跟隨狀態(tài)，市場占有率低、營收規(guī)模小、技術(shù)積累少、客戶資源少、產(chǎn)品驗(yàn)證機(jī)會少。隨著本土加速度計(jì)的技術(shù)逐漸成熟，目前各大本土廠商正在持續(xù)發(fā)力追趕。士蘭微和美新半導(dǎo)體是本土廠商中份額最大的，在中國市場所有廠商中分列第五、第六，占比依次為9%和7%。其余前五大本土廠商為明皜傳感、矽睿科技和敏芯股份，市場份額分別為4%、1%和不足1%。



數(shù)據(jù)來源：芯謀研究

國內(nèi)MEMS陀螺儀市場主要廠商為Bosch、ST、TDK等國際巨頭，國內(nèi)企業(yè)為深迪半導(dǎo)體、美新半導(dǎo)體、矽?？萍嫉取Ｓ捎趪鴥?nèi)市場細(xì)碎，各廠商銷售額較小不易統(tǒng)計(jì)排名，故不做展示。

MEMS IMU市場份額分布相對集中，國際廠商占據(jù)壟斷地位。前三名國際廠商共占據(jù)近80%市場份額，前五名國際廠商共占據(jù)超90%市場份額。其中BOSCH以33%的市場份額排名第一，ST和TDK分別以25%和21%的市場份額緊隨其后。



數(shù)據(jù)來源：芯謀研究

由于MEMS IMU產(chǎn)品生產(chǎn)工藝難度大，只有頭部企業(yè)才有足夠的資金、技術(shù)和資源來應(yīng)對市場競爭，因此準(zhǔn)入門檻不斷提高，國內(nèi)參與競爭的廠商較少。相較于前五名國際廠商，本土廠商市場份額比較小，面臨的市場競爭壓力也較大。2022年中國IMU市場最大本土廠商為矽?？萍迹袌龇蓊~占比為2%；其余廠商如深迪半導(dǎo)體等，市場份額較小，占比均小于1%。MEMS IMU作為一個(gè)重要的傳感器應(yīng)用領(lǐng)域，隨著智能化、自動化等領(lǐng)域的不斷拓展和應(yīng)用，其市場前景十分廣闊。相比國際廠商，本土廠商在本地化服務(wù)、供應(yīng)鏈整合等方面進(jìn)行差異化競爭，也將會有機(jī)會獲取更多的市場份額。

2．國內(nèi)廠商簡介

（1）士蘭微

杭州士蘭微電子股份有限公司成立于1997年，目前已經(jīng)具備了在6英寸、8英寸芯片生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)MEMS傳感器批量制造的能力，并建立了自己的MEMS封測生產(chǎn)線。目前士蘭微慣性傳感器主要為三軸加速度傳感器等，已在智能手機(jī)、平板電腦、智能手環(huán)、智能門鎖、行車記錄儀、TWS耳機(jī)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

（2）美新半導(dǎo)體

美新半導(dǎo)體有限公司成立于1999年，是中國最早的IDM模式慣性傳感器開發(fā)商。2020年美新獲得mCube獨(dú)家授權(quán)的慣性傳感器芯片技術(shù)，全面布局電容式加速度計(jì)和陀螺儀領(lǐng)域。其加速度計(jì)產(chǎn)品涵蓋小尺寸、低功耗等豐富組合，已廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、筆電/平板、智能手表/手環(huán)、汽車、TWS耳機(jī)、智能門鎖等場景。

（3）明皜傳感

蘇州明皜傳感科技股份有限公司成立于2011年，主要從事MEMS傳感器的研發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，并提供相關(guān)技術(shù)服務(wù)。主要產(chǎn)品為加速度傳感器等，主要應(yīng)用于消費(fèi)電子領(lǐng)域。

（4）矽睿科技

上海矽?？萍脊煞萦邢薰境闪⒂?012年，目前慣性傳感器產(chǎn)品包含三軸加速度傳感器、六軸IMU及高精度慣導(dǎo)模塊等，主要應(yīng)用于智能手機(jī)，可穿戴設(shè)備、AR/VR、汽車及無人機(jī)產(chǎn)品等。

（5）深迪半導(dǎo)體

深迪半導(dǎo)體（上海）有限公司成立于2008年，專注于為消費(fèi)電子及汽車電子市場設(shè)計(jì)和生產(chǎn)低成本、高性價(jià)比、低功耗、小尺寸的商用MEMS陀螺儀芯片。目前深迪已推出了商用Z軸MEMS陀螺儀、三軸MEMS陀螺儀、三軸MEMS磁傳感器、汽車工業(yè)級Z軸MEMS陀螺儀等產(chǎn)品。

（6）敏芯股份

蘇州敏芯微電子技術(shù)股份有限公司成立于2007年9月，公司目前主要產(chǎn)品線包括MEMS麥克風(fēng)、MEMS壓力傳感器和MEMS慣性傳感器。慣性傳感器產(chǎn)品主要為三軸MEMS加速度計(jì)，應(yīng)用于手機(jī)、平板電腦、可穿戴市場等消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域，同時(shí)也逐漸在汽車和醫(yī)療等領(lǐng)域擴(kuò)大應(yīng)用。

總結(jié)

MEMS慣性傳感器在國內(nèi)發(fā)展時(shí)間較短，但受益于下游行業(yè)的蓬勃發(fā)展，其市場規(guī)模增速較快。近年來，MEMS慣性傳感器在汽車、智能手機(jī)、平板電腦、無人機(jī)、工業(yè)自動化等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。例如，在智能手機(jī)和平板電腦中，MEMS慣性傳感器可以實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用，如自動橫豎屏切換、運(yùn)動感應(yīng)、指南針、虛擬現(xiàn)實(shí)等。在汽車和工業(yè)自動化中，MEMS慣性傳感器可以實(shí)現(xiàn)車輛姿態(tài)控制、自動駕駛、高精度導(dǎo)航等應(yīng)用。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，MEMS慣性傳感器正朝著高精度、高可靠、小體積、集成化、實(shí)用化、低成本的方向發(fā)展，行業(yè)的規(guī)模效應(yīng)和頭部效應(yīng)也愈發(fā)明顯，只有頭部企業(yè)才能通過降低生產(chǎn)成本、提升產(chǎn)品性能、提高產(chǎn)品穩(wěn)定性與可靠性等方面來占據(jù)市場份額，實(shí)現(xiàn)與下游大客戶的綁定。 ? ? ? ??





審核編輯：劉清