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                中国半导体弯道超车的最后机会,你必须了解的MEMS市?。。ㄏ拢?/h1>
                2017-10-18 08:47:29 行业新闻 3002

                2017-10-17摘自:国际电子商情

                     应用广泛,借物联网站下一个风口

                     MEMS传感器在汽车领域的应用

                     随着汽车安全应用与降低碳排放的关注度日益提升,MEMS传感器在汽车电子领域的渗透率逐渐提高,除此之外,无人驾驶等新兴技术也推动着MEMS传感器进一步普及。2010年全球平均每辆汽车包含9.2个传感器,中国汽车含有5个,但中国扩大部署安全气囊和轮胎压力监测系统(TPMS),将推动中国汽车平均传感器数量到2015年增加到10个,在每辆汽车中,光TPMS系统就要使用4.2个汽车MEMS传感器,目前中国已超越日本成为第三大汽车MEMS市场。目前汽车上常见的传感器有加速度计、陀螺仪、电子罗盘、气压计、红外传感器、超声波传感器、激光测距仪、雷达传感器等。

                      MEMS传感器在智能手机领域的应用

                      在智能手机中,大量MEMS传感器的使用增加其智能性,提高了用户体验。iPhone 6 Plus使用了六轴陀螺仪&加速度计(InvenSense MPU-6700)、三轴电子罗盘(AKM AK8963C)、三轴加速度计(Bosch Sensortec BMA280),磁力计,大气压力计(Bosch Sensortec BMP280)、指纹传感器(Authen Tec的TMDR92)、距离传感器,环境光传感器(来自AMS的TSL2581 )和MEMS麦克风。

                       截至到2014年,常见的三种用于智能手机的罗盘传感器、加速度器传感器、陀螺仪渗透率分别为48%、64%、17%,陀螺仪渗透率偏低,通常在高端机型上有配置。

                     MEMS传感器在可穿戴设备领域的应用

                      在可穿戴智能设备上,传感器的使用更为广泛。AppleWatch配置的MEMS传感器超过十种。

                      ?  加速度传感器:测量身体运动,并且可以记录用户步数以及睡眠习惯。

                      ?  陀螺仪:可以侦测转动,此外,陀螺仪还能让iWatch“感知”用户,比如举起手腕准备看表时,屏 幕自动亮起。

                      ?  磁力计:可以用来提升运动追踪的准确性。

                      ?  晴雨表/气压传感器:提供更准确的天气数据,感知海拔高度的变化

                      ?  环境温度传感器:提供更准确的生物数据

                      ?  心率监控仪:进行心率监控

                      ?  血氧传感器:测量血氧值,对于准确的脉搏率检测至关重要

                      ?  皮肤电导传感器:计算用户的排汗量

                      ?  皮肤温度传感器:可以帮助用户了解自己的健身强度

                      ?  GPS:GPS可以帮助我们了解自己要去哪里,去过哪里

                 

                       除了Apple Watch,在智能家居热卖的Nest,很大程度上就受益于湿温度、红外传感器的廉价;Jawbone、Misfit等智能手环的兴起,也是受益于重力传感器的普及。

                      MEMS传感器在微纳卫星领域的应用

                      2014年5月4日, SpaceX为国际空间站提供给养的一个火箭,将会投放一个卫星母船(体积仅为10X30厘米),这艘母船,将会投放104颗名为“小妖怪”的微型卫星?!靶⊙帧蔽佬堑奶寤?,只有几个拇指般大小。每一颗卫星的重量仅为5克,制造成本仅为5美元。每一个“小妖怪”拥有一个微处理器芯片,一个可以和地球通信的无线电发射装置,两个天线,一个太阳能电池提供卫星长期工作的电力,每一个卫星还配置了磁力计和陀螺仪,从而获知卫星指向的方向。

                     采用MEMS技术制造的微纳卫星体积小、重量轻、成本低、技术含量高、可批量制造,具有十分广阔的前景,并且在我国有成功先例。2015年9月20日,长征六号运载火箭在太原卫星发射中心升空,成功将20颗微小卫星送入预定轨道,其中包括清华大学研制的“纳星2号” 技术试验卫星,该卫星的有效载荷包括纳型星敏感器、微型低功耗太阳敏感器、硅基MEMS陀螺、微型石英音叉陀螺、MEMS磁强计、北斗/GPS接收机等,性能指标均达到国际先进、国内领先水平。

                      MEMS传感器在物联网领域的应用

                      物联网(IoT)是把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简而言之,物联网就是“物物相连的互联网”。传感器作为物联网三大层次结构之一的感知层的重要组成部分,将现实世界中的物理量、化学量、生物量等转化成可供处理的数字信号,是实现物联网的基础和前提,同时MEMS(微机电)技术作为支撑技术,在物联网的发展中起着至关重要的作用。

                      随着移动互联市场趋于饱和,物联网(IoT)逐渐成为全球经济增长和科技发展的新增点。IDC发布报告指出,2020年全球物联网市场市值将增至1.7万亿美元。根据IoT的数据,2020年约有500亿台设备接入物联网,是现在的2.5倍。

                      MEMS的传感器发展共经历了三个阶段,分别对应不同的驱动力。2000年左右是汽车电子、2007年左右是智能手机、2013年左右是可穿戴设备,下一个驱动MEMS的传感器发展的动力是物联网,业界预测全球传感器需求有望从当前的百亿级激增到2025年的Trillion-Sensor(TSensor,万亿-传感器)量级。

                      MEMS技术在可穿戴设备、智能家居、医疗、工业4.0、智能汽车、智慧城市等IOT细分领域都有广泛的应用,常见的MEMS传感器诸如麦克风、体声波滤波器、压力传感器、温度传感器等都存在丰富的应用场景。

                       MEMS行业发展趋势

                       市场存出清需求,传感器领域并购持续涌现

                       2001-2007年间,MEMS传感器均价由3.5美元降低到接近2.7美元,CAGR为-6%;2007-2013年间,MEMS传感器均价由接近2.7美元降低到1美元,CAGR为-13%。过去五年MEMS市场参与者不断增加,尤其移动端货量急剧增长,给价格带来了较大的压力,市场有内在出清的需求。

                      随着价格不断走低,经营不善、技术薄弱、缺乏核心竞争力的厂商出现亏损。近年来行业并购案例不断出现,强者恒强,具有行业话语权的龙头厂商将在市场调整中最终获益。

                      组合传感器是MEMS集成新方向

                      MEMS产业正向多传感器集成方向前进,形成三大类组合传感器,体积更小、重量更轻、功能集成度更高的组合MEMS传感器是发展方向。

                      ?  密闭封装(Closed Package)组合传感器是简单且发展较为成熟的,主要是惯性传感器,如多轴加速度计、陀螺仪和磁力计,21世纪初,美新(MEMSIC)和意法半导体(ST)最先将加速度计推到手机中,使得惯性组合传感器成为最成熟、最常用的集成器件。对于加速度计和陀螺仪,集成是在硅片上实现的,并通过系统级封装(SiP)将专用集成电路(ASIC)和磁力计集成在一起。

                      ?  开放腔体(Open Cavity)组合传感器需要与外界联通以感知环境信息。例如,压力传感器可以和湿度传感器、气体传感器集成,这些传感器的集成主要采用系统级封装,因为大部分传感器采用不同的制造工艺,在单片硅晶圆上的集成成本过高。

                      ?  第三类是光学窗口(Open-eyed)组合传感器,摄像头(图像传感器)是手机中最昂贵的传感器模组,手机中逐渐形成两个光学窗口组合传感器,包括前置和后置的图像传感器,也将集成现有的光学传感器,如接近传感器、环境光传感器和3D景深传感器等。

                      根据HIS的数据,组合传感器市场在2011年之后占比逐步上升,预计到2017年一半的MEMS产品是组合形式。惯性传感器的价值已经严重下滑,从分立传感器转向组合传感器,三轴分立传感器,甚至六轴组合传感器的价格已经非常低了,集成三轴陀螺仪,三轴加速传感器,三轴磁感应传感器的九轴惯性传感器将有明显优势。

                      封测环节意义重大,占据MEMS产业链70%成本

                      不同于传统的集成电路产业链,MEMS中封装和测试占据了产业链70%的成本,根据典型的MEMS设备成本拆分,其中ASIC占据了12%,测试占据了40%,封装占据了30%,传感器占据了18%,因此封装和测试显得尤为重要。MEMS的器件复杂性导致了封装成本过高,同时测试效率低,尤其是做生物MEMS、化学MEMS,其测试效率更低,这也是制约MEMS封测发展的瓶颈,因此批量自动化封装及测试能力是降低成本获取市场的关键,拥有核心封测技术的厂商将深度受益。

                       MEMS主要的封装技术为BGA/LGA和 WLP,近年来WLP份额增长较快,2016年几乎与BGA/LGA持平,是MEMS领域最有潜力的封装技术。

                      比照IC,MEMS代工崛起迹象明确

                      在集成电路产业飞速发展的背后,IC设计和制造方式一直在进行调整,产业链条不断裂变。自上个世纪80年代以来IC产业经历了四个阶段,代工模式(Foundry)的出现是导致IC产业链条裂变的一个重要因素。这以上世纪90年代台湾集成电路公司(TSMC)等代工企业的兴起为标志,典型特征是晶圆代工企业与IC设计公司相互分离,新兴的IC设计公司(Fabless,即无工厂化)不再拥有自己的生产线,这种产业模式因其快速灵活、适应市场需要迅速成长起来。

                      进入新世纪,IC设计和制造领域内的产业链再次裂变导致产业内分工更加细化。在IC制造领域,为降低成本,生产技术提供者(往往是大型的IDM企业)与生产者相互独立,前者专门提供已验证的生产技术,后者则将之运用于大规模的生产。这一变迁过程,表面看是IC产业链自身逐步裂变的自然过程,事实上却是在技术飞速发展、成本约束加强的全球化背景下,各国企业之间产业内分工日益细化和深化的过程。

                      MEMS行业中Fabless的份额由2006年的10%增加到2012年的32%左右,正如集成电路行业所经历由的一样,行业细化和分工的趋势不可逆转。MEMS传感器行业的品种多达上万种,单品种的销量很难放大,在价格不断走低的情况下,企业很难盈利,无法承受大规模的资本支出。面对不断增长的市场规模,迫切想进入的中小设计厂商有很强的代工需求,Fabless存在的价值日益凸显。除此之外,由于市场规模相对过小,缺乏统一工艺,传统的集成电路代工厂商如台积电, 联电, 中芯国际等一线代工厂商较之新进入的MEMS代工企业赛莱克斯和Tronics、IMT并无绝对的优势,这就给专注于MEMS代工厂商留下了更大的发展空间。

                来源:长江证券

                作者:莫文宇

                 

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