2017-10-17摘自：國際電子商情

     應(yīng)用廣泛，借物聯(lián)網(wǎng)站下一個風(fēng)口

     MEMS傳感器在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

     隨著汽車安全應(yīng)用與降低碳排放的關(guān)注度日益提升，MEMS傳感器在汽車電子領(lǐng)域的滲透率逐漸提高，除此之外，無人駕駛等新興技術(shù)也推動著MEMS傳感器進一步普及。2010年全球平均每輛汽車包含9.2個傳感器，中國汽車含有5個，但中國擴大部署安全氣囊和輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)，將推動中國汽車平均傳感器數(shù)量到2015年增加到10個，在每輛汽車中，光TPMS系統(tǒng)就要使用4.2個汽車MEMS傳感器，目前中國已超越日本成為第三大汽車MEMS市場。目前汽車上常見的傳感器有加速度計、陀螺儀、電子羅盤、氣壓計、紅外傳感器、超聲波傳感器、激光測距儀、雷達傳感器等。

      MEMS傳感器在智能手機領(lǐng)域的應(yīng)用

      在智能手機中，大量MEMS傳感器的使用增加其智能性，提高了用戶體驗。iPhone 6 Plus使用了六軸陀螺儀&加速度計（InvenSense MPU-6700）、三軸電子羅盤（AKM AK8963C）、三軸加速度計（Bosch Sensortec BMA280），磁力計，大氣壓力計（Bosch Sensortec BMP280）、指紋傳感器(Authen Tec的TMDR92)、距離傳感器，環(huán)境光傳感器(來自AMS的TSL2581 )和MEMS麥克風(fēng)。

       截至到2014年，常見的三種用于智能手機的羅盤傳感器、加速度器傳感器、陀螺儀滲透率分別為48%、64%、17%，陀螺儀滲透率偏低，通常在高端機型上有配置。

     MEMS傳感器在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用

      在可穿戴智能設(shè)備上，傳感器的使用更為廣泛。AppleWatch配置的MEMS傳感器超過十種。

      ?  加速度傳感器：測量身體運動，并且可以記錄用戶步數(shù)以及睡眠習(xí)慣。

      ?  陀螺儀：可以偵測轉(zhuǎn)動，此外，陀螺儀還能讓iWatch“感知”用戶，比如舉起手腕準(zhǔn)備看表時，屏 幕自動亮起。

      ?  磁力計：可以用來提升運動追蹤的準(zhǔn)確性。

      ?  晴雨表/氣壓傳感器：提供更準(zhǔn)確的天氣數(shù)據(jù)，感知海拔高度的變化

      ?  環(huán)境溫度傳感器：提供更準(zhǔn)確的生物數(shù)據(jù)

      ?  心率監(jiān)控儀：進行心率監(jiān)控

      ?  血氧傳感器：測量血氧值，對于準(zhǔn)確的脈搏率檢測至關(guān)重要

      ?  皮膚電導(dǎo)傳感器：計算用戶的排汗量

      ?  皮膚溫度傳感器：可以幫助用戶了解自己的健身強度

      ?  GPS：GPS可以幫助我們了解自己要去哪里，去過哪里

       除了Apple Watch，在智能家居熱賣的Nest，很大程度上就受益于濕溫度、紅外傳感器的廉價；Jawbone、Misfit等智能手環(huán)的興起，也是受益于重力傳感器的普及。

      MEMS傳感器在微納衛(wèi)星領(lǐng)域的應(yīng)用

      2014年5月4日， SpaceX為國際空間站提供給養(yǎng)的一個火箭，將會投放一個衛(wèi)星母船（體積僅為10X30厘米），這艘母船，將會投放104顆名為“小妖怪”的微型衛(wèi)星?！靶⊙帧毙l(wèi)星的體積，只有幾個拇指般大小。每一顆衛(wèi)星的重量僅為5克，制造成本僅為5美元。每一個“小妖怪”擁有一個微處理器芯片，一個可以和地球通信的無線電發(fā)射裝置，兩個天線，一個太陽能電池提供衛(wèi)星長期工作的電力，每一個衛(wèi)星還配置了磁力計和陀螺儀，從而獲知衛(wèi)星指向的方向。

     采用MEMS技術(shù)制造的微納衛(wèi)星體積小、重量輕、成本低、技術(shù)含量高、可批量制造，具有十分廣闊的前景，并且在我國有成功先例。2015年9月20日，長征六號運載火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心升空，成功將20顆微小衛(wèi)星送入預(yù)定軌道，其中包括清華大學(xué)研制的“納星2號” 技術(shù)試驗衛(wèi)星，該衛(wèi)星的有效載荷包括納型星敏感器、微型低功耗太陽敏感器、硅基MEMS陀螺、微型石英音叉陀螺、MEMS磁強計、北斗/GPS接收機等，性能指標(biāo)均達到國際先進、國內(nèi)領(lǐng)先水平。

      MEMS傳感器在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用

      物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。簡而言之，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)三大層次結(jié)構(gòu)之一的感知層的重要組成部分，將現(xiàn)實世界中的物理量、化學(xué)量、生物量等轉(zhuǎn)化成可供處理的數(shù)字信號，是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和前提，同時MEMS（微機電）技術(shù)作為支撐技術(shù)，在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。

      隨著移動互聯(lián)市場趨于飽和，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）逐漸成為全球經(jīng)濟增長和科技發(fā)展的新增點。IDC發(fā)布報告指出，2020年全球物聯(lián)網(wǎng)市場市值將增至1.7萬億美元。根據(jù)IoT的數(shù)據(jù)，2020年約有500億臺設(shè)備接入物聯(lián)網(wǎng)，是現(xiàn)在的2.5倍。

      MEMS的傳感器發(fā)展共經(jīng)歷了三個階段，分別對應(yīng)不同的驅(qū)動力。2000年左右是汽車電子、2007年左右是智能手機、2013年左右是可穿戴設(shè)備，下一個驅(qū)動MEMS的傳感器發(fā)展的動力是物聯(lián)網(wǎng)，業(yè)界預(yù)測全球傳感器需求有望從當(dāng)前的百億級激增到2025年的Trillion-Sensor（TSensor，萬億-傳感器）量級。

      MEMS技術(shù)在可穿戴設(shè)備、智能家居、醫(yī)療、工業(yè)4.0、智能汽車、智慧城市等IOT細分領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，常見的MEMS傳感器諸如麥克風(fēng)、體聲波濾波器、壓力傳感器、溫度傳感器等都存在豐富的應(yīng)用場景。

       MEMS行業(yè)發(fā)展趨勢

       市場存出清需求，傳感器領(lǐng)域并購持續(xù)涌現(xiàn)

       2001-2007年間，MEMS傳感器均價由3.5美元降低到接近2.7美元，CAGR為-6%；2007-2013年間，MEMS傳感器均價由接近2.7美元降低到1美元，CAGR為-13%。過去五年MEMS市場參與者不斷增加，尤其移動端貨量急劇增長，給價格帶來了較大的壓力，市場有內(nèi)在出清的需求。

      隨著價格不斷走低，經(jīng)營不善、技術(shù)薄弱、缺乏核心競爭力的廠商出現(xiàn)虧損。近年來行業(yè)并購案例不斷出現(xiàn)，強者恒強，具有行業(yè)話語權(quán)的龍頭廠商將在市場調(diào)整中最終獲益。

      組合傳感器是MEMS集成新方向

      MEMS產(chǎn)業(yè)正向多傳感器集成方向前進，形成三大類組合傳感器，體積更小、重量更輕、功能集成度更高的組合MEMS傳感器是發(fā)展方向。

      ?  密閉封裝（Closed Package）組合傳感器是簡單且發(fā)展較為成熟的，主要是慣性傳感器，如多軸加速度計、陀螺儀和磁力計，21世紀(jì)初，美新（MEMSIC）和意法半導(dǎo)體（ST）最先將加速度計推到手機中，使得慣性組合傳感器成為最成熟、最常用的集成器件。對于加速度計和陀螺儀，集成是在硅片上實現(xiàn)的，并通過系統(tǒng)級封裝（SiP）將專用集成電路（ASIC）和磁力計集成在一起。

      ?  開放腔體（Open Cavity）組合傳感器需要與外界聯(lián)通以感知環(huán)境信息。例如，壓力傳感器可以和濕度傳感器、氣體傳感器集成，這些傳感器的集成主要采用系統(tǒng)級封裝，因為大部分傳感器采用不同的制造工藝，在單片硅晶圓上的集成成本過高。

      ?  第三類是光學(xué)窗口（Open-eyed）組合傳感器，攝像頭（圖像傳感器）是手機中最昂貴的傳感器模組，手機中逐漸形成兩個光學(xué)窗口組合傳感器，包括前置和后置的圖像傳感器，也將集成現(xiàn)有的光學(xué)傳感器，如接近傳感器、環(huán)境光傳感器和3D景深傳感器等。

      根據(jù)HIS的數(shù)據(jù)，組合傳感器市場在2011年之后占比逐步上升，預(yù)計到2017年一半的MEMS產(chǎn)品是組合形式。慣性傳感器的價值已經(jīng)嚴(yán)重下滑，從分立傳感器轉(zhuǎn)向組合傳感器，三軸分立傳感器，甚至六軸組合傳感器的價格已經(jīng)非常低了，集成三軸陀螺儀，三軸加速傳感器，三軸磁感應(yīng)傳感器的九軸慣性傳感器將有明顯優(yōu)勢。

      封測環(huán)節(jié)意義重大，占據(jù)MEMS產(chǎn)業(yè)鏈70%成本

      不同于傳統(tǒng)的集成電路產(chǎn)業(yè)鏈，MEMS中封裝和測試占據(jù)了產(chǎn)業(yè)鏈70%的成本，根據(jù)典型的MEMS設(shè)備成本拆分，其中ASIC占據(jù)了12%，測試占據(jù)了40%，封裝占據(jù)了30%，傳感器占據(jù)了18%，因此封裝和測試顯得尤為重要。MEMS的器件復(fù)雜性導(dǎo)致了封裝成本過高，同時測試效率低，尤其是做生物MEMS、化學(xué)MEMS，其測試效率更低，這也是制約MEMS封測發(fā)展的瓶頸，因此批量自動化封裝及測試能力是降低成本獲取市場的關(guān)鍵，擁有核心封測技術(shù)的廠商將深度受益。

       MEMS主要的封裝技術(shù)為BGA/LGA和 WLP，近年來WLP份額增長較快，2016年幾乎與BGA/LGA持平，是MEMS領(lǐng)域最有潛力的封裝技術(shù)。

      比照IC，MEMS代工崛起跡象明確

      在集成電路產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的背后，IC設(shè)計和制造方式一直在進行調(diào)整，產(chǎn)業(yè)鏈條不斷裂變。自上個世紀(jì)80年代以來IC產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了四個階段，代工模式（Foundry）的出現(xiàn)是導(dǎo)致IC產(chǎn)業(yè)鏈條裂變的一個重要因素。這以上世紀(jì)90年代臺灣集成電路公司（TSMC）等代工企業(yè)的興起為標(biāo)志，典型特征是晶圓代工企業(yè)與IC設(shè)計公司相互分離，新興的IC設(shè)計公司（Fabless，即無工廠化）不再擁有自己的生產(chǎn)線，這種產(chǎn)業(yè)模式因其快速靈活、適應(yīng)市場需要迅速成長起來。

      進入新世紀(jì)，IC設(shè)計和制造領(lǐng)域內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈再次裂變導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)內(nèi)分工更加細化。在IC制造領(lǐng)域，為降低成本，生產(chǎn)技術(shù)提供者（往往是大型的IDM企業(yè)）與生產(chǎn)者相互獨立，前者專門提供已驗證的生產(chǎn)技術(shù)，后者則將之運用于大規(guī)模的生產(chǎn)。這一變遷過程，表面看是IC產(chǎn)業(yè)鏈自身逐步裂變的自然過程，事實上卻是在技術(shù)飛速發(fā)展、成本約束加強的全球化背景下，各國企業(yè)之間產(chǎn)業(yè)內(nèi)分工日益細化和深化的過程。

      MEMS行業(yè)中Fabless的份額由2006年的10%增加到2012年的32%左右，正如集成電路行業(yè)所經(jīng)歷由的一樣，行業(yè)細化和分工的趨勢不可逆轉(zhuǎn)。MEMS傳感器行業(yè)的品種多達上萬種，單品種的銷量很難放大，在價格不斷走低的情況下，企業(yè)很難盈利，無法承受大規(guī)模的資本支出。面對不斷增長的市場規(guī)模，迫切想進入的中小設(shè)計廠商有很強的代工需求，F(xiàn)abless存在的價值日益凸顯。除此之外，由于市場規(guī)模相對過小，缺乏統(tǒng)一工藝，傳統(tǒng)的集成電路代工廠商如臺積電, 聯(lián)電, 中芯國際等一線代工廠商較之新進入的MEMS代工企業(yè)賽萊克斯和Tronics、IMT并無絕對的優(yōu)勢，這就給專注于MEMS代工廠商留下了更大的發(fā)展空間。

來源：長江證券

作者：莫文宇

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