一文搞懂國產MEMS傳感器產業鏈

本文涵蓋了MEMS產業鏈的所有與流程與知識，力求用最簡短的內容，最全面的視野，幫我們梳理、了解整個MEMS產業鏈最新的情況，部分行業資料數據已整理至2023年10月份最新內容。

MEMS傳感器全球&中國產業鏈如何？有哪些研發&代表性企業？MEMS在各領域的應用情況如何？

本文內容較多，可按如下目錄獲取對應信息：

一、MEMS簡介

二、MEMS傳感器分類及廠家和應用

三、MEMS 行業發展歷程與3次產業浪潮

四、國產傳感器企業的主要布局區域

五、MEMS產業鏈流程

六、全球MEMS產業鏈最有前景的應用領域和市場（2023年）

七、全球&國產MEMS產業鏈廠家細分（超200家企業&機構）

八、MEMS傳感器細分應用介紹

九、MEMS代工產業

十、MEMS封裝測試

十一、全球&中國MEMS傳感器廠商營收排行（2023年）

十二、MEMS傳感器幾大應用

十三、MEMS 傳感器在智能手機領域的應用

十四、MEMS 傳感器在汽車領域的應用

十五、MEMS 傳感器在可穿戴設備領域的應用

十六、MEMS 傳感器在物聯網領域的應用

十七、MEMS傳感器在無人機的應用

十八、MEMS傳感器在智慧工業時代的應用

一、MEMS簡介 MEMS的全稱是微型電子機械系統(Micro Electromechanical System)，利用半導體制造工藝和材料，將傳感器、執行器、機械機構、信號處理和控制電路等集成于一體的微型器件或系統，其內部結構一般在微米甚至納米量級。MEMS主要包含兩個部分：傳感器和執行器。 與傳統的機械傳感器相比，MEMS傳感器具有體積小、集成化、智能化、低成本等優點，可以滿足物聯網時代對于傳感器的要求。 二、MEMS傳感器分類及廠家和應用 MEMS 傳感器種類很多，也有多種分類方法。按其工作原理，大致可分為MEMS物理、化學和生物傳感器，其中每一種MEMS傳感器又可分為很多種小類，不同的MEMS 傳感器可以測量不同的量，實現不同的功能。 ? ? 三、MEMS 行業發展歷程與3次產業浪潮 MEMS 起源可追溯至 20 世紀 50 年代，硅的壓阻效應被發現后，學者們開始了對硅傳感器的研究。然而，MEMS 產業真正發展始于 20 世紀 80 年代，前后經歷了 3 次產業化浪潮。 20 世紀 80 年代至 90 年代：1983 年 Honeywell 利用大型刻蝕硅片結構和背蝕刻膜片制作了集成壓力傳感器，將機械結構與電路集成在一個芯片內。80 年代末至 90 年代，汽車行業的快速發展，汽車電子應用如安全氣囊、制動壓力、輪胎壓力監測系統等需求增長，巨大利潤空間驅使歐洲、日本和美國的企業大量生產 MEMS，推動了 MEMS 行業發展的第一次浪潮。

20 世紀 90 年代末至 21 世紀初：本階段早期，噴墨打印頭和微光學器件的巨大需求促進了 MEMS 行業的發展。而 2007 年后，消費電子產品對 MEMS 的強勁需求，手機、小家電、電子游戲、遠程控制、移動互聯網設備等消費電子產品要求體積更小且功耗更低的 MEMS 相關器件，對 MEMS 產品需求更大，掀起了 MEMS 行業發展的第二次產業化浪潮，并將持續推動 MEMS 行業向前發展。 2010 年至今：產品應用的擴展，使 MEMS 行業呈現新的趨勢。MEMS 產品逐步應用于物聯網、可穿戴設備等新領域，應用場景日益豐富，正漸漸覆蓋人類生活的各個維度。此外，MEMS 是當前移動終端創新的方向，新的設備形態（如可穿戴設備）需要更加微型化的器件和更為便捷的交互方式。 然而，物聯網、可穿戴設備應用助推 MEMS 第三次產業化浪潮的同時，行業仍然面臨來自產品規格、功率消耗、產品整合以及成本等方面的壓力，MEMS 產品及相關技術亟待持續改進，以滿足更小、更低能耗、更高性能的需求。 四、國產傳感器企業的主要布局區域 長三角區域 ?以上海、無錫、南京為中心。 ?逐漸形成包括熱敏、磁敏、圖像、稱重、光電、溫度、氣敏等較為完備的傳感器生產體系及產業配套。 珠三角區域 ?以深圳中心城市為主。 ?由附近中小城市的外資企業組成以熱敏、磁敏、超聲波、稱重為主的傳感器產業體系。 東北地區 ?以沈陽、長春、哈爾濱為主。 ?主要生產MEMS力敏傳感器、氣敏傳感器、濕敏傳感器。 京津區域 ?主要以高校為主。 ?從事新型傳感器的研發，在某些領域填補國內空白。北京已建立微米/納米國家重點實驗室。 中部地區 ?以鄭州、武漢、太原為主。 ?產學研緊密結合的模式，在PTC/NTC熱敏電阻、感應式數字液位傳感器和氣體傳感器等產業方面發展態勢良好。 五、MEMS產業鏈流程 MEMS是多學科交叉的復雜系統，整個產業鏈涉及設計、制造、封裝測試、軟件及應用方案環節。
MEMS產業鏈流程 六、全球MEMS產業鏈最有前景的應用領域和市場（2023年） 據Yole的預計，2022-2028年MEMS終端市場將以5%的年復合增長率增長。其中，消費領域是最大的MEMS應用市場，約占全球 MEMS 收入的 60%，到2028年約有94億美元的市場。其次是汽車，汽車對MEMS的需求將從2022年的27億美元上升到41億美元。剩下的應用市場還有工業領域、醫療、電信、國防與航空航天等，得益于5G網絡的普及，通信領域MEMS器件年增長達率到28%，為各領域最高，國防與航天航空和汽車分別以8%和7%排名第二和第三增長最快速的MEMS賽道。

從MEMS器件方面來看，Yole預計，整體MEMS器件市場在2022年至2028年將以5%的年復合增長率增長，到2028年全球MEMS器件市場空間將達到200億美元。在這其中，射頻MEMS器件占大頭，到2028年射頻MEMS器件大約有41.3億美元的市場空間，IMUs（慣性測量單元）約25.56億美元，壓力MEMS器件大約是24.9億美元，加速度計約17.54億美元，MEMS麥克風約是14.36億美元，然后是噴墨頭、光學、微型測輻射熱儀、陀螺儀、微流體等等。

七、全球MEMS產業鏈廠家細分（超200家企業&機構） 全球MEMS傳感器產業鏈條主要集中在北美、歐洲、日本地區，其中美國、德國、日本三國占據全球傳感器產業鏈主導地位。 從上游到下游，全球MEMS傳感器產業鏈可分為研究與開發→設計→制造→封裝→測試→軟件→芯片→系統/應用等環節。 ? 八、MEMS傳感器細分應用介紹 MEMS傳感器種類繁多，主要的MEMS傳感器包括運動傳感器、壓力、麥克風、環境、光傳感器等。其中運動傳感器可分為陀螺儀、加速度計、磁力計， 1、MEMS運動傳感器 MEMS運動傳感器主要有加速度計、陀螺儀、磁力計三大類，加速度計和陀螺儀可以集成為六軸慣性傳感器；磁力計和加速度計集成為電子羅盤（e-compass），加速度計、陀螺儀和磁力計可集成為9軸傳感器。 MEMS陀螺儀是通過陀螺儀的核心原理科里奧利力測角速度的；MEMS加速度計可以感知任意方向上的加速度。MEMS磁力計通過測試磁場強度和方向可以定位設備的方位。

2、MEMS麥克風 MEMS麥克風在消費電子、汽車、醫療等領域廣泛的應用。目前幾乎每部智能手機至少使用一個MEMS麥克風，高端的智能手機甚至使用三個麥克風，分別用于語音采集、噪音消除、改善語音識別，而iPhone 6S已經采用了4個MEMS麥克風。在物聯網的時代，大量的物聯網設備也將使用MEMS麥克風。蘋果iPhone 5S和5C采用兩顆樓氏電子（Knowles）、一顆是瑞聲科技（AAC）的MEMS麥克風。 3、MSME壓力傳感器 壓力傳感器主要用于檢測壓力，根據量程范圍可分為低壓、中壓、高壓壓力傳感器。MEMS壓力傳感器則屬于低壓傳感器，主要檢測原理有硅電容式和硅壓阻式。 汽車和醫療是MEMS壓力傳感器最大的應用領域。與MEMS慣性傳感器相比，目前MEMS壓力傳感器在消費電子與移動領域的應用不是特別廣泛，主要包括潛水與運動手表、計步器和徒步高度計，部分應用于飲水機、洗衣機、太陽能熱水器等家電產品充當水位傳感器。未來智能手機、平板電腦可能集成MEMS壓力傳感器用以檢測大氣壓，或充當高度計以支持室內定位服務。 4、MEMS環境傳感器 MEMS濕度傳感器在工業控制、氣象、農業、礦山檢測等行業中得到了廣泛的應用。MEMS氣體傳感器主要用于檢測目標氣體的成分、濃度等。 5、MEMS生物傳感器 MEMS生物傳感器目前處于發展初期。MEMS生物傳感器是利用生物分子探測生物反應信息的器件，被列為新世紀五大醫學檢驗技術之一，是現代生物技術與微電子學、化學等多學科交叉結合的產物。未來MEMS生物傳感器在醫學、食品工業、環境監測等領域具有廣闊發展空間。 九、MEMS代工產業 目前提供MEMS代工的IDM廠商主要有意法半導體、索尼、德州儀器等；臺積電目前是全球最大的獨立的MEMS代工廠，全球領先的純MEMS代工廠還有Silex Microsystems、Teledyne DALSA、Asia Paci?c Microsystems、X-FAB 、Innovative Micro Technology等,國內的中芯國際、華宏宏利、上海先進半導體也有生產MEMS的能力。 與傳統集成電路產業類似，從 MEMS 產業價值鏈來看，根據行業內企業提供的產品或服務，可以分為設計、制造和封測三個環節。其中，MEMS 制造行業屬于 MEMS 行業的一個環節，處于產業鏈的中游。該行業根據設計環節的需求開發各類 MEMS 芯片的工藝制程并實現規模生產，兼具資金密集型、技術密集型和智力密集型的特征，對企業資金實力、研發投入、技術積累等均提出了極高要求。

目前市場中，一方面 IDM 企業受到來自升級產業線以及降低成本維持利潤的雙重壓力，市場中已出現 IDM 企業將制造環節外包的情況；另一方面，MEMS產品應用的爆發式增長需要不同領域、不同行業的新興 MEMS 公司參與其中，但巨額的工廠建設投入、運維成本以及 MEMS 工藝開發、集成的復雜性卻形成了較高的行業門檻，阻礙了市場的持續擴張。 在此背景下，純 MEMS 代工廠與 MEMS 產品設計公司合作開發產品的商業模式將成為未來行業業務模式的主流。類似于傳統集成電路行業發展趨勢，MEMS 產業將逐步走向設計與制造分立、制造環節外包的模式。 ? MEMS 制造主要指 MEMS 芯片制造，行業內主要經營模式包括兩類，一類是依靠自有生產線進行生產，另一類則是外包給 MEMS 代工廠進行生產。行業內提供 MEMS 制造代工服務的企業，從芯片類型和產業價值鏈來看，主要分為三類，即純 MEMS 代工、IDM 企業代工以及傳統集成電路 MEMS 代工。 ? 1、純 MEMS 代工 純 MEMS 代工企業不提供任何設計服務，企業根據客戶提供的 MEMS 芯片設計方案，進行工藝制程開發以及代工生產服務。代表企業有公司、TeledyneDalsa、IMT 等。 2、IDM 企業代工 IDM 企業即垂直整合器件制造商，該類廠商除了進行集成電路設計之外，一般還擁有自有的封裝廠和測試廠，其業務范圍涵蓋集成電路的設計、制造、封裝和測試所有環節。由于晶圓制造、封裝和測試的生產線建設均需要巨額資金投入，因此 IDM 模式對企業的研發力量、資金實力和市場影響力都有極高的要求。在滿足自身晶圓制造需求后，IDM 企業會將剩余的產能外包出去，提供 MEMS代工服務。采用 IDM 代工模式的企業均為全球芯片行業巨頭，主要代表為博世（Bosch）、意法半導體（STMicro）、德州儀器（TI）等企業。 3、傳統集成電路 MEMS 代工 傳統集成電路（主要為 CMOS）代工企業以原有的 CMOS 產線為基礎，嵌套部分特殊的生產 MEMS 工藝技術，將舊產線轉化為 MEMS 代工線。由于批量生產能力突出，傳統集成電路企業往往會集中向出貨量較高的消費電子領域的MEMS 產品提供代工，該類代工企業以臺積電（TSMC）、Global Foundries 等為代表。 歷史發展過程中，由于 MEMS 產品在材料、加工、制造工序等單個產品差異較大，器件標準化程度較低，影響了產業垂直分工的發展，行業以 IDM 企業為主導。近年來，隨著 MEMS 技術的發展和市場需求的逐漸興起，MEMS 標準化的程度大大發展，平臺化基礎正在形成，越來越多的 MEMS 產品的產業鏈垂直分工條件日趨成熟。

十、MEMS封裝測試 目前具備MEMS封裝測試能力的國際廠商主要有日月光、安靠、矽品、力成科技等，國內有華天科技、長電科技、晶方科技等廠商。盡管國內的MEMS前端制造還落后于國際大廠，由于國內的封裝技術起步較早，國內MEMS產業鏈后端封裝較為完善。 封裝技術與IC封裝有著諸多不同，對企業的要求很高。眾所周知，MEMS器件價格下降非常之快，目前部分MEMS器件中封裝成本甚至占到總價格的40%到60%。如何做到低成本封裝是封測廠商面臨的巨大挑戰。 十一、全球&中國MEMS傳感器廠商營收排行（2023年） 從全球MEMS傳感器產業鏈看，博世以19.45億美元（約142.31億人民幣）的營收穩居第一，博通以13.3億美元（約97.31億人民幣）占據第二，兩者遙遙領先其他MEMS傳感器廠商。相關信息參看《最新全球MEMS廠商TOP 30排名出爐！》 中國廠商MEMS業務營收相比全球巨頭仍有一定差距，總共有6家中國MEMS企業進入全球TOP 30，歌爾微電子（Goermicro）MEMS業務營收約4.11億美元（30.07億人民幣），還有瑞聲科技（AAC，排名23）1.82億美元（13.32億人民幣），賽微電子全資子公司Silex Microsystems（排名26）1.12億美元（8.19億人民幣），臺積電（TSMC，排名27）1億美元（7.32億人民幣），?？低?/u>（Hikvision，排名29）7700萬美元（5.63億人民幣），睿創微納（Iray，排名30）7700萬美元（5.63億人民幣）。