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從概念到現狀,解讀MEMS產業的國產機遇

  TechSugar  2020-01-23 00:00:00   方雯
根據當下市場情況,現階段謹慎投資低端通用MEMS設計企業,關注高端RF濾波器、多傳感器集成等技術突破的標的項目。

本文來源:TechSugar。世界經理人經授權轉載

接著前幾天所整理的《國內半導體材料產業現狀及投資分析》,在同一天第四期品利芯視野投資分享會上,擁有15年半導體從業經歷,目前專注于半導體及相關領域行業研究投資的唐李明先生,做了一場題為《MEMS產業投資分析》演講,小編整理如下。

MEMS簡介

MEMS:微型電子機械系統是將傳統的半導體工藝、材料融入超精密機械加工。集微傳感器、微執行器、微機械結構、信號處理和控制電路、高性能電子集成器件、接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統。

MEMS按大類分有傳感器和執行器兩種。其中MEMS傳感器按工作原理,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傳感器可測量不同的量,實現不同的功能。

 從概念到現狀,解讀MEMS產業的國產機遇

MEMS擁有諸多優勢:

·     微型化:

體積小、重量輕、功耗低;

·      集成化:

可集成多個傳感器,降低系統的成本,提高可靠性和穩定性;

·      智能化:

可與微控制器集成,通過軟件和算法實現智能化功能;

·      材料化:

以硅為主要材料,有較好的電氣性能,并具有較高的強度和硬度;

·      可批量化:

基于集成電路制造工藝,可利用IC制造中的成熟技術和工藝進行大批量、低成本生產,具有較高性價比。

MEMS傳感器早已應用到人們生活的方方面面,如汽車、打印機、智能手機、醫療設備等。

MEMS發展

MEMS產業發展有三波浪潮,第一輪商業化浪潮始于20世紀80、90年代,MEMS壓力和慣性等傳感器開始在汽車商廣泛應用,第二輪浪潮的出現源于PC的興起及MEMS技術在投影儀和噴墨打印頭上大量使用,智能手機的流行進一步推動這波浪潮的快速發展。目前,全新的物聯網時代已開啟。

MEMS技術進步由設計、材料、工藝及封測技術共同推動:

材料及設計技術:MEMS產品設計包括系統、器件、電路及封裝設計,需要綜合多學科理論分析。材料方面除傳統的硅、壓電、石英等材料外,各種化合物材料、高溫超導材料、磁阻材料、鐵電材料、熱電材料等被應用于MEMS產品開發

制造工藝:有傳統硅基平面工藝向深反應離子刻蝕(DRIE)工藝,甚至微電火花加工、微電鑄、激光加工等非硅基加工工藝發展

封測技術:在傳統微電子封裝測試技術基礎上不斷開發出針對不同特性MEMS的專業封測技術。

當下MEMS技術已經從體微機械加工、表面微機械加工發展到SOI(Thick SOI、Thin SOI、Ca vity SOI),下一步發展將是3D集成、晶圓級及SIP封裝等技術的普遍應用。

MEMS驅動因素:

·     尺寸驅動:

需滿足消費電子應用需求,如智能手機、平板電腦及可穿戴設備

·      性能驅動:

高端應用需求,如航天航空

·      成本驅動:

終端設備大批量應用需求,如手機、汽車和物聯網

從概念到現狀,解讀MEMS產業的國產機遇

MEMS應用趨勢:

·     老產品新應用:

傳統的壓力傳感器、MEMS麥克風、加速度計及陀螺儀市場日趨成熟,產品價格加速下滑,但總量隨著新的終端產品應用不斷增加;

·      新領域新挑戰:

傳統汽車、智能手機、移動網絡等造就了MEMS的前兩波浪潮,接下來則進入5G、自動駕駛及IOT的時代,將帶來MEMS下一波浪潮;

·      老行業新需求:

新的MEMS產品如5G射頻元件BAW,輔助駕駛系統的微輻射熱測定儀、紅外線傳感器、環境MEMS等會快速增長;

·      新場景新產品:物聯網信息獲取的應用場景拓展將MEMS器件成為下一個風口。

MEMS市場趨勢:

·     消費電子及汽車類MEMS產品仍是未來幾年MEMS產品的核心市場;

·      智能手機市場放緩,但5G將推動射頻MEMS和MEMS振蕩器的快速增長,其中包括新基站部署和不斷增長的邊緣計算需求;

·      工業領域隨著智慧工廠及工廠自動化需求深化,市場空間不斷拓寬;

·      物聯網市場隨著應用場景落地逐步起量;

·      硅材料將被更多的微流控公司采用,以開發基于CMOS技術的生物芯片;

·      智能建筑和零售業將成為紅外傳感器市場繁榮的驅動力

中國是全球最大的汽車和手機市場,但是目前MEMS產品主要依賴于進口。

2018年全球MEMS市場規模約146億美元,其中中國國內需求規模約523億元,中國市場對于MEMS傳感器的需求增速遠高于全球MEMS市場增速,目前進口率達到60%以上,具有較大的國產替代空間。

對于MEMS市場,國際大廠在不同領域擁有壟斷地位,以博通、博世、ST為代表的國際MEMS廠商在汽車、消費電子及工業等不同領域占據先發優勢和主導地位。

MEMS市場產品結構

移動終端將是MEMS重要增長點,除了傳統的慣性傳感器、MEMS麥克風、壓力傳感器的普及和組合化趨勢外,氣壓傳感器、攝像頭光學防抖OIS陀螺儀滲透率也將快速提升。此外,不少新型MEMS傳感器有望在未來幾年內出現在移動終端上,例如MEMS振蕩器、開關、MEMS揚聲器、氣體傳感器、MEMS攝像頭、微投等。

可穿戴設備是MEMS新增長點,其對MEMS的需求將更甚于移動終端。自2016年以來,全球可穿戴設備出貨量與營收規模約以13%的年增長率保持平穩增長,其營收規模已經達到了近350億美元/年。

汽車電動化及智能網聯化需求也驅動著車用MEMS器件用量提升。在車用MEMS市場,全球前三大供應商市占率為33.62%(博世)、12.34%(森薩塔)、11.91%(恩智浦),合計57%.

物聯網時代的MEMS是信息獲取的關鍵節點。據YOLE統計,物聯網產生的MEMS增量市場在110億元,占市場總量約10%,預計2025年提升到20%,增量市場達340億元。

RF MEMS

如今,RF MEMS已超越壓力傳感器成為市場最大的MEMS器件。RF MEMS主要指射頻前端模組中用以濾波的RF濾波器,目前主要有SAW、BAW等器件。主要用在手機、平板電腦、可穿戴設備等移動終端。

2018年全球RF MEMS市場為23億美元,預計2023年達到150億美元,年復合增長率近34%。RF MEMS廣泛應用于3G、4G和下一代5G移動設備,用于·提升網絡信號和數據傳輸能力。在IOT和AI的應用中,更多數據需求,更高的傳輸速率,更小型智能化的發展趨勢,都促進了RF MEMS的市場爆發和后續高速增長。

市場格局方面:2015年Avago收購了博通,成立了新博通,占據了87%的BAW濾波器市場壟斷地位。這也使得博通的全球排名,從2015年的第四,一路超越Bosch、ST和TI,成為全球MEMS排名第一的企業。

MEMS麥克風

2018年,MEMS麥克風市場突破了10億美元,年出貨量接近45億顆。Amazon,Google,Apple,阿里巴巴的智能營銷陸續發布,國內更多產商加入戰局,推動了MEMS麥克風需求暴增。

MEMS麥克風市場排名前四分別為樓氏、歌爾、瑞聲和ST,市場的急速膨脹也給予了MEMS麥克風本土供應商搶占市場的機會,國內歌爾聲學、敏芯微電子、共達聲電全球市占率持續提高。

由于智能手機仍然供應了85%的出貨需求,手機市場的萎靡抵消了部分IOT新型應用市場對需求的刺激,預計未來5年MEMS麥克風市場總量保持4.3%的年增長率。

壓力傳感器

2018年壓力MEMS市場總額約16億美元,市場總量相對穩定,是第二大的MEMS品類。MEMS壓力傳感器應用市場中,汽車和消費電子為前兩大領域。MEMS壓力傳感器技術門檻相對較低,國內有較多企業參與,包括:敏芯微電子,北京青島元芯,無錫納微電子,深圳華美澳通,浙江盾安等。

MEMS產業鏈

投資分析

抓住國產替代機會

·     傳統得消費類和汽車類MEMS仍是市場主力,低成本及高附加值是現階段爭搶巨頭市場的不二法寶;

·      消費電子、汽車、物聯網等終端設備制造廠商向中國轉移,中國制造業對本土供應商的支持不斷加強;

·      選擇低風險發展路徑:

從存量市場規模較大的低端產品入手,逐步實現技術與市場積累,最終實現自主創新并切入高端MEMS產品;

投資建議:優選存量及預期增量市場巨大的MEMS產品研發類企業,有快速切入低端并逐步向高端升級迭代的能力。

抓住創新應用領域及技術創新機會

·     傳統MEMS產品仍占有較大市場份額,但增長放緩,新應用領域及技術升級的傳感器市場快速增長;

·      傳統應用領域的多功能組合傳感器、新應用領域的單項創新及系統集成都能實現價值提升;

·      跨領域發展、軟硬件結合及平臺化發展的能力和視野;

·      提前布局智能汽車和物聯網細分產品。

投資建議:選擇某一或多個細分領域具有技術先進性或創新能力的設計類企業,與寡頭企業實現差異化競爭。

模式選擇:MEMS產業以IDM模式為主,分工漸成趨勢

·     目前近70%的MEMS業務仍由IDM廠商把控,隨著批量化、標準化產品的市場體量增長,產業鏈走向分工將漸成趨勢;

·      由于MEMS器件對材料、制造工藝、封裝、測試要求獨特,分工仍需有對各環節的把控能力。

投資建議:重點關注細分領域的標準化產品設計公司,適當關注MEMS專業代工廠。

做好產品定位——專注及求全

·     MEMS種類多、應用場景差異化大決定了不同產品專業性及研發能力要求多樣性的特性;

·      基于5G、IOT等領域切片市場分散,標準化程度低,單一產品規模較小的特點,對純設計企業及代工企業提出了不同的要求。

設計企業要求產品更聚焦(專注)、代工及封測企業的工藝多樣化和兼容性要求更高(求全);

·      IDM模式企業注重發揮新產品研發便利性優勢,分工模式注重發揮通用產品設計生產效率及規模化優勢。

投資建議:現階段謹慎投資低端通用MEMS設計企業,關注高端RF濾波器、多傳感器集成等技術突破的標的項目,謹慎投資高端小眾類MEMS產品的設計企業。

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