MEMS是Micro Electro Mechanical System的縮寫，簡稱微機電系統(tǒng)，是按功能要求在芯片上把微電路和微機械集成于一體的系統(tǒng)。MEMS基于光刻、腐蝕等傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)，融入超精密機械加工，并結(jié)合力學(xué)、化學(xué)、光學(xué)等學(xué)科知識和技術(shù)基礎(chǔ)，使得一個毫米或微米級的MEMS具備精確而完整的機械、化學(xué)、光學(xué)等特性結(jié)構(gòu)。MEMS產(chǎn)品主要可以分為MEMS傳感器和MEMS執(zhí)行器，其中傳感器是用于探測和檢測物理、化學(xué)、生物等現(xiàn)象和信號的器件，而執(zhí)行器是用于實現(xiàn)機械運動、力和扭矩等行為的器件。
圖1 MEMS傳感器及局部顯微放大 
資料來源：Vesper 圖2 MEMS傳感器工作原理 
資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院
圖3 MEMS傳感器分類
資料來源：賽迪顧問
MEMS傳感器是采用微電子和微機械技工技術(shù)工藝制造出來的微型傳感器，種類繁多，是使用最廣泛的MEMS產(chǎn)品，通過微傳感元件和傳輸單元把輸入的信號轉(zhuǎn)換并導(dǎo)出另一種可監(jiān)測信號。與傳統(tǒng)工藝制造的傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實現(xiàn)智能化的特點。
MEMS傳感器應(yīng)用領(lǐng)域廣泛 作為獲取信息和實現(xiàn)交互的關(guān)鍵器件，MEMS對機械系統(tǒng)的微型化起著重要的推動作用。MEMS傳感器已在汽車電子、消費電子、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。消費電子和汽車為目前MEMS最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。從2019年全球MEMS市場結(jié)構(gòu)來看，消費電子為主要應(yīng)用領(lǐng)域，占比接近60%；汽車為第二大應(yīng)用領(lǐng)域，占比約19%。從2019年中國MEMS市場結(jié)構(gòu)來看，網(wǎng)絡(luò)與通信、計算機、消費電子合計占比50%，汽車領(lǐng)域占比29%。隨著新能源車滲透率進一步提升與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在2019年，網(wǎng)絡(luò)與通信、汽車電子占據(jù)MEMS市場應(yīng)用半數(shù)以上的份額，隨著5G、智能網(wǎng)聯(lián)的落地，MEMS的滲透率將繼續(xù)提升，上述領(lǐng)域的市場空間有望進一步打開。
圖4 2019年全球MEMS市場結(jié)構(gòu) 
資料來源：Yole Development，國泰君安證券研究 圖5 2019年中國MEMS市場結(jié)構(gòu) 
資料來源：Yole Development，國泰君安證券研究 MEMS傳感器發(fā)展歷程 [敏感詞]階段是從1990年到2000年，汽車的電子設(shè)備以及應(yīng)用逐漸增多推動MEMS傳感器應(yīng)用落地，例如：安全氣囊、制動壓力、輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)等。對這些需求的增長，使得歐洲、日本和美國的企業(yè)開始研發(fā)并且大量生產(chǎn)汽車周邊所用的MEMS傳感器產(chǎn)品；
第二階段是從2000年到2010年，驅(qū)動力為消費電子的快速發(fā)展。消費電子產(chǎn)品如手機、平板電腦、筆記本電腦等要求MEMS傳感器產(chǎn)品有更小的體積和更低的能耗表現(xiàn)；
第三階段是從2010年到2020年，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，使得MEMS傳感器行業(yè)擁有了巨大的發(fā)展空間。除了智能手機、平板電腦等消費電子之外，MEMS傳感器將會在AR/VR、智能手表、智能駕駛、智慧物流、智慧醫(yī)療等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
第四階段是從2020年起，隨著自動駕駛、5G發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)普及，MEMS的發(fā)展空間被進一步拓展，通過提高MEMS傳感器產(chǎn)品各項性能，以滿足更小、更低能耗、更高性能的需求。
圖6 MEMS傳感器的發(fā)展階段
資料來源：愛集微，國泰君安證券研究
行業(yè)剛剛步入成長期
從市場規(guī)模來看，據(jù)Yole統(tǒng)計及預(yù)測，2019年全球MEMS市場規(guī)模為115億美元，COVID-19導(dǎo)致2020年市場增速放緩，從2021年起市場將恢復(fù)增長，預(yù)計到2025年市場將達到近177億美元，2019-2025年的復(fù)合年增長率為7.4％。在中國消費電子、汽車電子以及工業(yè)快速發(fā)展的背景下，中國是過去5年MEMS市場規(guī)模增長最快的國家，也是全球[敏感詞]的電子產(chǎn)品生產(chǎn)國。手機以及平板對MEMS產(chǎn)品需求非常大，中國的手機出貨量為全球[敏感詞]，手機產(chǎn)業(yè)所需的光傳感器、運動傳感器等MEMS傳感器供應(yīng)商已經(jīng)將中國視為最重要的市場。根據(jù)賽迪智庫的統(tǒng)計，2019年中國市場規(guī)模約600億元，占全球市場比例約54%；國內(nèi)市場增速持續(xù)高于全球，預(yù)計2022年中國MEMS市場規(guī)模將超過1000億元人民幣。
圖7 全球MEMS市場規(guī)模增速加快 
資料來源：Yole Development，賽迪顧問，國泰君安證券研究 圖8 中國是過去5年MEMS市場規(guī)模增長最快的國家 
資料來源：賽迪顧問，國泰君安證券研究 從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上看，目前全球排名前五的MEMS傳感器細分領(lǐng)域為射頻、壓力、麥克風(fēng)、加速計和陀螺儀，占比接近65%；中國市場的這一排序為射頻、壓力、麥克風(fēng)、慣性和加速度計，與全球市場相似。根據(jù)Yole預(yù)測，2024年市場規(guī)模在10億美元以上的MEMS傳感器細分領(lǐng)域包括射頻、慣性組合、超聲指紋、壓力、麥克風(fēng)和噴墨打印。
圖9 2019年全球MEMS市場結(jié)構(gòu)（按器件類型） 
資料來源：Yole Development，國泰君安證券研究 圖10 2018-2024年MEMS產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模與復(fù)合增速 
資料來源：Yole Development，國泰君安證券研究
圖11 不同領(lǐng)域MEMS市場規(guī)模及預(yù)測（億美元）
資料來源：Yole Development，國泰君安證券研究
從應(yīng)用終端來看，根據(jù)Yole的預(yù)測，在物聯(lián)網(wǎng)和手機5G換機的驅(qū)動下，全球消費級MEMS市場規(guī)模有望從2019年的68.7億美元增長至2025年的111.4億美元；在智能汽車滲透率提升的帶動下，汽車MEMS市場規(guī)模有望從2019年的21.8億美元增長至2025年的26億美元，期間的CAGR為3%。另外，工業(yè)、醫(yī)療、通信、[敏感詞]、航空領(lǐng)域的市場需求也在提升。
從技術(shù)成熟度角度來看，國內(nèi)MEMS技術(shù)發(fā)展目前尚處于起步階段。在產(chǎn)品研發(fā)方面，我國雖然申請專利數(shù)量在世界上排名第三，但是專利質(zhì)量較差，核心專利較少；而且，申請專利的單位主要以高校和研究所為主，產(chǎn)業(yè)化程度低，仍需要成果轉(zhuǎn)化。在封裝制造方面，國內(nèi)缺少代工經(jīng)驗，國內(nèi)代工企業(yè)制造出來的MEMS傳感器可靠性和良品率不能完全達到規(guī)?；a(chǎn)的要求，距離市場應(yīng)用仍有一定差距。在企業(yè)規(guī)模方面，國內(nèi)大部分企業(yè)為中小型企業(yè)，資金不足、吸引人才能力差，導(dǎo)致科研能力較弱，且與高校和研究所合作的通道難以打開。
從經(jīng)營規(guī)模和利潤水平來看，國內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)和國外龍頭企業(yè)仍然有明顯的差距。國際龍頭公司博通于2019年實現(xiàn)營業(yè)收入225.97億美元，對應(yīng)銷售毛利率為55.2%。意法半導(dǎo)體公司2019年營業(yè)收入154.16億美元，毛利率為38.7%；德州儀器2019年營業(yè)收入143.83億美元，近幾年毛利率一直為50%多，甚至60%以上。反觀國內(nèi)企業(yè)，國內(nèi)排名[敏感詞]的企業(yè)歌爾股份2019年營業(yè)收入大概50.68億美元，毛利率僅為15.43%。國內(nèi)企業(yè)與國外巨頭對比，營收規(guī)模和盈利能力仍有較大差距。
圖12 部分MEMS上市公司歷史毛利率（%） 
資料來源：Wind，國泰君安證券研究 從競爭者數(shù)量來看，由于MEMS傳感器類型較多，生產(chǎn)廠商眾多。2019年中國MEMS市場主要以外國廠商為主，博通和博世并駕齊驅(qū)，其他主要競爭者包括意法半導(dǎo)體、德州儀器、Qorvo等。美國廠商占比超過半數(shù)，歐美、日本廠商在MEMS主要的芯片和微機電制造領(lǐng)域相對發(fā)達。國內(nèi)的競爭者也有不俗表現(xiàn)，歌爾股份在2019年首次躋身全球MEMS廠商前十，瑞聲科技排名22；代工廠領(lǐng)域，賽微電子控股公司Silex排名[敏感詞]。總體來看，國際競爭者優(yōu)勢明顯，但國內(nèi)企業(yè)新秀在加速追趕。
圖13 國內(nèi)MEMS傳感器行業(yè)剛剛步入成長期 
資料來源：國泰君安證券研究 綜上對市場規(guī)模、技術(shù)成熟度、企業(yè)經(jīng)營狀況、競爭者數(shù)量等方面的分析，我們判斷，國內(nèi)MEMS傳感器行業(yè)的國產(chǎn)替代尚處于成長初期，MEMS國產(chǎn)企業(yè)正在加快追趕行業(yè)巨頭。隨著物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車、5G技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)將保持繼續(xù)增長，國產(chǎn)替代步伐有望加速。
國產(chǎn)MEMS廠商發(fā)展空間大
1.國家政策大力支持MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展 MEMS傳感器在現(xiàn)代化科技，例如物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、智能物流等方面起著非常重要的作用。中國是全球MEMS傳感器[敏感詞]的市場，中國MEMS傳感器市場不管是從規(guī)模還是重要程度都是值得關(guān)注的一個市場。國家傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策環(huán)境持續(xù)優(yōu)化，隨著“制造強國戰(zhàn)略”、“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃的大力推進，傳感器技術(shù)及傳感器產(chǎn)業(yè)的重要性將日益凸顯，可以預(yù)見，未來傳感器技術(shù)將是我國科技發(fā)展的重中之重。
表1 國家發(fā)布的部分MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)政策 
資料來源：國務(wù)院，國家發(fā)改委，工業(yè)和信息化部，國泰君安證券研究 2.下游市場的需求促進MEMS產(chǎn)業(yè)市場持續(xù)增長 消費電子領(lǐng)域是MEMS的[敏感詞]大市場，主要得益于智能手機、可穿戴設(shè)備和智能家居等領(lǐng)域市場的日益增長。中國作為全球[敏感詞]的電子產(chǎn)品生產(chǎn)基地，消耗了全球近一半的MEMS器件。中國MEMS消費電子類產(chǎn)品，例如智能手機、平板電腦等銷量的持續(xù)增長，帶動了加速傳感器、麥克風(fēng)等MEMS行業(yè)的增長。此外，隨著智能駕駛和新能源汽車的發(fā)展，汽車電子領(lǐng)域MEMS市場快速增長，2019年市場份額達到17.8%，位居第二。
政府大力支持5G領(lǐng)域，中國已經(jīng)形成了充滿活力的5G產(chǎn)業(yè)市場。投資者對5G市場充滿信心和希望，為5G的推廣應(yīng)用提供了廣闊的發(fā)展空間。5G是萬物互聯(lián)的基礎(chǔ)，也推動萬物互聯(lián)加速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)成為所有行業(yè)期待的下一個“風(fēng)口”，全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。中國物聯(lián)網(wǎng)市場增速領(lǐng)先全球，成為全球最活躍的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場，賽迪顧問預(yù)測，中國5G市場將持續(xù)高速增長。
圖14 中國2020-2025年中國5G投資預(yù)測 
資料來源：賽迪顧問，國泰君安證券研究 在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，市場正推動著MEMS傳感器市場高速發(fā)展。MEMS傳感器在連接模擬與數(shù)字世界的過程中扮演著關(guān)鍵角色，其對周圍環(huán)境的感知和數(shù)據(jù)采集讓我們對各種設(shè)備和系統(tǒng)的正常運行有客觀而全面的了解。據(jù)全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會GSMA統(tǒng)計，全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量已從2010年的20億臺，增長到2019年的120億臺，未來受益于5G商用化和Wi-Fi6的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)市場潛力巨大。GSMA預(yù)測，到2025年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將達到246億臺，2019到2025年將保持12.7%的復(fù)合增長率。
圖15 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)快速增長（單位：十億） 
資料來源：GSMA，國泰君安證券研究 在醫(yī)療領(lǐng)域，COVID-19給整個世界帶來了巨大的災(zāi)難，但是這使得醫(yī)療MEMS傳感器市場大幅增長。不管是電子體溫計，還是診斷設(shè)備，或者是呼吸機，這些醫(yī)療設(shè)備都脫離不了MEMS傳感器，使得這些領(lǐng)域的市場規(guī)模飛速增長。Yole預(yù)測，醫(yī)療MEMS市場2020年會有10.6%的增長。此外，疫情增強了人們對于健康的重視程度，加速了醫(yī)療消費市場的發(fā)展，時時監(jiān)控身體指標的可穿戴醫(yī)療設(shè)備也迅速發(fā)展起來。由于疫情防控的原因，無接觸服務(wù)、機器人配送、機器人加工廠等需求的激增，間接地促進了MEMS產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。此外，人們對于自動化的習(xí)慣養(yǎng)成，導(dǎo)致即使疫情在未來的某一天結(jié)束，人們?nèi)匀灰蕾囉诨贛EMS的無人化、自動化服務(wù)，所以產(chǎn)業(yè)并不會縮水，而是會繼續(xù)保持增長。
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