Micro-electro-mechanical systems (MEMS) sensors

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感測器作為資訊時代的感知層，是海量資料的接收和傳遞資訊的入口，是萬物互聯的重要基礎。有分析認為，未來幾年感測器，特別是MEMS(微電子機械系統)產品，將是半導體市場上最有前景的技術。

近年來，全球感測器市場一直保持快速增長，並收到了很多下游新興應用的新增需求(消費電子、汽車電子、工業電子和醫療電子)拉動。與此同時，在中國製造2025等政策的號召下，其智慧感測器產業生態圈，也在穩步向中高階升級。

本期的智慧內參，我們推薦來自廣證恆生的智慧感測器行業報告，介紹感測器的技術演變、細分行業的比例，以及四大下游新興需求點。

以下為智慧內參整理呈現的乾貨：

進擊的感測器：智慧化整合化微型化

*感測器技術的發展歷程

感測器的發展歷程的可大致分為三代：

第一代是結構型感測器，它利用結構參量變化來感受和轉化訊號。

第二代是上 70 年代發展起來的固體型感測器，這種感測器由半導體、電介質、磁性材料等固體元件構成，是利用材料某些特性製成。

第三代感測器是2000年開始，逐漸發展的智慧型感測器。

*國內2011年以來感測器行業相關政策

自 2011 年中國他們國家推出《物聯網「十二五」發展規劃》以來，智慧感測器產業的發展迎來一波利好。根據中國信通院最新的資料統計，2015年智慧感測器就已取代傳統感測器，成為市場主流(佔70%)，2016年全球智慧感測器市場規模達258億美元(1710億人民幣)，預計2019年將達到378.5億美元，年均符合增長率13.6%。

此外，美洲地區佔據了全球市場的最大比例(2015年佔45%，預計該優勢將保持到2022年)；亞太地區(中國、日本、韓國、印度、澳洲)位居第二(23%)，但在汽車和消費電子領域等下游產業的帶動下成長最快。

*智慧感測器基本原理結構圖

智慧感測器至今科學界尚無規範化的統一定義，簡單概括，智慧感測器帶有微處理機，具有采集、處理、交換資訊的能力，是感測器整合化與微處理機相結合的產物。

由於微處理器充分發揮各種軟體的功能，可以完成硬體難以完成的任務，從而大大降低了感測器製造的難度，提高感測器的效能，降低成本。

*感測器是物聯網的感知層

在當今這個資訊化的時代，感測器諸多的應用場景需要更加快速地獲得更精準更全面的資訊。以物聯網為例，感測器位於最關鍵的感知層，不僅像傳統感測器一樣作為接收和傳遞資訊的入口，更需要分析、處理、記憶、儲存海量資料的這些功能。

而智慧感測器則可以充分滿足這些要求，其具體優勢功能包括自補償與自診斷功能、資訊儲存與記憶功能、自學習與自適應功能、數字輸出功能。

*不同標準下分類的智慧感測器

智慧感測器的種類繁多，按照實現智慧化的方式，可以分為三類：非整合式智慧感測器、混合式智慧感測器和整合化智慧感測器。這三類感測器的技術難度依次增加，整合化的程度越高，感測器智慧化的程度就越高。

1、非整合式智慧感測器

*非整合化智慧感測器原理框圖

此類感測器是在傳統感測器後經訊號處理電路及有資料匯流排介面的微處理器而構成，整合度較低，技術壁壘低，不適用於微型化產品領域，不屬於新型智慧感測器。

2、混合式智慧感測器

*混合實現智慧感測器原理框架圖

該方法即根據需求，將系統各整合化環節(敏感元件、訊號調理電路、數位匯流排介面)以不同組合方式整合在不同的晶片上，封裝在一個外殼內，是智慧感測器的主要種類，被廣泛應用。

3、整合化智慧感測器

*整合化智慧感測器原理框圖

即利用微機械加工技術(MEMS)和大規模積體電路(IC)工藝技術，利用矽作為基本材料製作敏感元件、訊號調理電路、微處理單元，並將它們整合在一塊晶片上。這類感測器具有多功能、一體化、精度高、適宜於大批量生產、體積小和便於使用等優點，是智慧感測器繼續發展的方向。

MEMS感測器是目前智慧化程度最高的感測器。MEMS技術是在傳統半導體材料和技術基礎上，微米操作範圍內，將在一個矽片基礎上將感測器、機械元件、致動器與電子元件結合在一起的技術，是目前前沿微型感測器的主流方案。

*2016全球智慧感測器各產品佔比(單位：%)

智慧感測器產品種類繁多，技術複雜，沒有完全相同的標準。這樣的產品特點意味著研發投入過大的話，單一型別產品的產量一旦不能擴大就會導致虧損。

全球市場的眾多產品中，CMOS影像感測器市佔率最高，佔據全球近 45%的市場比重，其次是指紋感測器、壓力感測器、射頻辨識感測器，三者市佔率均為9%。

行業現狀：產業鏈長技術壁壘高

根據中國高階晶片聯盟和中國信通院釋出關於智慧感測器的產業地圖，產業鏈具體包括研發、設計、製造、封裝、測試、軟體、晶片及解決方案、系統/應用這八個環節，各環節的技術壁壘高。

在工藝和技術層面上，智慧感測器的設計、製造、封裝以及測試這四個關鍵環節，和半導體積體電路行業的對應環節，都有許多相似之處，擁有IC經驗的企業具有先天優勢，紛紛切入感測器領域。

智慧感測器的設計、製造、封裝和測試環節的市場規模還未有詳盡的分環節統計，基於二者的產業相似性，智慧感測器設計環節市場空間最大，封裝環節將成為其市場空間成長最快的環節。

儘管他們的國內整體技術水準，與國際頂尖技術還存在一定的差距，但是切入細分領域較早的技術型公司的自主研發能力，經過多年的累積，已經可以與國際媲美，培養穩定的客戶群，部分產品甚至實現了出口。

*2016年全球MEMS感測器公司營收前三十排行榜

下游新興應用塑造新爆點

智慧感測器的重點下游應用領域分別是消費電子、汽車電子、工業電子和醫療電子，其相應的市佔率依次遞減。綜合市場規模的大小以，及成長速度兩方面考慮，廣證恆生認為發展較快的新興應用，如指紋辨識和智慧駕駛，將成為智慧感測器市場成長的主要動力，初步發展的新興應用如智慧機器人和智慧醫療器械，將有一番高成長。

*2016-2019年全球四大應用領域的智慧感測器市場規模(單位：百萬美元)

消費電子：指紋識別需求擴增

*指紋感測器的主要型別及國際生產商

在消費電子的細分領域中，指紋感測器(包括光學指紋感測器、電容式指紋感測器、熱敏式指紋感測器和超聲波指紋感測器等)市場規模增長速度最快。

根據中國信通院的資料，預計2016年-2019年的年均複合成長率達到14.84%，他們的國內市場規模2017年將超31億元，全球市場規模2022年有望達到47億美元。

汽車電子：車載智慧提出高要求

*汽車各系統中的常見智慧感測器

汽車感測器大多處於非常惡劣的執行環境中，感測器必須要有高穩定、抗環境干擾和自適應、自補償調整的能力。同時為了保證電子元器件和模組能實現大規模生產，成本也需要降低。

新型智慧感測器能從技術和成本上兩方面滿足上述需求。智慧感測器在汽車領域的應用已經非常廣泛，如汽車動力系統、安全行駛系統、車身系統。

*無人駕駛汽車上的感測器系統

隨著無人駕駛的技術越來越成熟，智慧感測器不再侷限於傳統汽車市場，而走向了智慧汽車市場。實現環境感知的感測器有攝像頭(長距攝像頭、環繞攝像頭和立體攝像頭)和雷達(超聲波雷達、毫米波雷達、鐳射雷達)。目前，國內外公司採用兩類方案實現無人駕駛：一種是攝像頭+毫米波雷達方案(特斯拉公司)，另一種是鐳射雷達方案(谷歌和百度公司)。

*2005年-2030年全球應用ADAS系統的感測器模組市場規模(單位：百萬美元 )

全球智慧駕駛汽車中的感測器模組市場規模在2015年達到26億美元;Yole Development 預測，2017年市場規模將超過50 億美元，2030年360億美元。

從感測器的型別來看，超聲波感測器、360 度全景攝像頭以及前置攝像頭將一直是市場主流的感測器，2030年預計市場規模分別達到 120 億美元、87 億美元、69 億美元;雷達從2015年開始應用於無人駕駛領域，技術壁壘較高，未來13年內開始“從零到一”的爆發式增長，到2030年達到129億美元，其中遠距雷達79億美元，短距雷達50億美元。

工業電子：機器的崛起

*2015年和2021年無人機和機器人在細分領域中的營收佔比(單位：% )

近幾年來，機器人制造技術越來越成熟，商業程序加快，其核心器件智慧感測器的市場空間也在不斷擴大。根據Yole Development資料，2015年到2021年，機器人市場規模將從270億美元增長到460億美元，年均複合增長率9.4%。在所有型別的機器人中，應用於國防、工業、消費領域的機器人種類最多，相應領域營收佔比也是最高的三項。

醫療電子：進口替代空間大

*2008年-2016年全國醫療器械市場規模(單位：億元 )

在醫療器械行業帶動下，智慧感測器的需求將會擴大。按照應用形式分類，醫療感測器可分為四類：植入式感測器、體外感測器、暫時植入體腔式感測器、用於外部裝置的感測器。根據市場研究公司 Grand View Research 一份新的資料分析報告，2015年全球醫療感測器市場規模達到了 98 億美元，預計到 2024 年市場規模可增至185億美元。

現在，我國在此領域的佈局很少，大部分依賴進口，處於起步階段，但是未來隨著技術不斷成熟，市場將迎來爆發式增長。

智東西認為，智慧感測器是技術演進的結果，同時滿足了萬物互聯對感知層提出的要求，預計將隨著智慧消費電子裝置、(工業)物聯網、車聯網/自動駕駛、智慧城市、智慧醫療等新興理念迎來快速增長。

從行業的角度來看，智慧感測器的技術壁壘較高，細分環節多而分散，是有利於中小企業發展的，加上半導體、積體電路相關的利好政策頻頻推出加速產研結合，資金充足的條件下，暫時落後的智慧感測器自主產業有望崛起，進行中高階升級，把握新興應用市場。

附：智慧感測器產業鏈八大環節的代表機構及公司