通用速度传感芯片行业分析

通用速度传感芯片行业分析

磁传感器芯片行业概况（一）磁传感器芯片概况磁传感器芯片是指将磁场、电流、应力应变、温度、光等因素作用下引起敏感元件磁性能的变化转换成电信号，以此来检测相应物理量的一种器件，应用于磁传感器以及各类电子控制系统模组中。磁传感器与其他传感器相比，其主要优势为：①磁传感器可以在不接触物体的情况下检测其他参数，减少工作设备之间的摩擦损耗，具有较长的使用寿命；②与光学传感器相比，磁传感器承受灰尘、污垢、油脂、振动和湿气等复杂工况环境的能力更强，具有高可靠性；③磁传感器凭借着较长的使用寿命和高可靠性，与其他工作原理的传感器相比具有较高的产品性价比优势。磁传感器芯片按照技术可划分为霍尔效应（HallEffect）、磁阻效应（xMR）（包括各向异性磁阻效应（AMR）、巨磁阻效应（GMR）和隧道磁阻效应（TMR））。其中，霍尔效应是指当电流通过磁场中的霍尔元件时，磁场会对霍尔元件中的电子产生垂直于电子运动方向的作用力，使得在垂直导体与磁感线方向正负电荷聚集，形成霍尔电压，来探测目标的运动状态变化；磁阻效应是指通以电流的半导体材料的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。霍尔效应技术产品由于具备无触点、功耗小、结构牢固、寿命长等优点，已成为目前市场上最主要的产品，市场份额接近70%。磁阻技术产品具备高精度、高灵敏度、低功耗等特点，主要用于消费电子领域包括电脑硬盘磁盘的控制头、手机的地磁检测以及高精度小体积的电流检测应用。而在汽车电子领域，由于霍尔效应技术产品精度基本满足了汽车电子绝大部分的使用场景，其检测量程、可靠性和抗干扰能力等远强于其他技术路线，而在功耗方面作为车载使用不及消费电子敏感，在成本方面是各种磁传感方案中的最低选择，因此汽车磁传感器芯片产品在目前以及可预见的将来仍然以霍尔效应技术类型为主。根据不同类型功能的需求，磁传感器可分为速度传感器、位置传感器、电流传感器、电子罗盘等。速度传感器主要用于检测速度和方向，通过检测转动的部件产生的磁场强弱变化来测量速度和方向，主要用于汽车领域，包括凸轮轴、曲轴、变速箱和轮速（ABS防抱死制动系统）。位置传感器主要包括线性位置和开关位置类型，其中线性位置传感器主要用于感应线性或旋转运动，且传感器输出电压与外部磁场的强弱通常成线性关系，在汽车电子、工业领域中得到广泛应用；开关位置传感器通过外部磁场的强弱控制输出端的导通或关断，并可以配合速度、方向检测组合成解决方案，覆盖多种应用领域。电流传感器可以通过检测通电电流线周围产生的磁场，进而检测电流量，广泛应用于汽车、工业、消费等领域。电子罗盘是利用地磁场来定北极的一种方法，广泛应用于航空、航天、机器人、航海、车辆自主导航等领域。根据Yole的数据统计，目前，位置传感器（包括线性位置和开关位置等）应用场景最为广泛，在2021年应用规模最大，占磁传感器整体市场规模50%以上，预计未来五年年均复合增长率为9%；速度传感器和电流传感器的市场规模也将随着各类应用场景的增加，在未来五年保持一定增速。（二）磁传感器发展现状及趋势根据Yole的数据及预测，2016年磁传感器全球市场规模为16．40亿美元，2021年为26．00亿美元，预计2027年将达到45．00亿美元，复合年均增长率为9．61%。从下游应用来看，磁传感器主要应用在汽车电子、工业及消费等领域。在汽车电子领域，位置传感器、速度传感器等主要用于动力、车身、座舱、底盘和安全系统，以提升汽车的整体控制能力；在工业领域，基于工业4．0的快速发展，位置传感器和电流传感器等磁传感器被广泛用于智能机械设备中电机的控制优化，提高工业效率；在消费领域，伴随家居家电、可穿戴设备的智能化趋势及其他消费电子产品的快速迭代升级，磁传感器在消费家电领域的应用需求也在逐渐增加。从磁传感器产业来看，磁传感器芯片主导了磁传感器的发展趋势。磁传感器芯片技术呈现出以下发展趋势：①集成化、智能化：将敏感元件、信号处理电路和带总线接口的微处理器组合成一个整体并封装在一个外壳中，可以有效节约芯片体积、降低产品成本；②3D三维化：目前市场上霍尔传感器芯片普遍采用的是水平型霍尔器件，其只能检测垂直于霍尔传感器芯片表面的磁场，而例如汽车、工业等领域则需要能够检测三维磁场的霍尔传感器芯片。以位置传感器为例，3D磁性位置传感器芯片能够在恶劣嘈杂的环境和更广的温度范围下准确、安全地测量绝对位置；③高灵敏度：随着对磁场探测精度的要求越来越高，需要霍尔传感器能够检测比较微弱的磁场以及磁场的细微变化，因此就需要进一步提高霍尔传感器的灵敏度。中国集成电路制造行业市场发展规模集成电路制造业是国民经济和社会发展的战略性、基础性和先导性产业，是转变经济发展方式、调整产业结构、保障国家安全的重要支撑，也是培育和发展战略性新兴产业、推动信息化与工业化深度融合的核心和基础。过去十年，中国集成电路制造业进入快速发展轨道，产业规模迅速扩大，产量提高了11倍，销售收入翻了3番，产业结构不断优化，技术创新取得实质性突破，一批优势企业脱颖而出。2019年我国内集成电路制造市场规模达到2149．1亿元，同比增长15．1%。截止至2020年末国内集成电路制造市场规模达到2560．1亿元，比上年同期增长19．1%。集成电路行业发展情况和未来发展趋势在汽车电子领域，传统意义上的机械式汽车被现代电子化汽车所取代，现代电子技术在汽车上的大量应用，各种电子电器产品占汽车总成本的比重越来越高。电子技术的应用在虽然提高了汽车的经济性、安全性和舒适性，但同时也在汽车电磁兼容方面带来不容忽视的问题。电磁兼容技术即是由电磁干扰引出的一项新技术，旨在特定工作环境中，电子装置或电子系统不产生干扰或不受环境干扰。因此，电磁兼容设计是围绕干扰源、敏感源和耦合路径等设计要素，通过模拟设计电路以及工程师丰富的设计经验，选择最优电路泄放路径，隔离及屏蔽干扰源，设计去耦电路，消除电磁干扰的技术方法，提高产品电磁兼容性。随着汽车智能化时代的到来，大量新的技术需要被引进或运用到全新的场景中，因此需要使用大量的传感器，从而使电磁兼容问题变得更加复杂。另外，无论是智能汽车、智能家居、智慧城市、智能制造还是智能终端，都将使用高密度、多互联的电子设备，各类电子设备的应用场景之间相互影响，产生一系列电磁兼容问题，给芯片设计带来全方位、多方面的挑战。电磁兼容技术要从原理设计、布局、PCB设计和制造、整机组装、测试验证、检测认证、到量产，做全流程的优化，对应问题场景进行评估衡量，设计和改善电磁兼容性能，才能确保电磁兼容性不成为影响汽车三化进程中的问题。目前，在传统传感器等电子元器件构成方面，芯片需要搭配PCB来实现功能，一方面用以固定传感器，另一方面需要外围元器件提供电磁兼容性的保护功能。相较于传统PCBA封装，无PCB（PCB-Less）封装解决方案使PCB-Less芯片集成了传感器芯片与汽车ECU相连接所需的常用外接无源组件。在电机设计空间越来越小的趋势下，OEM厂商可以集成传感器和模块，电源端电阻的集成意味着OEM无需连接常用的外部串联电阻，集成的去耦电容可提供传感器更好的EMC和ESD性能。此外，芯片可以集成内部稳压电路和灌电流的输出，实现反向电压保护、热保护功能。未来，高集成化的芯片不仅可以减少所占空间，从而减小终端设备总体积，还可以通过更加复杂的电路微结构实现芯片更好性能。在汽车电子领域，汽车智能化程度越高，电子、电气系统越复杂，对功能安全的要求也到了前所未有的高度。为实现汽车上电子、电气系统的功能安全设计，国际标准化组织（ISO）制定了一项汽车功能安全管理体系ISO26262，它派生于电子、电气及可编程器件功能安全基本标准IEC61508，又以IATF16949为前提，对功能安全进行了规范化。ISO26262定义了汽车安全生命周期、汽车安全完整性等级关键概念，为汽车电子电气系统的整个生命周期中与功能安全相关的工作流程和管理流程提供了指导。在芯片设计时，一方面需要识别和预防系统失效，即车载芯片设计过程中的人为错误引起的失效，通常需要强大的开发流程来避免系统失效的可能性；另一方面需要识别和预防随机硬件失效，即在车载芯片的生命周期中，非预期地发生、并服从概率分布的失效。在汽车芯片的功能实现中，通过芯片硬件冗余设计以及特殊后端设计可以预防或降低失效风险发生的可能性。未来，汽车芯片需要满足更多的功能安全、可靠性和质量要求，在工艺的选择、开发流程的管理、设计流程上都有更高的要求。同时，在芯片设计时需要考虑更多的功能安全性技术应用。汽车行业智能化，电动化和网联化驱动汽车价值链的升级，智能驾驶和新能源成为汽车产业未来的发展方向；加之我国汽车市场产销量已连续多年位居世界第一，依托于未来增量和保有量的优势，未来智能驾驶在我国将会有广阔的发展空间。一方面，基于智能驾驶的高安全冗余度和低容错性特性，越是高阶的智能驾驶需要越多的传感器，以尽可能地保证行驶的安全性。另一方面，随着汽车中的机械控制逐步被电子控制所替代，智能驾驶如自动泊车、行车辅助等应用场景，需要更多传感器共同作用，方能控制方向盘、电子油门和刹车等驾驶动作，实现车辆控制。其中，汽车芯片在感知层、决策层、执行层将直接影响智能驾驶的性能和表现。随着智能驾驶和汽车三化的发展，汽车市场对于芯片的需求日益增大，这不仅为我国集成电路行业提供了广阔的市场空间，同时促进了汽车芯片的国产化进程，为国内汽车芯片厂商提供了发展机遇。近年来，随着工业互联网、智慧工厂等概念的不断兴起，全球各国企业对于智能工厂的关注度提高，工厂中自动化机械、生产线、输送机和工业机器人的渗透率明显提升。根据中国工控网《2022中国工业自动化市场白皮书》，2021年度中国工业自动化市场规模超过2，500亿元，同比增长22%，预测2022-2025年中国工业自动化市场将保持10%左右的年均复合增长率。2020年以来，随着中国制造2025战略的进一步实施，我国自动化行业进入新一轮的景气周期。工业智造的发展助推集成电路行业的进一步发展，也将加快高效率、高性能与高稳定性的芯片的国产换代进程。随着全球能源结构快速向低碳形式转型，可再生能源装机加快发展，尤其是风电、光伏等间歇性可再生能源在最近几年成为全球新增装机的主力。电力系统的波动性将随着可再生能源渗透率的提高而日渐提升，同时用电侧的电气化率提升也进一步增加了对电力系统调度的挑战。2021年3月15日召开的财经委员会第九次会议提出，要构建以新能源为主体的新型电力系统。新型电力系统在集成电路等新一代信息技术有效支持下，能够加强电网感知、决策、控制能力，提升清洁能源消纳能力，推进智能输电、配电、用电领域升级，为全方位应对新型电力系统建设带来的运行复杂性和安全风险挑战做好准备。集成电路行业国际知名芯片厂商大多采用IDM模式，但IDM模式对于中国芯片设计企业来说，所需投入较大，因此现有不少芯片设计企业开始搭建Fabless+封测模式，探索Fabless和IDM这两种模式并在优劣势之间取得均衡的能力。采用设计+封测经营模式，首先，有助于推动企业改进生产工艺，进一步提高企业产品的生产能力，保障企业产品生产质量。尤其在汽车电子行业，对汽车芯片的一致性和可靠性要求较高，因此需要做到芯片制造工艺与设计强绑定。其次，能够有力推动企业集成电路产品设计端到封测端的相互融合的实现，增强企业设计+封测的协同效应，促使企业供应链更加优化，进一步降低产品生产成本，实现产品价格领先战略。中国集成电路制造市场竞争格局目前我国集成电路装备研制单位和生产企业约有40余家，主要分布于北京、上海、沈阳等地。中国由于在集成电路制造行业起步较晚，技术工艺水平与国外先进企业有一定差距，在2019年十大集成电路制造企业榜单中，有5家企业是中外合资：三星中国（第一）、英特尔大连（第二）、SK海力士中国（第四）、台积电中国（第七）、和舰芯片（第八）。本土企业中芯国际、上海华虹、华润微电子、西安微电子、武汉新芯分别位列第三、第五、第六、第九和第十。中国集成电路制造设备竞争格局集成电路生产设备是集成电路大规模制造的基础，设备制造在集成电路产业中处于举足轻重的地位。集成电路加工工艺繁杂，需要各种不同的设备。等离子刻蚀设备、离子注入机、薄膜沉积设备、热处理成膜设备、涂胶机、晶圆测试设备等。由于集成电路生产设备具备较高的技术壁垒、市场壁垒，目前国产半导体设备国产化率较低，不同环节的关键设备由美国应用材料公司和日本东京电子等企业垄断。而核心设备光刻机被誉为半导体产业皇冠上的明珠。目前世界上能生产高端光刻机的厂商只有一家荷兰的ASML，这是技术路线演化自然选择的结果。AMSL零件外包、专注核心技术研发的战略也使得其具备足够的灵活性，ASML于1995年通过上市获得了充裕的资金，随后大量投入研发和技术性并购。光刻机技术含量极高，加上摩尔定律的作用，芯片升级换代很快，对于设备的精度要求也逐步提高。集成电路行业未来发展趋势延续十三五时期的总体趋势，十四五时期我国集成电路产业发展的外部环境依然严峻，但在一系列政策技术和市场利好环境下将会继续保持快速发展态势，并表现出更为集聚和激烈的竞争态势。新一轮技术革命不断深化，5G、物联网、大数据、云计算、人工智能﹑新基建等步入快速发展阶段，巨大的市场需求为集成电路产业发展带来巨大机会，未来保持高速增长的总体趋势不会发生变化。我国作为全球集成电路产业的重要消费国，2019年我国半导体消费量占全球的53%，我国在全球集成电路产业的消费比重将进一步提高。在总量进一步增长的同时，随着我国经济进入中高速的高质量发展阶段﹐推动战略性新兴产业发展成为未来促进我国高质量发展的根本，我国在集成电路产业尤其是产品应用方面具有显著优势。可以预见，未来我国集成电路产业的高速成长趋势依然不减﹐并成为促进我国经济高质量发展的重要支撑。不可忽视的是，尽管我国集成电路产业市场规模大，但在关键领域和环节的自我保障能力较弱，尤其制造环节以及支撑半导体发展的设备和材料领域短板突出。随着产业界和政府对我国集成电路产业现实认识的不断深化，进一步补足短板成为十四五时期提升我国集成电路国产供应水平的关键。在此背景下，加大对相关领域的支持和社会投资成为发展的必然。未来我国在集成电路材料例如大尺寸硅片﹑光刻胶﹑掩膜版﹑电子气体﹑湿化学品﹑溅射靶材﹑化学机械抛光材料等>，制造设备光刻机﹑刻蚀机﹑镀膜设备、量测设备﹑清洗设备﹑离子注入设备﹑化学机械研磨设备、快速退火设备等，制造环节制造高端逻辑和存储芯片的大型制造企业以及制造特殊设备的中小制造企业）等领域将涌现一大批企业﹐它们将成为未来支撑我国集成电路产业发展的重要载体﹐其中一大批将在利基市场中具有领先地位﹐一部分问题将会得到明显缓解。集成电路产业是高度全球化产业，十四五时期我国集成电路产业要更加主动融入全球供应链和价值链之中，但是﹐我国集成电路产业将面临更加复杂的全球竞争环境。一方面，美国以国家安全﹑保护知识产权﹑平衡贸易赤字等缘由发起贸易战，试图遏制我国在集成电路等高科技产业领域的发展。另一方面，在中美贸易摩擦趋于常态化的基本假设下，集成电路产业全球化分工模式将面临巨大挑战，安全将成为产业链和供应链布局的重要考量因素，主要经济体寻求更广泛的全球布局和回流成为未来一段时期的重要选择。随着一系列支持和促进集成电路产业发展政策的出台﹐