MEMS陀螺仪行业前瞻分析报告

MEMS陀螺仪行业前瞻分析报告

电子元器件销售总额达到21000亿元，进一步巩固我国作为全球电子元器件生产大国的地位，充分满足信息技术市场规模需求。提升产业创新能力攻克关键核心技术。实施重点产品高端提升行动，面向电路类元器件等重点产品，突破制约行业发展的专利、技术壁垒，补足电子元器件发展短板，保障产业链供应链安全稳定。MEMS产品类型与市场结构（一）MEMS传感器和MEMS执行器的比较MEMS传感器是用来检测物理、化学或生物现象的器件；而MEMS执行器是用来产生机械运动、力和转矩的器件，两者用途存在较大差异，因而技术路线和难点不同。由于客户应用MEMS产品的环境具有多样性，需要检测的外界信号种类较多，从而导致MEMS传感器种类众多，需求差异大，不同类型的MEMS传感器的工艺差异大，需开发合适的工艺方案；另外MEMS传感器往往需要匹配复杂的ASIC芯片，所以MEMS传感器的开发往往需要从系统的角度考虑。而MEMS执行器通常只是完成单一的动作，结构较为简单，但对于材料制备，以及加工工艺的一致性要求较高，如MEMS射频滤波器等；另外，MEMS执行器无需或只需要简单的驱动电路即可，系统相对简单。（二）不同类型MEMS传感器的比较由于MEMS传感器测量的外部信号不同，不同类型的MEMS传感器技术差异较大。MEMS惯性传感器主要检测物体的运动，需要将传感器安装在载体上用于检测载体的运动，因此MEMS多为密闭式封装。而压力/光学/声学传感器需要通过直接接触被测量，所以多为开放式封装，同时需要结合使用环境设计有利于检测信号的传感器敏感单元表面结构。MEMS惯性传感器相对于压力传感器、声学传感器等其他类型的传感器应用领域较广，在高可靠领域及其他工业、消费领域均具备丰富的应用场景，不同应用场景对于性能、成本、功耗、体积的要求差异较大。相对于在工业及消费领域应用较广的声学传感器、环境传感器等，高性能MEMS惯性传感器多应用于高可靠领域，复杂环境下对于产品性能要求高，因此对产品可靠性提出了更严格的需求，存在较高的技术门槛。MEMS压力传感器主要是压阻式和电容式，使用广泛，成本低；部分高端压力传感器采用谐振式原理，精度高，售价高，多用于仪表校验等对精度要求高的领域。MEMS声学传感器和光学传感器主要应用于消费类电子，例如智能手机中的MEMS麦克风和接近传感器，产品具有体积小、成本低、功耗低的特点，对产品绝对性能要求相对不高，行业内厂商竞争相对激烈。（三）MEMS传感器的工作原理MEMS传感器是采用微电子和微机械技术工艺制造出来的微型传感器，种类繁多，是使用最广泛的MEMS产品。MEMS传感器通过微传感元件和传输单元，可将输入的信号转换，并导出另一种可监测信号。与传统工艺制造的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化等特点。MEMS惯性传感器属于MEMS传感器的重要分支，主要包括陀螺仪、加速度计等，并可通过组合形成惯性组合传感器IMU。强化市场应用推广（一）支持重点行业市场应用实施重点市场应用推广行动，在智能终端、5G、工业互联网和数据中心、智能网联汽车等重点行业推动电子元器件差异化应用，加速产品吸引社会资源，迭代升级。抢抓全球5G和工业互联网契机，围绕5G网络、工业互联网和数据中心建设，重点推进射频阻容元件、中高频元器件、特种印制电路板、高速传输线缆及连接组件、光通信器件等影响通信设备高速传输的电子元器件应用。（二）新能源汽车和智能网联汽车市场把握传统汽车向电动化、智能化、网联化的新能源汽车和智能网联汽车转型的市场机遇，重点推动车规级传感器、电容器（含超级电容器）、电阻器、频率元器件、连接器与线缆组件、微特电机、控制继电器、新型化学和物理电池等电子元器件应用。（三）工业自动化设备市场利用我国工业领域自动化、智能化升级的机遇，面向工业机器人和智能控制系统等领域，重点推进伺服电机、控制继电器、传感器、光纤光缆、光通信器件等工业级电子元器件的应用。（四）高端装备制造市场面向我国蓬勃发展的高铁列车、民用航空航天、海洋工程装备、高技术船舶、能源装备等高端装备制造领域，推动海底光电缆、水下连接器、功率器件、高压直流继电器等高可靠电子元器件的应用。（五）强化产业链深层次合作推动电子元器件及其配套材料和设备仪器企业、整机企业加强联动，共同开展产品研制，加快新型电子元器件的产业化应用。引导上下游企业通过战略联盟、资本合作、技术联动等方式，形成稳定合作关系。（六）加速创新型产品应用推广面向人工智能、先进计算、物联网、新能源、新基建等新兴需求，开发重点应用领域急需的小型化、高性能、高效率、高可靠电子元器件，推动整机企业积极应用创新型产品，加速元器件产品迭代升级。加强产业统筹协调建立健全电子元器件产业发展协调机制，加强协同配合和统筹推进，积极推动解决产业发展中重大事项和重点工作。加强央地合作，指导各地统筹规划基础电子元器件重点项目布局，适时推进主体集中和区域集聚。做好重点领域监测分析和跟踪研究，加强与现行相关政策衔接，有序推进各项行动。夯实配套产业基础（一）突破关键材料技术支持电子元器件上游电子陶瓷材料、磁性材料、电池材料等电子功能材料，电子浆料等工艺与辅助材料，高端印制电路板材料等封装与装联材料的研发和生产。提升配套能力，推动关键环节电子专用材料研发与产业化。（二）提升设备仪器配套能力支持技术难度大、应用价值高、通用性强、对电子元器件行业带动大的配套电子专用设备与仪器，如刻蚀显影设备等工艺设备、显微CT等检测分析仪器的研发及产业化，提升设备仪器质量和可靠性水平。（三）健全产业配套体系鼓励和引导化工、有色金属、轻工机械、设备仪器等企业进入电子元器件领域，开展关键材料、设备的研发和生产，推进产学研用协同创新，实现全产业链协同发展，增强试验验证能力，提升关键环节配套水平。MEMS惯性传感器市场根据Yole发布的StatusofMEMSIndustry2022，2021年世界MEMS惯性传感器市场规模约35．09亿美元，其中，2021年MEMS陀螺仪和MEMS加速度计市场规模达到15．93亿美元，占全球MEMS行业总市场规模的45．40%。加强公共平台建设（一）建设分析评价公共平台支持有能力、有资质的企事业单位建设国家级电子元器件分析评价公共服务平台，加强质量品质和技术等级分类标准建设，围绕电子元器件各领域开展产品检测分析、评级、可靠性、应用验证等服务，为电子系统整机设计、物料选型提供依据。（二）建设科技服务平台支持地方、园区、企事业单位建设一批公共服务平台，开展知识产权培训与交易、科技成果评价、市场战略研究等服务。鼓励建设专用电子元器件生产线，为MEMS传感器、滤波器、光通信模块驱动芯片等提供流片服务。建设创新创业孵化平台。支持电子元器件领域众创、众包、众扶、众筹等创业支撑平台建设，推动建立一批基础电子元器件产业生态孵化器、加速器，鼓励为初创企业提供资金、技术、市场应用及推广等扶持。MEMS传感器行业面临的机遇和挑战（一）MEMS传感器行业机遇1、政策的大力支持将助推MEMS传感器行业快速发展2021年3月，十三届全国人大四次会议表决通过了《关于国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要的决议》，提出在集成电路领域提及微机电系统（MEMS）等特色工艺需取得突破。2021年1月，工信部印发《基础电子元器件产业发展行动计划（2021-2023年）》明确提出要面向智能终端、5G、工业互联网、数据中心、新能源汽车等重点市场，推动基础电子元器件产业实现突破，并增强关键材料、设备仪器等供应链保障能力。2、突飞猛进的技术推动MEMS传感器行业快速发展MEMS技术用于传感器制造可使传感器尺寸更小、精度更高并具备大量生产的潜力，MEMS技术和微电子技术在传感器领域的结合使MEMS传感器应运而生。20世纪90年代初，环境适应性强的MEMS传感器开始用于航天发射运载的健康管理，此后MEMS传感器用于小型化的惯性导航系统、微型智能传感和汽车工业的安全系统。进入21世纪，MEMS传感器进入了消费电子领域，2007年三轴MEMS加速度计用于智能手机成为MEMS传感器发展的分水岭，新一代MEMS传感器成为移动网络智能终端的颠覆性技术，开启了移动智能网络的新发展。智能时代的开启要求MEMS传感器向低成本、多传感器集成、更高精度、远程监控和自适应传感器网络接口等方向发展，使MEMS传感器的传感部分和电子学架构得到了长足的发展。MEMS惯性传感器如MEMS加速度计、陀螺仪和惯性测量单元等是应用最多的智能传感器，MEMS惯性传感器具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、寿命长、启动时间短、性价比高、易于量产及维护成本低等诸多优点，随着电子电路、芯片制造、材料领域等周边技术的快速进步，MEMS传感器产业将迎来跨越式发展的机遇，将被广泛应用于移动通信、5G、汽车、高可靠、工业控制、智能家电、通信工程、航空航天、现代农业、生物医学、智能交通、新型环保等诸多领域。MEMS传感器作为信息获取和交互的关键器件，目前已在消费电子、汽车、工业、高可靠等领域广泛应用。国内MEMS技术发展较晚，国内各高校、研究所虽然做了大量的研究工作，但高性能MEMS陀螺仪少有量产产品。由于MEMS陀螺仪性价比高、体积小、抗冲击能力强、易于批量生产列装等特点，更加适合5G通信、工业4．0、航空航天、自动驾驶等新领域的应用，广阔的市场空间为高端MEMS传感器企业创造了良好的发展机遇。（二）MEMS传感器行业挑战1、MEMS传感器行业国际巨头在全球市场具有先发优势目前，Honeywell、ADI等国际巨头具有先发优势。虽然国内MEMS行业近年来快速发展，无论在产业技术进步上，还是在产业规模扩张上都得到了快速提升，产业政策环境持续改善，但由于MEMS传感器产业在国内起步较晚，发展时间较短，尚未形成产业聚集效应，加之行业基础较为薄弱，在人才储备、技术积累、产业规模、工艺配套等方面有所滞后，与国外的领先企业相比仍存在较大差距。在MEMS行业面临全球范围内充分竞争的背景下，国内MEMS企业资本实力相对较弱，研发实力与创新能力亟需进一步提升。2、MEMS传感器行业人才竞争激烈MEMS传感器行业是典型的技术密集型行业，MEMS传感器设计对于人才的依赖远高于其他行业。经过多年的发展，国内MEMS传感器设计行业已积累一批人才，但与国际领先的企业相比，国内MEMS传感器设计行业中高端专业人才尤其是具有多年产业实践经验积累的专业人才较为紧缺，需继续加强MEMS传感器行业专业人才的培养，以满足行业快速发展对人才的需求。高性能MEMS惯性传感器行业状况高性能MEMS惯性传感器行业不同于其他MEMS惯性传感器主要应用于消费电子领域，高性能MEMS惯性传感器主要适用于高端工业、无人系统、高可靠等应用领域。目前高性能惯性传感器主要通过三种技术实现，分别是激光惯性技术、光纤惯性技术和MEMS惯性技术。激光惯性技术和光纤惯性技术主要基于萨格奈克效应发挥作用，分别于20世纪90年代和21世纪初进入技术成熟期，技术特点是精度较高但体积和重量较大，生产成本高；MEMS惯性技术基于哥氏振动效应发挥作用，目前技术正逐渐进入成熟期，国际MEMS惯性技术代表性企业为Honeywell、ADI等，国内MEMS惯性技术代表性企业为芯动联科等，均掌握先进的MEMS惯性传感器技术体系，产品性能均为国际先进。目前，高性能MEMS陀螺仪的精度水平可以达到中低精度的激光陀螺仪和光纤陀螺仪，随着MEMS惯性技术的愈发成熟，MEMS惯性传感器在保持原有低成本、小体积、可批量生产的特点下，精度水平不断提高，目前可在诸多战术级应用场景替代激光陀螺和光纤陀螺，并逐渐渗透导航级应用场景。高性能MEMS加速度计接近石英加速计水平，可达到导航级水平。MEMS惯性技术作为惯性传感器领域的主流技术之一，将在自动驾驶和高端工业等领域覆盖更多新的应用场景，市场空间较为广阔。（一）高性能MEMS惯性传感器行业状况、市场竞争情况根据Yole统计的数据，2021年，全世界高性能MEMS惯性传感器市场规模约71，000万美元（含MEMS惯性传感器系统），约452，270万元人民币，世界MEMS惯性产品销售额集中在Honeywell、ADI、NorthropGrumman/Litef等行业巨头手中，市场份额前三的企业合计占有50%以上的份额。（二）高性能MEMS惯性传感器行业技术水平情况MEMS陀螺仪的性能及技术水平是高性能MEMS惯性传感器行业技术水平的集中体现，技术水平先进的国内外企业在MEMS结构设计、MEMS工艺、ASIC设计方面均具备较强实力。目前，行业内企业为实现MEMS陀螺仪的高灵敏度、强抗干扰和高精度，MEMS芯片设计结构从传统双质量块方案向四质量块结构、多环结构等新型对称结构发展。MEMS工艺方面，加工工艺由传统的硅-玻璃工艺过渡到全硅工艺，此外，为降低材料不匹配引起的测量偏差，行业内企业采用晶圆级高真空技术、薄膜吸气技术等，实现高Q值，实现机械增益的大幅提升。电路设计方面多采用数模混合ASIC电路以满足体积小、功耗低的要求。综合以上技术，行业内企业逐步实现正交误差补偿，模态匹配，标度因数自补偿，标度因数自校准，耦合消除等目标。行业内技术水平先进的国际巨头传感器企业在加速度计MEMS结