作者：慧博智能投研
MEMS行业深度：竞争格局、应用领域、市场空间、未来趋势及相关公司深度梳理
MEMS，即微机电系统，是在微电子技术（半导体制造技术）基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。MEMS 应用范围广阔，消费电子、 汽车、工业是MEMS 行业最大的三个细分市场，市场规模较为可观。
围绕MEMS，下面我们从其基本概念入手，了解其特点、主要产品，并对该行业发展历程及当前竞争格局进行分析，对其行业主要产品MEMS传感器进行解读、产业链进行梳理，对其主要应用领域及市场空间进行分析，对未来发展趋势进行展望，方便读者深入了解这一行业。
目录
一、概述 1
二、发展历程及竞争格局 2
三、应用领域及市场空间 3
四、MEMS传感器及产业链梳理 13
五、相关公司 27
六、未来发展趋势 44
七、参考研报 47
一、概述
1.MEMS
MEMS全称Micro-Electro Mechanical System，即微机电系统，是一种微制造技术。微机电系统是集微型传感器、执行器、机械结构、电源能源、信号处理、控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等集于一块或多块芯片上的微型器件或系统。
2.特点
MEMS具有小尺寸、低功耗、高集成度和多功能的特点。其通过微纳加工技术，将机械结构和电子元件集成在微米至纳米尺度的芯片上。它结合了微电子技术、微纳加工技术和机械工程原理。
3.主要产品
MEMS产品主要可分为MEMS传感器和MEMS执行器。其中MEMS传感器是用于探测和检测物理、化学、生物等现象和信号的器件，而MEMS执行器是用于实现机械运动、力和扭矩等行为的器件。MEMS传感器有多重分类方法，按工作原理可分为三类:物理型、化学型和生物型；按信号检测方式分为：电容式、电阻式和隧道电流式；按照MEMS技术领域分类分为:惯性、压力、声学、环境和光学等；或者按应用场景主要分为：消费电子、汽车电子、工业与通信、医疗健康和国防与航空等。MEMS执行器主要可分为光学MEMS、微流控、射频MEMS、微结构、微型扬声器和超声指纹识别等。
二、发展历程及竞争格局
1.发展历程
MEMS技术被誉为21世纪具有革命性的高新技术之一，经过数十年的发展，已广泛应用于消费电子、汽车、工业与通信、医疗健康、高可靠等领域。
从发展历程看，MEMS起源可追溯至20世纪50年代，硅的压阻效应被发现后，学者们开始了对硅传感器的研究；20世纪70年代末-90年代，安全气囊、制动压力、轮胎压力检测系统等应用需求增长推动了MEMS行业发展的第一次浪潮，压力传感器和加速度计取得快速发展；20世纪90年代末-21世纪初，信息技术的兴起和微光学器件的需求推动了MEMS行业发展的第二次浪潮，MEMS惯性传感器与MEMS执行器取得共同发展，1991年，电容式微加速度计开始被研制，1998年美国Draper实验室研制出了较早的MEMS陀螺仪，1994年德州仪器以光学MEMS微镜为基础推岀投影仪，21世纪初MEMS喷墨打印头出现；2010年至今，产品应用场景的日益丰富推动了MEMS行业发展的第三次浪潮，如高性能的MEMS陀螺仪在工业仪器、航空、机器人等多方面得到应用。MEMS商业化将MEMS技术从最早的汽车应用领域向航空、工业和消费电子等领域不断扩展。
2.竞争格局
MEMS技术壁垒高，市场长期由少数海外巨头企业主导，2020年全球前十大MEMS厂商占比达到57.94%，市场较为分散。其中博世以14.2%的份额占比位列第一，其次为博通和威讯联合，占比分别为9.8%和5.6%，而国产厂商歌尔微以3.9%的市场份额位列第六。根据Yole发布的2022年全球MEMS企业Top30，共有6家中国企业进入名单，除了歌尔微电子外，还有瑞声科技、赛微电子全资子公司Silex Microsystems、台积电、海康威视、睿创微纳。
博世（Bosch）是全球最大的MEMS企业，在运动类MEMS传感器方面一枝独秀，是汽车和消费电子行业MEMS传感器的先驱和全球主要供应商，2022年公司MEMS业务营收实现12%的增长。博通（Broadcom）仍然位居第二但增长乏力，而高通（Qualcomm）则受益于5G通信对MEMS射频滤波器的需求，2022年MEMS业务营收实现了21%的高速增长，成功进入全球前三。意法半导体因为汽车市场MEMS传感器的增长进入TOP4。中国企业方面，歌尔微电子仍然是全球MEMS产业排名最高的中国企业，2022年排名第9，但受消费电子需求低迷影响，歌尔微和全球MEMS麦克风巨头楼氏电子（Knowles）在2022年出现营收下滑的情况。
三、应用领域及市场空间
MEMS器件下游市场分布多样，市场空间广阔。不同规格型号的产品在产品尺寸、信噪比、灵敏度等指标参数方面存在差异，应用的下游市场也不尽相同。MEMS器件已经被广泛应用于消费电子、汽车、医疗、工业、通信等多个领域。
据Yole数据，2022-2028年全球MEMS终端市场将以5%的年复合增长率增长。其中，消费电子是MEMS最大的应用市场，2022年约占全球MEMS收入的60%，预计到2028年全球消费电子领域MEMS器件需求有望增长至94亿美元。其次是汽车市场，2022-2028年全球汽车市场对MEMS器件的需求有望从27亿美元增长至41亿美元。其他MEMS器件细分应用市场分别有工业领域、国防与航空航天、医疗、电信等。得益于5G网络的普及，2022-2028年通信领域MEMS器件市场规模CAGR有望达到28%，为各领域最高，国防与航空航天和汽车分别以8%和7%的CAGR排名第二和第三增长快速的MEMS赛道。
1.消费电子：消费电子持续发展，MEMS需求不断增长
消费电子是全球MEMS行业最大的应用领域，主要应用产品包括MEMS射频器件、声学传感器、压力传感器、加速度计、陀螺仪等，广泛运用在以智能手机、智能无线耳机、平板电脑等主流消费电子产品中。除此之外，近年来涌现出的智能家居和可穿戴设备等新兴应用领域也广泛使用了MEMS传感器产品，如智能手表安装了MEMS加速度计、陀螺仪、微型麦克风和脉搏传感器，VR/AR设备采用MEMS加速度计、陀螺仪和磁传感器来精确测定头部转动的速度、角度和距离等。
消费电子MEMS器件需求呈现逐年快速上升的态势，其中MEMS射频器件占比最大。由于5G通信网络发展要求手机支持越来越多的通信频段，从而推动了MEMS射频器件需求快速增长，根据Yole数据，2020年全球消费电子领域MEMS射频器件市场规模占比最大，达到28.69%。而MEMS声学传感器是智能语音及人工智能感知的硬件基础，高品质语音通话、环境降噪和人机语音交互带动MEMS声学传感器市场需求快速提升，其2020年在全球消费电子领域MEMS产品市场规模占比为18.22%，排名第二。
射频微机电系统是MEMS技术的重要应用领域之一，作为低功耗、超小型化的平面结构的新型器件可以应用在移动通信领域。手机上使用的SAW、BAW滤波器是射频关键器件，负责对通信通道中的信号频率进行滤波，解决不同频段和通信系统之间产生的信号干扰问题。根据Resonant统计，2016-2020年全球射频滤波器市场规模从50亿美元增长至150亿美元，平均复合增长率为31.6%，预计到2025年市场规模有望超过280亿美元。
声学传感器在消费电子领域的需求仅次于射频器件，2020年占比为18.22%。声学传感器是智能语音及人工智能感知的硬件基础，高品质语音通话、环境降噪和人机语音交互使得MEMS声学传感器市场需求快速提升。根据Yole数据，2018-2026年全球MEMS声学传感器市场规模从11.53亿美元增长至18.71亿美元，年均复合增速为6.24%，出货量从52.98亿颗增长至111.15亿颗，年均复合增长率为9.7%。从供应格局看，根据Yole数据，2020年全球MEMS声学传感器市场份额排名前五位分别为歌尔微、楼氏、瑞声科技、钰太科技和敏芯股份。
MEMS麦克风是语音获取中必不可少的器件，其体积小、功耗低的特点满足了智能设备对麦克风的高要求，可以实现语音采集、消除环境噪音等多种功能。代替了驻极体麦克风成为许多电子产品中麦克风的主流器件，可使用在TWS耳机、手机等产品。
2.汽车：汽车领域高可靠、高性能传感器为主流
汽车电子是MEMS产品最早的应用领域之一，目前也是仅次于消费电子的第二大市场，根据Yole数据，2022年市场规模占比约为19%。20世纪80年代末至90年代，安全气囊、轮胎压力检测系统等汽车行业应用需求增长推动了MEMS行业发展的第一次浪潮，压力传感器和加速度计取得快速发展，也是汽车应用最多的MEMS产品。当前，受益于汽车行业安全规定及信息化、智能化浪潮，MEMS传感器在汽车电子领域得到快速发展，根据Yole的数据，2028年全球汽车电子领域MEMS产品市场规模有望达到41亿美元，年均复合增长率约为7%。
MEMS产品在汽车电子领域的应用方向和市场需求包括车辆的防抱死系统、电子车身稳定程序、电控悬挂、电动手刹、斜坡起动辅助、胎压监控、引擎防抖、车辆倾角计量和车内心跳检测等，目前平均每辆汽车包含10-30颗MEMS传感器，而在高档汽车中大约会采用30颗甚至上百颗MEMS传感器。此外，自动驾驶已成为汽车产业未来的发展趋势，环境信息的感知是实现自动驾驶的基础，越高级别的自动驾驶对信息感知能力的需求越高，对应的MEMS传感器用量和价值量会相应快速提升。
根据Yole数据，压力传感器是目前汽车电子领域应用最多的MEMS传感器，2020年规模占比33.59%，其广泛使用于汽车的发动机管理系统、舒适系统、传动系统和安全系统等。最早应用于汽车的是MEMS加速度计，用于监测汽车运行状态，判断突然减速过程中是否启用安全气囊。其次MEMS陀螺仪也被大量用于车身稳定系统以增强行车安全性。目前汽车行业的两大趋势是电动化和智能化，高性能MEMS惯性传感器应用逐渐拓展到汽车中的自动驾驶领域。MEMS惯性测量单元正逐步被用于自动驾驶并辅助GPS导航，利用航迹推算实现短时导航，提高用户体验。
3.工业领域：MEMS惯性产品应用广泛，多传感器持续渗透
工业领域方面，MEMS产品具有广阔的应用空间，目前常见的工业与通信类MEMS器件主要包括加速度计、陀螺仪、惯性测量组合等。MEMS能够优化工业生产管理、提高工业生产效率，例如在液压系统、安全控制系统等配备压力传感器进行反馈控制，从而实现智能控制；在冶金、石油化工等工业生产过程中应用气体传感器实时监测特定气体成分，提升工业生产效率。MEMS产品市场需求随着工业互联网应用的不断成熟、工业转型升级的趋势而不断提升。根据Yole的数据，全球工业领域MEMS产品市场规模有望从2022年的25亿美元增长至31亿美元，年均复合增长率约为4%。
高端工业领域中MEMS惯性产品的应用广泛。MEMS产品主要用于高端工业领域的资源勘探等领域，应用场景丰富。根据Yole Intelligence数据，2021年MEMS产品在全球高端工业领域中的市场规模为22.34亿美元，预计2027年全球高端工业领域中MEMS产品的市场规模将达33.40亿美元，2021-2027年复合增长率为7.00%。
MEMS惯性传感器凭借高集成、小型化优势，将替代传统激光光纤陀螺仪等机械惯性传感器。以MEMS陀螺仪为例：惯性技术的发展经历了四个阶段，MEMS陀螺仪属于第三代陀螺仪。MEMS陀螺仪具备体积小、重量轻、成本低、易于批量生产的优势，解决了前两代陀螺仪体积大、质量大、成本高的缺点，并凭借不断提升的精度与稳定性，在工业级市场中逐渐代替光纤陀螺仪和激光陀螺仪等传统机械陀螺仪，并有望在战术级、导航级等市场中扩大份额。
4.机器人领域：人形机器人等新技术带来传感器需求提升
2023年9月24日，TeslaOptimus通过社交平台发布视频，展示了人形机器人Optimus的最新进展。Optimus(擎天柱)已经具有了自主对物体进行分类的功能，其神经网络训练是直接从视频输入中获取信息，并输出控制指令。
为实现“类人”般视觉、听觉、触觉等感知外部环境的能力，需要整套传感器去实现诸如物体检测、接近感测等不同任务的要求。按照感知的数据，机器人传感器主要可以分为两大类：本体感知传感器和外部感知传感器。本体感知传感器收集机器人本体速度、扭矩和位置等内部数据，通常用于机器人的控制。而外部感知传感器主要收集外部环境数据，感知环境参数，例如障碍物的位置、施加在机器人上的外力以及许多其他输入。
本体感知传感器一般包括惯性传感器（IMU）、倾角传感器、力矩传感器、磁传感器、罗盘传感器；外部感知传感器又可分为内部和外部传感器，内部传感器类别有2D激光雷达、动作捕捉、深度相机/3D相机，外部传感器类别有超声波传感器、飞行时间传感器(ToF）、触觉传感器（Tactile）、红外测距传感器。
根据Stratistics Market Research Consulting的数据，2020年全球人形机器人市场估计为5.6亿美元，而到2027年预计市场规模将达到141亿美元，CAGR达58.5%。其中，2027年中国人形机器人市场有望达到23亿美元，CAGR达56.4%。
5.医疗领域：MEMS需求不断增长，手术机器人潜力较大
医疗健康方面，MEMS市场高速成长，目前常见的医疗类MEMS器件主要包括压力传感器、硅基微流控制器件、流量计、声学传感器、加速度计等。MEMS传感器被广泛应用于生物和医疗电子产品中，如心脏起搏器、精密手术仪器等。
随着体外诊断、药物研究、病患监测、给药方式以及植入式医疗器械等领域发展，医疗设备需要迅速提高性能、降低成本、缩小尺寸。由于MEMS产品自身具有微型化、集成化等优势，其在医疗领域用途广泛且发展较为迅速。MEMS技术使医疗设备可以做到微型化，并提升其自动化、智能化和可靠性水平，医疗检测、诊断、手术和治疗过程可以更加便捷、精准，甚至无痛。
MEMS声学传感器可以用于助听器实现微型化、高降噪性能、低功耗、高可靠性和稳定性；MEMS压力传感器可以检测包括血压、眼内压、颅内压等在内的人体器官压力水平；MEMS惯性传感器可以用于心脏病治疗设备；MEMS图像传感器普遍应用于包括CT扫描、内窥镜在内的医学成像设备中。
医疗领域的机器人市场需求同样可观。目前，协作机器人+六维力传感器的组合已广泛应用于手术机器人、康复机器人、按摩理疗机器人、医疗检测机器人（如核酸检测机器人、远程B超机器人等）等形式的医疗康养行业智能化解决方案。
手术机器人的力感知可作为力反馈的依据以提升手术的安全性。当手术机器人拥有力反馈功能，医生就可以精确感知机器人末端工具（或末端执行器）和人体的相互作用力，区分健康组织和病变组织，并进行精准力输出控制，从而避免因用力过大造成缝合处的二次损伤。因此，六维力传感器产品已成为类似应用场景中的刚需。
根据GlobalData的预测，全球手术机器人市场2021-2030年预估复合增长率为6.7%，预计将于2030年达到171亿美元。亚太地区拥有仅次于北美的第三大手术机器人市场，紧随欧洲之后，市场潜力较大。2021年的市场价值为11亿美元，预计从2021年到2030年的复合年增长率为7.1%。
四、MEMS传感器及产业链梳理
MEMS传感器，是MEMS中的核心元件，它是一种将能量从一种形式转变成另一种形式，并针对特定可测量的输入为用户提供一种可用的能量输出的微型器件，它是采用微电子和微机械加工技术制造出来的。
MEMS传感器是采用微电子和微机械技术工艺制造出的微型传感器。与传统传感器需要多种机械配件相比，MEMS技术可以把配件全部集成在一块很小的MEMS芯片上，MEMS传感器由MEMS芯片和ASIC芯片封装构成，其工作原理为：MEMS芯片把外界的物理、化学、生物等信号转换成电信号，ASIC芯片读取上述电信号并进行处理、输出，从而实现外部信息获取的功能。具有轻重量、功耗低和批量生产的特点，满足了小体积、高性能的要求。MEMS传感器种类繁多，常见的MEMS传感器有压力传感器、声学传感器、加速度传感器、陀螺仪、惯性传感器等等。
1.MEMS压力传感器
MEMS压力传感器主要分为压阻式和电容式，是使用MEMS技术将压强信号转化为电学信号，使用广泛，成本低。在汽车、消费电子、工业、医疗和航空领域有着广泛的应用。根据Yole数据，2022年全球MEMS压力传感器市场规模约23.39亿美元，是MEMS器件中占比第二大的产品。
2.MEMS声学传感器
MEMS声学传感器是一种运用MEMS技术将声学信号转换为电信号的传感器，具有体积小、功耗低、一致性好、可靠性及抗干扰能力强等优势，广泛应用于智能手机、智能无线耳机、平板电脑、智能可穿戴设备和智能家居等消费电子领域及汽车电子等领域。随着物联网、人工智能和5G等新兴技术的快速发展，MEMS声学传感器成为了智能语音以及人工智能感知的硬件基础，高品质语音通话、环境降噪和人机语音交互带来MEMS声学传感器市场需求的快速提升；同时，人机交互、健康监测、环境监测、工业互联、元宇宙等新应用场景不断涌现，推动了MEMS声学传感器应用场景的快速拓展。
3.MEMS惯性传感器
（1）发展现状
MEMS惯性领域技术研发和建设，事关国民经济和国家安全建设。“九五”期间，我国把研制高性能MEMS惯性传感器作为发展军用微米纳米技术的战略，紧紧围绕微型惯性测量单元(MIMU)的需求开展技术攻关，带动了国内相关单位建立研究队伍、设立相关实验室、建设工艺制造平台，突破了若干关键技术，奠定了技术发展基础。
三十年弹指一挥间，MEMS惯性传感器已从实验室探索研究走向工程应用，技术和产品都取得了巨大进步，在消费电子、车载导航、物联网、工业装备和高端装备等方面得到了广泛应用。
从全球市场和我国MEMS惯性导航领域的成就看，在高性能MEMS惯性传感器产品已推广应用，国内掌握了MEMS惯性传感器设计、制造、封装和测试等主要技术环节，具备了开发高性能MEMS惯性传感器产品的能力；MEMS惯性传感器应用于智能辅助驾驶中，同时国内企业将MEMS六轴惯性传感器应用于智能辅助驾驶，在车载定位这个细分赛道螳出了一条新路，走在了国际前列，在消费电子MEMS惯性传感器领域，消费领域同样存在供应链安全的问题，国产化替代的大背景下，系统厂商对于MEMS陀螺和MEMS加速度计产品的需求量巨大，国内企业迎来了新的发展机遇。
（2）主要产品
MEMS惯性传感器主要用于测量线性加速度、振动、冲击和倾角等物理属性，主要产品包括用于测量线性加速度的加速度计及同原理的单轴或多轴振动传感器、测量角速度的陀螺仪、感应磁场强度的磁传感器以及各类惯性传感器的组合。MEMS惯性传感器主要应用于消费电子和汽车电子领域。在消费电子领域，惯性传感器可以实现GPS导航、屏幕翻转、游戏控制、摄像机图像稳定和硬盘保护等功能；在汽车电子领域，MEMS惯性传感器主要应用于汽车电子稳定系统、GPS辅助导航系统、汽车安全气囊、车辆姿态测量等方面。
惯性传感器工作原理是利用利用科里奥利力原理把角速率转换成一个感应器电容极板的位移。可以从振动结构、材料、加工方式、驱动方式、检测方式和工作模式等几个方面进行分类。陀螺仪的主要类型包括：音叉陀螺、轴对称陀螺和半球谐振陀螺等。主要用于惯性导航、平台稳定、姿态感知和状态检测。
根据Yole数据，加速度计2022年全球市场规模约14.02亿美元，占MEMS市场空间的9.67%，其理论基础是牛顿第二定律，传感器在加速过程中，可通过对质量块所受惯性力的测量计算出加速度值。可以从检测方式、敏感轴数目、运动方式进行分类。加速度计的主要类型包括：谐振式加速度计、硅谐振加速度计等。主要可应用于惯性导航、平台稳定、姿态感知和状态检测。
（3）产业链梳理
MEMS惯性传感器产业链可划分为上游器件（含设计、生产、封装、标定测试等）、中游模组、下游系统、终端应用。
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