MEMS是Micro Electro Mechanical System的縮寫，簡稱微機電系統，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。MEMS基于光刻、腐蝕等傳統半導體技術，融入超精密機械加工，并結合力學、化學、光學等學科知識和技術基礎，使得一個毫米或微米級的MEMS具備精確而完整的機械、化學、光學等特性結構。MEMS產品主要可以分為MEMS傳感器和MEMS執行器，其中傳感器是用于探測和檢測物理、化學、生物等現象和信號的器件，而執行器是用于實現機械運動、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：前瞻產業研究院
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產品，通過微傳感元件和傳輸單元把輸入的信號轉換并導出另一種可監測信號。與傳統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、易于集成和實現智能化的特點。
MEMS傳感器應用領域廣泛 作為獲取信息和實現交互的關鍵器件，MEMS對機械系統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、生物醫學、工業等領域得到了廣泛的應用。消費電子和汽車為目前MEMS最主要的應用領域。從2019年全球MEMS市場結構來看，消費電子為主要應用領域，占比接近60%；汽車為第二大應用領域，占比約19%。從2019年中國MEMS市場結構來看，網絡與通信、計算機、消費電子合計占比50%，汽車領域占比29%。隨著新能源車滲透率進一步提升與物聯網的發展，在2019年，網絡與通信、汽車電子占據MEMS市場應用半數以上的份額，隨著5G、智能網聯的落地，MEMS的滲透率將繼續提升，上述領域的市場空間有望進一步打開。
圖4 2019年全球MEMS市場結構 
資料來源：Yole Development，國泰君安證券研究 圖5 2019年中國MEMS市場結構 
資料來源：Yole Development，國泰君安證券研究 MEMS傳感器發展歷程 [敏感詞]階段是從1990年到2000年，汽車的電子設備以及應用逐漸增多推動MEMS傳感器應用落地，例如：安全氣囊、制動壓力、輪胎壓力監測系統等。對這些需求的增長，使得歐洲、日本和美國的企業開始研發并且大量生產汽車周邊所用的MEMS傳感器產品；
第二階段是從2000年到2010年，驅動力為消費電子的快速發展。消費電子產品如手機、平板電腦、筆記本電腦等要求MEMS傳感器產品有更小的體積和更低的能耗表現；
第三階段是從2010年到2020年，物聯網產業的快速發展，使得MEMS傳感器行業擁有了巨大的發展空間。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、智慧醫療等領域廣泛應用。
第四階段是從2020年起，隨著自動駕駛、5G發展以及物聯網普及，MEMS的發展空間被進一步拓展，通過提高MEMS傳感器產品各項性能，以滿足更小、更低能耗、更高性能的需求。
圖6 MEMS傳感器的發展階段
資料來源：愛集微，國泰君安證券研究
行業剛剛步入成長期
從市場規模來看，據Yole統計及預測，2019年全球MEMS市場規模為115億美元，COVID-19導致2020年市場增速放緩，從2021年起市場將恢復增長，預計到2025年市場將達到近177億美元，2019-2025年的復合年增長率為7.4％。在中國消費電子、汽車電子以及工業快速發展的背景下，中國是過去5年MEMS市場規模增長最快的國家，也是全球[敏感詞]的電子產品生產國。手機以及平板對MEMS產品需求非常大，中國的手機出貨量為全球[敏感詞]，手機產業所需的光傳感器、運動傳感器等MEMS傳感器供應商已經將中國視為最重要的市場。根據賽迪智庫的統計，2019年中國市場規模約600億元，占全球市場比例約54%；國內市場增速持續高于全球，預計2022年中國MEMS市場規模將超過1000億元人民幣。
圖7 全球MEMS市場規模增速加快 
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 從產品結構上看，目前全球排名前五的MEMS傳感器細分領域為射頻、壓力、麥克風、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、慣性和加速度計，與全球市場相似。根據Yole預測，2024年市場規模在10億美元以上的MEMS傳感器細分領域包括射頻、慣性組合、超聲指紋、壓力、麥克風和噴墨打印。
圖9 2019年全球MEMS市場結構（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產業市場規模與復合增速 
資料來源：Yole Development，國泰君安證券研究
圖11 不同領域MEMS市場規模及預測（億美元）
資料來源：Yole Development，國泰君安證券研究
從應用終端來看，根據Yole的預測，在物聯網和手機5G換機的驅動下，全球消費級MEMS市場規模有望從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、醫療、通信、[敏感詞]、航空領域的市場需求也在提升。
從技術成熟度角度來看，國內MEMS技術發展目前尚處于起步階段。在產品研發方面，我國雖然申請專利數量在世界上排名第三，但是專利質量較差，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，產業化程度低，仍需要成果轉化。在封裝制造方面，國內缺少代工經驗，國內代工企業制造出來的MEMS傳感器可靠性和良品率不能完全達到規模化生產的要求，距離市場應用仍有一定差距。在企業規模方面，國內大部分企業為中小型企業，資金不足、吸引人才能力差，導致科研能力較弱，且與高校和研究所合作的通道難以打開。
從經營規模和利潤水平來看，國內半導體企業和國外龍頭企業仍然有明顯的差距。國際龍頭公司博通于2019年實現營業收入225.97億美元，對應銷售毛利率為55.2%。意法半導體公司2019年營業收入154.16億美元，毛利率為38.7%；德州儀器2019年營業收入143.83億美元，近幾年毛利率一直為50%多，甚至60%以上。反觀國內企業，國內排名[敏感詞]的企業歌爾股份2019年營業收入大概50.68億美元，毛利率僅為15.43%。國內企業與國外巨頭對比，營收規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 從競爭者數量來看，由于MEMS傳感器類型較多，生產廠商眾多。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，其他主要競爭者包括意法半導體、德州儀器、Qorvo等。美國廠商占比超過半數，歐美、日本廠商在MEMS主要的芯片和微機電制造領域相對發達。國內的競爭者也有不俗表現，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，國際競爭者優勢明顯，但國內企業新秀在加速追趕。
圖13 國內MEMS傳感器行業剛剛步入成長期 
資料來源：國泰君安證券研究 綜上對市場規模、技術成熟度、企業經營狀況、競爭者數量等方面的分析，我們判斷，國內MEMS傳感器行業的國產替代尚處于成長初期，MEMS國產企業正在加快追趕行業巨頭。隨著物聯網、智能汽車、5G技術的發展，國內MEMS傳感器產業將保持繼續增長，國產替代步伐有望加速。
國產MEMS廠商發展空間大
1.國家政策大力支持MEMS傳感器產業發展 MEMS傳感器在現代化科技，例如物聯網、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模還是重要程度都是值得關注的一個市場。國家傳感器產業發展的政策環境持續優化，隨著“制造強國戰略”、“互聯網+”行動計劃的大力推進，傳感器技術及傳感器產業的重要性將日益凸顯，可以預見，未來傳感器技術將是我國科技發展的重中之重。
表1 國家發布的部分MEMS傳感器產業政策 
資料來源：國務院，國家發改委，工業和信息化部，國泰君安證券研究 2.下游市場的需求促進MEMS產業市場持續增長 消費電子領域是MEMS的[敏感詞]大市場，主要得益于智能手機、可穿戴設備和智能家居等領域市場的日益增長。中國作為全球[敏感詞]的電子產品生產基地，消耗了全球近一半的MEMS器件。中國MEMS消費電子類產品，例如智能手機、平板電腦等銷量的持續增長，帶動了加速傳感器、麥克風等MEMS行業的增長。此外，隨著智能駕駛和新能源汽車的發展，汽車電子領域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領域，中國已經形成了充滿活力的5G產業市場。投資者對5G市場充滿信心和希望，為5G的推廣應用提供了廣闊的發展空間。5G是萬物互聯的基礎，也推動萬物互聯加速發展，物聯網成為所有行業期待的下一個“風口”，全球物聯網產業迅速發展。中國物聯網市場增速領先全球，成為全球最活躍的物聯網應用市場，賽迪顧問預測，中國5G市場將持續高速增長。
圖14 中國2020-2025年中國5G投資預測 
資料來源：賽迪顧問，國泰君安證券研究 在物聯網領域，市場正推動著MEMS傳感器市場高速發展。MEMS傳感器在連接模擬與數字世界的過程中扮演著關鍵角色，其對周圍環境的感知和數據采集讓我們對各種設備和系統的正常運行有客觀而全面的了解。據全球移動通信系統協會GSMA統計，全球物聯網設備數量已從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的發展，物聯網市場潛力巨大。GSMA預測，到2025年全球物聯網設備將達到246億臺，2019到2025年將保持12.7%的復合增長率。
圖15 物聯網設備數快速增長（單位：十億） 
資料來源：GSMA，國泰君安證券研究 在醫療領域，COVID-19給整個世界帶來了巨大的災難，但是這使得醫療MEMS傳感器市場大幅增長。不管是電子體溫計，還是診斷設備，或者是呼吸機，這些醫療設備都脫離不了MEMS傳感器，使得這些領域的市場規模飛速增長。Yole預測，醫療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，加速了醫療消費市場的發展，時時監控身體指標的可穿戴醫療設備也迅速發展起來。由于疫情防控的原因，無接觸服務、機器人配送、機器人加工廠等需求的激增，間接地促進了MEMS產業的快速發展。此外，人們對于自動化的習慣養成，導致即使疫情在未來的某一天結束，人們仍然依賴于基于MEMS的無人化、自動化服務，所以產業并不會縮水，而是會繼續保持增長。
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