微机电系统（MEMS,Micro-Electro-Mechanical System），又称微电子机械系统、微系统、微机械等，是指尺寸为几毫米甚至更小的高科技设备。微机电系统的内部结构一般为微米甚至纳米，是一个独立的智能系统。它主要由传感器、动作器（执行器）和微能三部分组成。
微机电系统是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理控制电路、高性能电子集成设备、接口、通信等为一体的微设备或系统。它具有适合大规模生产的微型、智能、多功能、高集成和基本特点。
MEMS它是一项革命性的新技术，广泛应用于高新技术产业，是一项关系到国家科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。十四五规划的集成电路纲要包括MEMS。
近年来，我国智能传感器产业的发展已成为国家战略。随着一系列政策的频繁出台和3项政策的频繁出台C中国产品、汽车电子等下游产业的快速发展MEMS传感器市场需求旺盛，历年持续快速增长。从细分领域来看，惯性传感器、压力传感器、麦克风等领域逐年保持增长趋势。
资料来源：国务院、国家发改委、工业和信息化部
MEMS 传感器有很多种，分类方法也很多。根据其工作原理，大致可分为 MEMS 每一种物理、化学和生物传感器MEMS 传感器可分为不同的 MEMS 传感器可以测量不同的量，实现不同的功能。主要的 MEMS 传感器包括运动传感器、压力、麦克风、环境、光传感器等。
从产品结构来看，目前世界排名前五MEMS传感器细分为射频、压力、麦克风、加速器和陀螺仪，占近65%；中国市场的排名是射频、压力、麦克风、惯性和加速度计，类似于全球市场。
图3 MEMS产品结构传感器分类
MEMS产业链
与传统半导体产业相似，主要包括四个部分：前端 Fabless 设计环节，ODM 代工晶圆厂生产、包装试验到下游最终应用的四个环节。
图4 MEMS产业链
图5 MEMS产业链细分
中国的设计、制造和包装测试制造商都在积极布局 MEMS，已形成完整 MEMS 产业链。
图6 MEMS产业链企业分布
：以上海、无锡、南京为中心。逐步形成热敏、磁敏、图像、称重、光电、温度、气敏等相对完整的传感器生产体系和工业配套设施。
：主要是深圳中心城市。传感器产业体系主要由附近中小城市的外资企业组成，主要是热敏、磁敏、超声波和称重。
：主要生产沈阳、长春、哈尔滨。MEMS 力敏传感器、气敏传感器、湿敏传感器。
：主要是大学。从事新型传感器的研发，在某些领域填补国内空白。微米 / 纳米国家重点实验室已在北京建立。
：以郑州、武汉、太原为主。产学研紧密结合的模式在 PTC/NTC 热敏电阻、感应数字液位传感器、气体传感器等行业发展良好。
图8 国内MEMS企业分布
现有的市场竞争格局
从竞争对手的数量来看，因为MEMS传感器种类繁多，厂家众多。2019年中国MEMS市场主要是外国制造商，博通和博世并驾齐驱，其他主要竞争对手包括意大利半导体、德州仪器、Qorvo等。
超过一半的美国制造商，欧洲、美国和日本制造商MEMS主要芯片和微机电制造领域相对发达。国内竞争对手也表现良好，歌尔股份于2019年首次跻身全球MEMS厂商前十，瑞声科技排名22；代工厂领域，赛微电子控股公司Silex排名第一。总的来说，国际竞争对手优势明显，但国内企业新秀正在加速追赶。
全球传感器市场的主要制造商是GE传感器，爱默生，西门子，博世，意法半导体，霍尼韦尔，ABB、日本横河，欧姆龙，施耐德电气，E H这些外资企业占据了中国传感器市场约70%的份额。
在全球消费惯性传感器(加速度计 陀螺仪)市场，意大利半导体处于市场领先地位，约占市场份额的40%。
全球传感器分布
综上所述，对市场规模、技术成熟度、企业经营状况、竞争对手数量等方面的分析，我们判断国内MEMS传感器行业的国行业仍处于成长初期，MEMS国内企业正在加快追赶行业巨头。物联网、智能汽车、5G国内技术发展MEMS传感器行业将继续增长，预计国内替代步伐将加快。
MEMS这个行业曾经是美国、欧盟和日本的三大趋势，各有千秋。美国以军促民，发挥军政产学研的协同作用MEMS技术综合实力具有领先优势；日本在汽车电子用途中MEMS、机器人用MEMS其他方向能力突出，位居世界前十MEMS在巨头中，日本的数量常年与美国一致，但企业规模略低于美国；欧盟在汽车电子产品中使用MEMS、消费电子用MEMS拥有100多个重要市场份额MEMS芯片研发及生产机构。
中国MEMS长期以来，市场主要是外国制造商MEMS技术各环节成熟，使用寿命和产品精度优势明显。2019年，中国MEMS博通、博世、意法半导体、德州仪器等十大市场制造商QORVO、惠普、楼氏、恩智浦、歌尔和TDK，其中，美国公司占54%。中国企业歌尔挤进前十，2019年MEMS收入同比增长36%，远高于同行业其他龙头公司；瑞盛科技排名第22位，收入同比增长11%，也高于行业整体水平。
传感器企业的市场分布
国内制造商面临的机遇和挑战
目前，国内MEMS传感器制造商的总体规模不大。除了歌尔和瑞生的年收入超过1亿美元外，美信半导体、美泰科技、芯奥微等地方MEMS传感器厂商年营收均在6000万美元以下，整体规模较小。另外，国内厂商经营产品种类较为单一，产品线多数为一条，多为元器件供应商，解决方案供应能力较差。而国际巨头Invensense、英飞凌等国外厂商拥有2到3条产品线，博世、电装、意法半导体等MEMS产品线超过4条且具备一体化解决方案供给能力。相比之下，小供应商很难在较短时间内实现大批量生产制造，因此排名靠前的大供应商市场份额相对稳定，市场集中度较高。
（1）MEMS和传感器呈现多项功能高度集成化和组合化的趋势。由于设计空间、成本和功耗预算日益紧缩，在同一衬底上集成多种敏感元器件、制成能够检测多个参量的多功能组合MEMS传感器成为重要解决方案。
（2）传感器智能化及边缘计算。软件正成为MEMS传感器的重要组成部分，随着多种传感器进一步集成，越来越多的数据需要处理，软件使得多种数据融合成为可能。MEMS产品发展必将从系统应用的定义开始，开发具有软件融合功能的智能传感器，促进人工智能在传感器领域更广阔的应用。
（3）传感器低功耗及自供能需求日趋增加。随着物联网等应用对传感需求的快速增长，传感器使用数量急剧增加，能耗也将随之翻倍。降低传感器功耗，采用环境能量收集实现自供能，增强续航能力的需求将会伴随传感器发展的始终，且日趋强烈。
（4）MEMS向NEMS演进。随着终端设备小型化、种类多样化，推动微电子加工技术特别是纳米加工技术的快速发展，智能传感器向更小尺寸演进是大势所趋。与MEMS类似，NEMS（纳机电系统）是专注纳米尺度领域的微纳系统技术，只不过尺寸更小。
（5）新敏感材料的兴起。薄膜型压电材料具有更好的工艺一致性、更高的可靠性、更高的良率、更小的面积，可用于MEMS执行器、扬声器、触觉和触摸界面等。未来MEMS器件的驱动模式预计将从传统的静电梳齿驱动转向压电驱动。
（6）更大的晶圆尺寸。相比于目前业界普遍 应用的6英寸、8英寸晶圆制造工艺，更大的晶圆尺寸能够很大程度上降低成本、提高产量，并且晶圆尺寸的扩大与芯片特征尺寸的缩小是相应促进和互相推动的。例如，用12英寸晶圆工艺线制造的MEMS产品已经出现。
总结
MEMS传感器目前已经广泛运用于消费电子、汽车、工业、医疗、通信等各个领域，随着人工智能和物联网技术的发展，MEMS传感器的应用场景将更加多元。MEMS传感器是人工智能重要的底层硬件之一，传感器收集的数据越丰富和精准，人工智能的功能才会越完善。物联网生态系统的核心是传感、连接和计算，随着联网节点的不断增长，对智能传感器数量和智能化程度的要求也不断提升。未来，智能家居、工业互联网、车联网、智能城市等新产业领域都将为MEMS传感器行业带来更广阔的市场空间。
因其得天独厚的优势，MEMS传感器应用绝不仅局限于可穿戴设备，未来医疗、人工智能以及汽车电子等领域的传输底层架构均要依赖MEMS传感器来布局。
从目前全球的发展趋势来看，汽车工业和消费类电子的市场已经发展的足够发达，成为了MEMS传感器的发展基础，未来医疗、人工智能、物联网、智慧城市等智能现代化趋势明显，未来MEMS传感器的发展潜力很大。
未来智能实验室的主要工作包括：建立AI智能系统智商评测体系，开展世界人工智能智商评测；开展互联网（城市）云脑研究计划，构建互联网（城市）云脑技术和企业图谱，为提升企业，行业与城市的智能水平服务。
如果您对实验室的研究感兴趣，欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”
