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，中国发展智能传感器产业已上升为国家战略。随着一系列政策的频繁出台以及3C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 传感器种类繁多，分类方法也多种多样。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 传感器可感器可以分为许多类别 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。运动传感器可分为陀螺仪、加速度计和磁力计。
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 从生产环节、封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 的产业链。
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。北京已建立微米 / 纳米国家重点实验室。
：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十大厂商，瑞生科技排名22；在OEM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。
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、日本三分天下的趋势，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占有重要的市场份额，拥有100多个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技术各环节都比较成熟，在使用寿命和产品精度上优势明显。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，美国公司占54%。2019年，中国企业歌尔挤进前十，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传感器厂家整体规模不大。除歌尔与瑞声年营收在1亿美元以上，美新半导体、美泰科技、芯奥微等本土MEMS传感器制造商年收入低于6000万美元，总体规模较小。此外，国内厂家经营的产品种类相对单一，产品线多为一条，多为元器件供应商，解决方案供应能力差。而国际巨头Invensense、英飞凌等国外厂商拥有博世、电装、意法半导体等2-3条产品线MEMS产品线超过4条，具有综合解决方案供应能力。相比之下，小供应商很难在短时间内实现大规模生产，因此顶级大供应商的市场份额相对稳定，市场集中度较高。
（1）MEMS与传感器呈现出多功能高度集成和组合的趋势。由于设计空间、成本和功耗预算日益紧缩，各种敏感元件集成在同一基础上，并制多功能组合，可以检测多个参数MEMS传感器已成为一种重要的解决方案。
(2)智能传感器和边缘计算。软件正在成为MEMS随着各种传感器的进一步集成，越来越多的数据需要处理，软件使各种数据可以集成。MEMS产品开发将从系统应用的定义出发，开发具有软件集成功能的智能传感器，促进人工智能在传感器领域的广泛应用。
（3）对传感器低功耗和自供能的需求日益增加。随着物联网等应用对传感器需求的快速增长，传感器的使用量急剧增加，能耗也将翻倍。随着传感器的发展，降低传感器的功耗，利用环境能量收集实现自供能。
（4）MEMS向NEMS演变。随着终端设备的小型化和多样化，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的发展是时代的趋势。MEMS类似，NEMS(纳米机电系统)是一种专注于纳米尺度的微纳米系统技术，但尺寸较小。
(5)新敏感材料的兴起。薄膜压电材料具有更好的工艺一致性、更高的可靠性、更高的良率和更小的面积，可用于MEMS执行器、扬声器、触摸和触摸界面等。MEMS该装置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)晶圆尺寸较大。与目前行业普遍相比， 采用6英寸、8英寸晶圆制造工艺，更大的晶圆尺寸可以大大降低成本，提高产量，而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。
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