MEMS是Micro Electro Mechanical System的缩写，简称微机电系统，是按功能要求在芯片上把微电路和微机械集成于一体的系统。MEMS基于光刻、腐蚀等传统半导体技术，融入超精密机械加工，并结合力学、化学、光学等学科知识和技术基础，使得一个毫米或微米级的MEMS具备精确而完整的机械、化学、光学等特性结构。MEMS产品主要可以分为MEMS传感器和MEMS执行器，其中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，而执行器是用于实现机械运动、力和扭矩等行为的器件。  
      图1  MEMS传感器及局部显微放大            资料来源：Vesper       图2  MEMS传感器工作原理            资料来源：前瞻产业研究院      

图3  MEMS传感器分类

资料来源：赛迪顾问

  MEMS传感器是采用微电子和微机械技工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，通过微传感元件和传输单元把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的特点。  
       MEMS传感器应用领域广泛  
       作为获取信息和实现交互的关键器件，MEMS对机械系统的微型化起着重要的推动作用。MEMS传感器已在汽车电子、消费电子、航空航天、生物医学、工业等领域得到了广泛的应用。消费电子和汽车为目前MEMS最主要的应用领域。从2019年全球MEMS市场结构来看，消费电子为主要应用领域，占比接近60%；汽车为第二大应用领域，占比约19%。从2019年中国MEMS市场结构来看，网络与通信、计算机、消费电子合计占比50%，汽车领域占比29%。随着新能源车渗透率进一步提升与物联网的发展，在2019年，网络与通信、汽车电子占据MEMS市场应用半数以上的份额，随着5G、智能网联的落地，MEMS的渗透率将继续提升，上述领域的市场空间有望进一步打开。  
      图4  2019年全球MEMS市场结构            资料来源：Yole Development，国泰君安证券研究       图5  2019年中国MEMS市场结构            资料来源：Yole Development，国泰君安证券研究  
  MEMS传感器发展历程  
      [敏感词]阶段是从1990年到2000年，汽车的电子设备以及应用逐渐增多推动MEMS传感器应用落地，例如：安全气囊、制动压力、轮胎压力监测系统等。对这些需求的增长，使得欧洲、日本和美国的企业开始研发并且大量生产汽车周边所用的MEMS传感器产品；  
  第二阶段是从2000年到2010年，驱动力为消费电子的快速发展。消费电子产品如手机、平板电脑、笔记本电脑等要求MEMS传感器产品有更小的体积和更低的能耗表现；
 
  第三阶段是从2010年到2020年，物联网产业的快速发展，使得MEMS传感器行业拥有了巨大的发展空间。除了智能手机、平板电脑等消费电子之外，MEMS传感器将会在AR/VR、智能手表、智能驾驶、智慧物流、智慧医疗等领域广泛应用。
 
  第四阶段是从2020年起，随着自动驾驶、5G发展以及物联网普及，MEMS的发展空间被进一步拓展，通过提高MEMS传感器产品各项性能，以满足更小、更低能耗、更高性能的需求。  
     

图6  MEMS传感器的发展阶段

资料来源：爱集微，国泰君安证券研究

         

行业刚刚步入成长期

从市场规模来看，据Yole统计及预测，2019年全球MEMS市场规模为115亿美元，COVID-19导致2020年市场增速放缓，从2021年起市场将恢复增长，预计到2025年市场将达到近177亿美元，2019-2025年的复合年增长率为7.4％。在中国消费电子、汽车电子以及工业快速发展的背景下，中国是过去5年MEMS市场规模增长最快的国家，也是全球[敏感词]的电子产品生产国。手机以及平板对MEMS产品需求非常大，中国的手机出货量为全球[敏感词]，手机产业所需的光传感器、运动传感器等MEMS传感器供应商已经将中国视为最重要的市场。根据赛迪智库的统计，2019年中国市场规模约600亿元，占全球市场比例约54%；国内市场增速持续高于全球，预计2022年中国MEMS市场规模将超过1000亿元人民币。  
      图7  全球MEMS市场规模增速加快           资料来源：Yole Development，赛迪顾问，国泰君安证券研究      图8  中国是过去5年MEMS市场规模增长最快的国家            资料来源：赛迪顾问，国泰君安证券研究      
  从产品结构上看，目前全球排名前五的MEMS传感器细分领域为射频、压力、麦克风、加速计和陀螺仪，占比接近65%；中国市场的这一排序为射频、压力、麦克风、惯性和加速度计，与全球市场相似。根据Yole预测，2024年市场规模在10亿美元以上的MEMS传感器细分领域包括射频、惯性组合、超声指纹、压力、麦克风和喷墨打印。  
      图9  2019年全球MEMS市场结构（按器件类型）            资料来源：Yole Development，国泰君安证券研究       图10  2018-2024年MEMS产业市场规模与复合增速            资料来源：Yole Development，国泰君安证券研究      

图11  不同领域MEMS市场规模及预测（亿美元）

资料来源：Yole Development，国泰君安证券研究

  从应用终端来看，根据Yole的预测，在物联网和手机5G换机的驱动下，全球消费级MEMS市场规模有望从2019年的68.7亿美元增长至2025年的111.4亿美元；在智能汽车渗透率提升的带动下，汽车MEMS市场规模有望从2019年的21.8亿美元增长至2025年的26亿美元，期间的CAGR为3%。另外，工业、医疗、通信、[敏感词]、航空领域的市场需求也在提升。  
  从技术成熟度角度来看，国内MEMS技术发展目前尚处于起步阶段。在产品研发方面，我国虽然申请专利数量在世界上排名第三，但是专利质量较差，核心专利较少；而且，申请专利的单位主要以高校和研究所为主，产业化程度低，仍需要成果转化。在封装制造方面，国内缺少代工经验，国内代工企业制造出来的MEMS传感器可靠性和良品率不能完全达到规模化生产的要求，距离市场应用仍有一定差距。在企业规模方面，国内大部分企业为中小型企业，资金不足、吸引人才能力差，导致科研能力较弱，且与高校和研究所合作的通道难以打开。
 
  从经营规模和利润水平来看，国内半导体企业和国外龙头企业仍然有明显的差距。国际龙头公司博通于2019年实现营业收入225.97亿美元，对应销售毛利率为55.2%。意法半导体公司2019年营业收入154.16亿美元，毛利率为38.7%；德州仪器2019年营业收入143.83亿美元，近几年毛利率一直为50%多，甚至60%以上。反观国内企业，国内排名[敏感词]的企业歌尔股份2019年营业收入大概50.68亿美元，毛利率仅为15.43%。国内企业与国外巨头对比，营收规模和盈利能力仍有较大差距。   
      图12  部分MEMS上市公司历史毛利率（%）            资料来源：Wind，国泰君安证券研究      
  从竞争者数量来看，由于MEMS传感器类型较多，生产厂商众多。2019年中国MEMS市场主要以外国厂商为主，博通和博世并驾齐驱，其他主要竞争者包括意法半导体、德州仪器、Qorvo等。美国厂商占比超过半数，欧美、日本厂商在MEMS主要的芯片和微机电制造领域相对发达。国内的竞争者也有不俗表现，歌尔股份在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[敏感词]。总体来看，国际竞争者优势明显，但国内企业新秀在加速追赶。  
      图13  国内MEMS传感器行业刚刚步入成长期            资料来源：国泰君安证券研究      
  综上对市场规模、技术成熟度、企业经营状况、竞争者数量等方面的分析，我们判断，国内MEMS传感器行业的国产替代尚处于成长初期，MEMS国产企业正在加快追赶行业巨头。随着物联网、智能汽车、5G技术的发展，国内MEMS传感器产业将保持继续增长，国产替代步伐有望加速。  
         

国产MEMS厂商发展空间大

1.国家政策大力支持MEMS传感器产业发展  
      MEMS传感器在现代化科技，例如物联网、智能制造、智能物流等方面起着非常重要的作用。中国是全球MEMS传感器[敏感词]的市场，中国MEMS传感器市场不管是从规模还是重要程度都是值得关注的一个市场。国家传感器产业发展的政策环境持续优化，随着“制造强国战略”、“互联网+”行动计划的大力推进，传感器技术及传感器产业的重要性将日益凸显，可以预见，未来传感器技术将是我国科技发展的重中之重。  
      表1  国家发布的部分MEMS传感器产业政策            资料来源：国务院，国家发改委，工业和信息化部，国泰君安证券研究  
       2.下游市场的需求促进MEMS产业市场持续增长  
       消费电子领域是MEMS的[敏感词]大市场，主要得益于智能手机、可穿戴设备和智能家居等领域市场的日益增长。中国作为全球[敏感词]的电子产品生产基地，消耗了全球近一半的MEMS器件。中国MEMS消费电子类产品，例如智能手机、平板电脑等销量的持续增长，带动了加速传感器、麦克风等MEMS行业的增长。此外，随着智能驾驶和新能源汽车的发展，汽车电子领域MEMS市场快速增长，2019年市场份额达到17.8%，位居第二。  
  政府大力支持5G领域，中国已经形成了充满活力的5G产业市场。投资者对5G市场充满信心和希望，为5G的推广应用提供了广阔的发展空间。5G是万物互联的基础，也推动万物互联加速发展，物联网成为所有行业期待的下一个“风口”，全球物联网产业迅速发展。中国物联网市场增速领先全球，成为全球最活跃的物联网应用市场，赛迪顾问预测，中国5G市场将持续高速增长。  
      图14  中国2020-2025年中国5G投资预测            资料来源：赛迪顾问，国泰君安证券研究      
  在物联网领域，市场正推动着MEMS传感器市场高速发展。MEMS传感器在连接模拟与数字世界的过程中扮演着关键角色，其对周围环境的感知和数据采集让我们对各种设备和系统的正常运行有客观而全面的了解。据全球移动通信系统协会GSMA统计，全球物联网设备数量已从2010年的20亿台，增长到2019年的120亿台，未来受益于5G商用化和Wi-Fi6的发展，物联网市场潜力巨大。GSMA预测，到2025年全球物联网设备将达到246亿台，2019到2025年将保持12.7%的复合增长率。  
      图15  物联网设备数快速增长（单位：十亿）            资料来源：GSMA，国泰君安证券研究      
  在医疗领域，COVID-19给整个世界带来了巨大的灾难，但是这使得医疗MEMS传感器市场大幅增长。不管是电子体温计，还是诊断设备，或者是呼吸机，这些医疗设备都脱离不了MEMS传感器，使得这些领域的市场规模飞速增长。Yole预测，医疗MEMS市场2020年会有10.6%的增长。此外，疫情增强了人们对于健康的重视程度，加速了医疗消费市场的发展，时时监控身体指标的可穿戴医疗设备也迅速发展起来。由于疫情防控的原因，无接触服务、机器人配送、机器人加工厂等需求的激增，间接地促进了MEMS产业的快速发展。此外，人们对于自动化的习惯养成，导致即使疫情在未来的某一天结束，人们仍然依赖于基于MEMS的无人化、自动化服务，所以产业并不会缩水，而是会继续保持增长。  
 
     

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