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行业资讯 MEMS惯性器件加速市场渗透赋能雷火竞技首页,人形机器人、自动驾驶、消费电子等多领域

2024-11-01
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  文章来源:东吴证券行业报告《MEMS惯性器件应用广泛,有望开拓广阔替代空间》

  陀螺仪是一种测量角速率的装置,广泛应用于导航定位、姿态感知等领域,其中 MEMS陀螺仪通过科里奥利力原理和电容变化来检测旋转运动。陀螺仪是测量角速率的一种器,主要用于导航定位、姿态感知、状态监测、平台稳定等应用领域。MEMS 陀螺仪陀螺仪利用科里奥利力原理——旋转物体在有径向运动时所受到的切向力。MEMS陀螺仪通常是用两个方向的可移动电容板,通过电容变化来测量科里奥利力。MEMS 陀螺仪的工作原理是传感器的外框在旋转运动期间沿相反方向摆动,当物体旋转时,内部梳状结构一部分产生偏转,改变梳状结构间的距离,从而改变电容,测量出转角。

  加速度计通过测量质量块所受惯性力,将线加速度变化转换为电容变化,从而广泛应用于导航定位和姿态感知等领域。加速度计是一种能够测量物体线加速度的器件,广泛应用于导航定位、姿态感知、状态监测、平台稳定等领域。加速度计的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。MEMS 加速度计利用敏感结构将线加速度的变化转换为电容的变化量,最终通过专用集成电路读出电容值的变化,得到物体运动的加速度值。其工作原理是当物体产生加速度时,带动梳妆结构产生位移,使梳妆结构间电容改变,从而测量出加速度值。

  MEMS 惯性器件市场规模庞大且增长迅速,其主要应用于消费电子和汽车领域,包括手机、AR/VR控制、无人机、汽车导航、电子稳定器、状态监测以及自动驾驶等众多高科技领域。MEMS惯性器件市场规模大且增速迅速。消费电子和汽车是 MEMS 惯性传感器主要终端应用领域,具体应用领域还涉及:手机导航、防抖、游戏姿态控制、 AR/VR控制、相机防抖、姿态控制、消费级无人机姿态感知、控制、汽车、航海辅助导航、船舶、列车电子稳定器、矿山隧道、地下铁路、石油勘探等、设备状态监测、汽车自动驾驶、航空航天等。

  2018 年至 2027 年,全球 MEMS 惯性传感器市场销售额预计以 6.39%的复合年增长率增长,其中同期 MEMS 加速度计市场销售额增速更为显著,达到 6.72%。根据 Yole的统计,全球 MEMS 惯性传感器市场规模从 2018 年的销售额 28.31 亿美元、销售量31.21 亿颗增长至 2021 年的销售额 35.09 亿美元、销售量 39.39 亿颗,预计该市场将于2027 年增长至销售额 49.43 亿美元、销售量 60.60 亿颗,2018 年至 2027 年销售额及销售量的复合增长率分别为 6.39%和 7.65%。其中,全球 MEMS 加速度计的市场规模从 2018 年的销售额 9.14 亿美元、销售量 10.23 亿颗增长至 2021 年的销售额 12.19 亿美元、销售量 15.37 亿颗,预计该市场将于 2027 年增长至销售额 16.41 亿美元、销售量 24.28亿颗,2018 年至 2027 年销售额及销售量的复合增长率分别为 6.72%和 10.08%。

  中国 MEMS 惯性传感器行业产业链分为三个环节,上游包括材料、设备及 EDA;中游包括设计、晶圆制造、封测等,其中晶圆制造又可分为 MEMS 晶圆制造企业和 IDM企业两类;下游终端厂商覆盖消费电子、汽车、工业、医疗、航天等多个领域。中国 MEMS惯性传感器行业产业链是一个高度专业化和分工明确的系统。上游环节专注于提供关键材料、精密设备和先进的电子设计自动化工具。中游环节涵盖设计、晶圆制造和封装测试,其中晶圆制造分为专注于 MEMS 的企业和集成设备制造商。下游则连接到广泛的终端市场,包括消费电子、汽车、工业、医疗和航天等。

  技术壁垒在于其高性能的 MEMS 惯性传感器、定制化的芯片设计和工艺方案、以及在高可靠性、无人系统和高端工业领域的深入技术积累和测试标准制定。首先,需要通过与晶圆代工厂的紧密合作,实现了针对不同 MEMS 芯片的定制化工艺方案,确保了产品的高性能和可靠性。其次,需要在高可靠性领域取得了显著的技术突破,如抗高冲击、平台稳定性和超低噪声等。此外,还要在 ASIC 芯片设计上进行了优化,提升产品的重复性和非线性指标,增强了在复杂环境下的测量精度。

  芯动联科、敏芯股份、星网宇达及睿创微纳在 MEMS 传感器领域均积累了深厚的研发实力和行业经验。芯动联科专注高性能 MEMS 惯性传感器的研发与量产,其产品性能达国内领先、国际先进水平,广泛应用于高端工业及无人系统等领域。敏芯股份则通过 15 年的持续投入,在 MEMS 声学传感器领域实现了全生产环节的自主可控,产品覆盖消费电子、医疗等多个领域。星网宇达长期深耕惯性导航技术,是国内少数具备惯性器件及惯导系统制造能力的民营企业之一。而睿创微纳则在非制冷红外热成像与 MEMS 传感技术领域表现出色,研发出世界首款大面阵非制冷红外探测器,建立了红外开源平台,奠定了其在行业内的领先地位。

  高性能 MEMS 惯性传感器拥有低成本、小型化、集成化的优势,未来将替代两光传感器。目前,市场上大量使用的陀螺仪主要包括激光陀螺仪、光纤陀螺仪和 MEMS陀螺仪,虽然 MEMS 陀螺仪精度较激光陀螺仪与光纤陀螺仪低,但仍具有广阔的应用场景。随着高性能 MEMS 陀螺仪的精度不断提升,并依托成本的优势,可逐步应用于中低精度两光陀螺的应用领域。同时,由于高性能 MEMS 陀螺仪具有小体积、高集成、抗高过载的优势,可以解决光纤陀螺和激光陀螺由于体积较大、抗冲击能力弱的问题,满足高可靠、无人系统等领域智能化升级的要求,进一步拓展高性能 MEMS 陀螺仪的增量市场。

  MEMS 惯性传感器在自动驾驶汽车领域具有广阔前景,随着汽车智能化提升对于环境感知能力要求的提升,GNSS+IMU 的组合导航系统需求快速增加。组合导航系统通过卫星导航+惯性导航的组合为车辆提供实时、可靠的定位及姿态检测信息,是向更高阶自动驾驶等级迈进过程中的关键传感器之一。公司惯性器件产品可应用于自动驾驶领域。根据 iimedia 估计雷火竞技首页,,2025 年全球无人驾驶汽车市场规模将突破 1,200 亿美元, 2021-2025 年复合增长率为 46.78%,增长潜力较大。

  MEMS 产品在无人系统领域也有广泛的应用场景及广阔的市场空间。利用惯性器件及捷联惯性导航技术,可以为无人系统提供精确的速度、位置和姿态等信息,从而实现其精确的导航定位和姿态控制。无人系统包含无人机、无人车、无人船、无人潜航器以及机器人等多种无人平台, 其中尤以无人机的应用最为广泛。根据 Drone Industry Insight 数据,2020 年全球无人机市场规模为 209 亿美元, 预计到 2026 年全球无人机市场规模将达 413 亿美元,2020-2026 年复合增长率为 12.02%。Frost & Sullivan 估计,2020 年中国民用无人机行业整体市场规模达 599 亿元,发展潜力大。

  惯导传感器是实现人形机器人姿态控制的核心,随着人形机器人产业的扩张,有望带动传感器行业进一步扩容。未来雷火竞技首页,,人形机器人将服务人类的方方面面,科技公司“造人”成趋势。特斯拉首款人形机器人“擎天柱”optimus 于 10 月 1 日在 2022 年 AI 日活动首次亮相,已知该机器人能够实现重物搬运、为植物浇水、移动金属棒等功能。

  MEMS 传感器在消费电子、汽车、工业等领域广泛应用,特别是高性能 MEMS 陀螺仪因其高性价比、小型化及强适应性,在多个新兴领域前景广阔,2027 年全球市场规模预计将达到 223 亿美元。MEMS 传感器作为信息获取和交互的关键器件,目前已在消费电子、汽车、 工业、高可靠等领域广泛应用。国内 MEMS 技术发展较晚,国内各高校、研究所虽然做了大量的研究工作,但高性能 MEMS 陀螺仪少有量产产品。由于 MEMS 陀螺仪性价比高、体积小、雷火竞技平台,抗冲击能力强、易于批量生产列装等特点,更加适合 5G 通信、工业 4.0、航空航天、自动驾驶等新领域的应用,广阔的市场空间为高端 MEMS 传感器企业创造了良好的发展机遇。根据 Yole 的统计和预测,全球 MEMS 行业市场规模将从 2021 年的 136 亿 美元增长到 2027 年的 223 亿美元,2021-2027年复合增长率为 9.00%。

  电子元器件是支撑信息技术产业发展的基石,也是保障产业链供应安全稳定的关键。国家相继出台了一系列法律法规、规划纲要及产业鼓励政策促进行业快速发展。电子元器件作为信息技术产业的坚实基石,不仅广泛支撑着从消费电子到航空航天等多元领域 的创新与发展,更是维护产业链供应链安全稳定不可或缺的一环。鉴于其重要性,国家 高度重视并持续推动电子元器件产业的繁荣,通过制定和实施一系列法律法规、战略规划及产业扶持政策,旨在构建更加完善、高效、安全的产业链生态。

  从地域来看,在 MEMS 这个领域,依然是美国占据较强的地位,有接近一半的厂商是属于美国。欧洲也不逊色,有博世、意法半导体、雷火竞技平台,恩智浦等。日本厂商以特色占有一席之地。目前国内缺乏从事 MEMS 传感器研发与量产的大型企业,全球MEMS 传感器市场的市场份额仍然主要被国外厂商占据。目前已有少数企业已开始崭露头角,部分国内企业发力 MEMS,已取得显著成果。芯动联科作为中国最早成立的 MEMS 研发公司之一,现已拥有完整的芯片设计、晶圆制造、封装与测试等全产业链的自主研发设计能力,凭借完全自主设计的 MEMS 芯片与 ASIC 芯片成功打破了国外厂商长期垄断的格局。

  小型化、低成本化是无人机发展的未来趋势,给高性能 MEMS 惯性传感器带来了广阔市场需求。随着无人机技术的飞快发展,无人机的市场规模和范围持续蓬勃发展,新应用程序不断涌现。无人机的应用也越来越普遍,无人机能够保持方向稳定、被用户精准操控,或者自动飞行,都依赖于惯性 MEMS 传感器。

  MEMS 惯性传感器作为人形机器人姿态控制的核心,人形机器人拓展了 MEMS 惯性传感器成长空间。在全球普遍面临人口老龄化问题的情况下,人形机器人在医疗、护理和日常生活辅助等领域的需求将会日益凸显。与此同时,鉴于新生代人群更倾向于追求创作型与技能型工作,传统的体力劳动与机械性劳动逐渐失去吸引力,这为人形机器人在制造业、农业和服务业中的应用创造了广阔的空间。

  MEMS 传感器适应性强,能在各种恶劣条件下工作,并且其具备成本低、精度高、多元化的优势,因此 MEMS 的应用渗透到各行各业当中雷火竞技首页,。随着物联网、工业 4.0、元宇宙、云计算等产业进一步发展,雷火竞技平台,将持续带动 MEMS 在核心场景的落地。

  目前,MEMS 传感器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。未来, MEMS 器件需求将不断扩大,且国家大力支持半导体市场国产替代,在政策支持以及市场驱动下,半导体企业将不断加大技术、产品研发能力,逐渐缩小与国际领先企业之间差距,行业发展潜力较大。

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