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全球传感器市场超1.79万亿!中国占20%!最新传感器行业全面深度梳理(二)

发布时间:2023-08-24人气:326

1、传感芯片:集成化大势所趋


敏感元件/传感芯片是传感器的核心元件,负责将被测量到的非电参量转换成为电信号。狭义的传感芯片(含执行器)主要是指基于压电效应、压阻效应、热电效应和磁电效应等的敏感元器件,具体包括惯性(加速度和角速度)、压力、温度和磁传感器;广义的传感芯片还包括基于光电效应的光电子器件,市场规模较大且分工专业化,具体包括图像传感器、发光二极管、光线传感器、激光器、激光检测器、光耦、红外发光二极管和显像管等。精度、输出噪声、功耗、温漂、抗浪涌电压等是核心指标。

由于输入信号和应用场景的差异,传感芯片具有非标准化的特征,市场相对分散。传感芯片有众多分类方式:
1、按照被测量性质,
有温度、湿度、重量、压力、压强、电压、电流、惯性加速度、位置、声音、气体、电磁波等:2、按照工作原理,有磁电效应(霍尔效应和磁阻效应)、压电效应、压阻效应、光电效应、热电效应(塞贝克效应)等;3、按照制造工艺,有MEMS(微机电系统)、CMOS(互补金属氧化物半导体)、CMOS-MEMS集成等;4、按照导电材料,有半导体、陶瓷和压电衬底等

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(1)MEMS:规模更大的传感芯片,市场稳增长


MEMS传感器芯片市场规模更大,占传感器芯片总市场的一半,未来仍有望稳定增长,目前国产化率仍低。MEMS是一种加工工艺,它利用半导体加工技术在硅晶圆上制造出微型电路和机械系统,经封装和切割组装形成硅基换能器,具有微型化、功耗低、成本低等优势,可用作加速度、角速度、压力和执行器等多种传感器芯片的生产制造。


根据Omdia的数据统计,2022年全球MEMS行业市场规模已达到184.77亿美元,目前MEMS传感器在消费电子、医疗、汽车电子以及工业等应用领域占比更高,分别占据41.8%、28.1%、16.7%和9.1%。其中射频滤波器、压力传感器、惯性传感器和声学传感器是MEMS的主要应用。


对比其他传感器制造工艺,MEMS具有可批量生产、但技术复杂度高以及定制化属性强的特征,国际龙头主导市场份额并普遍采用IDM(垂直整合制造)生产模式。(1)相比传统机械系统,MEMS由于足够小型化,可通过微纳加工工艺批量生产;(2)相比标准CMOS工艺,MEMS由于复杂的微小机械系统的存在,制造过程需要兼顾电路和机械系统,而不同的传感器又拥有不同的机械特性,使得MEMS在晶圆制造和封装测试环节都有较强的定制化特征,有“一种产品,一种制造工艺”,海外龙头厂商普遍采用IDM生产模式。


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国产MEMS传感芯片的参与者以Fabless为主,虽然IDM更有助于中长期发展,但是考虑到技术发展阶段,中短期立足Fabless模式,同时获得先进的、充足的代工资源成为国产厂商参与全球竞争关键。根据Yole,全球领先的MEMS晶圆代工厂包括赛莱克斯Silex、Teledyne DALSA、索尼Sony、台积电TSMC、X-Fab、APM、IMT、世界先进VIS、高塔半导体Tower Jazz、联华电子UMC等。我国有赛微电子、中芯集成、华虹宏力等。通过收购海外龙头公司,有利于加速国产厂商在MEMS生产技术上的突破。


(2)磁传感:受益于新能源汽车,增长弹性显著


磁传感器以半导体材料和CMOS制造工艺为主,是仅次于MEMS的第二大类传感器芯片,市场规模约25亿美元,未来将显著受益于新能源汽车,并且国产厂商加速突破。


磁传感器包括霍尔和磁阻(xMR,含AMR、GMR和TMR)两大类,分别基于霍尔效应和磁阻效应。霍尔磁传感器应用相对更广泛,它使用标准化的CMOS生产工艺,将霍尔元件、稳压电路和运算放大器集成,因而规模量产性和成本较优。霍尔磁传感器功能上可分为线性霍尔、开关霍尔两类,前者输出模拟量,输出是和输入量成正比的电压;后者输出数字量,根据电路电平状态变化输出0和1,进而控制开关通断。

竞争格局方面,全球磁传感器市场主要由美国、日本和欧洲公司主导,行业龙头包括Allegro、英飞凌Infineon、迈来芯Melexis、AKM和东电化TDK等;国产参与者包括比亚迪半导体、灿瑞科技、纳芯微、艾为电子、赛卓电子、麦歌恩等。不同于MEMS传感器定制化的生产工艺和封装,磁传感器(霍尔为主)使用标准的CMOS晶圆生产工艺,具备相对成熟且充足的产能资源,因此行业参与者均采用晶圆代工,自主封装的业务模式。


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