全球MEMS产业重心东迁,中国成亚太发展潜力最大的区域

中国是世界制造大国,同时也是消费大国。中国消耗了全球近二分之一的MEMS器件,是全球最大的MEMS消费市场。

  MEMS即微机电系统(MicroelectroMechanicalSystems),指利用集成电路制造技术和微加工技术把微结构,把微传感器、微执行器等制造在一块或者多块芯片上的微型集成系统。MEMS传感器具有微型化、集成化、智能化、成本低、效能高、可大批量生产等特点,极大地满足了市场对传感器小体积、高性能的要求,正在逐渐取代传统机械传感器。

  MEMS技术被誉为21世纪具有革命性的高新技术,其发展与市场需求有着紧密的联系。


  物联网发展浪潮催生中国MEMS巨大消费市场

  MEMS技术是随着集成电路发展起来的一门新技术,起源于1947年美国贝尔实验室晶体管的发明,直到1987年美国伯克利加州大学发明了微马达,引起国际学术界的轰动,人们看到了电路与执行部件集成制作的可能性,这是MEMS技术的开端。

  此后,随着MEMS技术的迅速发展与MEMS产品商业化的落地,MEMS的应用市场快速扩张。从历史发展轨迹来看,MEMS传感器共经历了三次发展浪潮,汽车电子、消费电子和物联网分别为主要的推动力量。


  MEMS产业发展的三次浪潮

  来源:赛迪顾问

  第一次发展浪潮发生在20世纪80年代末至90年代,汽车电子应用如安全气囊、制动压力、轮胎压力监测系统等需求增长,巨大利润空间驱动欧洲、日本和美国的企业大量研发生产MEMS传感器产品。

  第二次发展浪潮发生在2007年以后,消费电子产品如手机、移动互联网设备等要求体积更小且功耗更低的MEMS传感器产品。

  第三次发展浪潮是物联网的出现,受益于物联网产业的快速发展,MEMS行业带来巨大的发展红利。除了智能手机,MEMS传感器将会在AR/VR、可穿戴等消费电子,智能驾驶、智能工厂、智慧物流、智能家居、环境监测、智慧医疗等物联网领域广泛应用。MEMS是当前移动终端创新的方向,通过对MEMS传感器产品持续改进,最终满足更小、更低能耗、更高性能的需求,才能更加的适用于各种物联网场合。

  如今,随着物联网的快速发展,将对MEMS产业产生深远的影响,催生出大量新的产品、新的应用,带动MEMS产品在日常生活及工业生产中的普及化,进一步扩大MEMS市场。据麦姆斯咨询(MEMSConsulting)预计,全球传感器和执行器市场规模将从2016年的380亿美元增长至2021年的660亿美元,复合年均增长率为12%。在这一蓬勃发展的市场中,MEMS处于支柱地位,以114亿美元占据2016年全球传感器和执行器市场的30%份额并以14%的复合年均增长率增长,到2021年全球MEMS传感器市场规模将达到220亿美元。 


  资料来源:麦姆斯咨询

  而中国消耗了全球近二分之一的MEMS器件,是全球最大的MEMS消费市场。近年来,中国MEMS消费电子类产品,如智能手机、平板电脑等产量保持稳定增长,带动加速传感器、陀螺仪、硅麦克风等MEMS行业需求的增长,中国已经成为全球MEMS市场发展最快的地区。预计2016-2021年中国的MEMS市场年均复合增长率将超过15%,远高于全球9.6%的增速。

  未来,中国必然是MEMS消费市场的主力军之一。

  MEMS产业重心东迁亚太,中国成亚太MEMS发展潜力最大的区域

  MEMS传感器在经历浪潮变化的同时,全球电子制造产业链也在加速向亚太地区转移,未来,亚太地区凭借成本等优势,将吸引MEMS产业重心不断东迁,亚太地区的MEMS产业规模将持续增长。

  产业转移是发生在不同经济发展水平的区域之间的一种重要的经济现象,在市场经济条件下,发达区域的部分企业顺应区域比较优势的变化,通过跨区域直接投资,把部分产业的生产转移到发展中区域进行,从而在产业的空间分布上表现出该产业由发达区域向发展中区域转移的现象。

  普遍认为,全球范围内出现过四次大规模的制造产业迁移:从英国迁移至美国,再迁移至日本、德国,继而迁移至亚洲“四小龙”,直到如今正在迁移至发展中国家...每一次的产业迁移过程都带动了当地科技与经济飞速的发展。在这次产业转移过程中,中国,及东南亚地区增长最快。

  据Prismark统计,从2006年开始,中国就超过日本成为全球产值最大、增长最快的PCB制造基地,并已成为推动全球PCB行业发展的主要增长动力。如今中国已是全球最大的电子产品生产基地。

  在此背景下,MEMS产业也在不断向东迁移进程中。纵观全球MEMS传感器市场,美、日、德一直占据着主导地位,其中,IDM厂商较少,博世、意法半导体等就是这类。大多数MEMS行业的主要厂商是以Fabless为主,例如楼氏、惠普、佳能等,故MEMS生产制造因为劳动力、地价和市场等优势,开始向亚太地区迁移。

  近年来,亚太地区(含日本)受到智能手机、平板电脑、可穿戴产品等市场需求持续增长、且全球电子整机产业不断向中国转移等因素影响,增长速度较快,2017年MEMS市场占比达到46.8%,反超美国、欧洲等区域。


2017年全球MEMS传感器行业各地区市场占比情况

来源:前瞻产业研究院

  如今亚太地区已成为大型投资和业务扩张机会的全球焦点。而中国是亚太地区MEMS发展潜力最大、增速最快的区域。

  市场方面,物联网市场对MEMS产品需求巨大,且中国是全球最为活跃的物联网应用市场。而消费电子更新加快推动MEMS行业发展4G和5G网络及相应产品的普及不断拓展智能手机、可穿戴设备及相关消费电子产品的应用深度和广度。同时,智能音箱、智能电视、智能可穿戴设备等智能硬件新的应用市场也不断被创造出来,将引领中国MEMS产业进入下一轮高速增长期。

  政策方面,国内传感器产业发展环境持续优化,推动传感器市场加速发展。为促进我国传感器产业发展,迈向中高端水平,2016年9月国家发展改革委员会和工信部发布了《智能硬件产业创新发展专项行动(2016-2018年)》;2017年11月工信部发布了《智能传感器产业三年行动指南(2017-2019年)》。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。

  技术方面,计算机视觉、传感器融合等新技术,为MEMS市场注入新活力。目前我国大力推进人工智能发展领域的边缘计算、计算机视觉和传感器融合技术落地应用于各个行业,支撑创新服务发展。

  机遇与挑战并存,中国MEMS产业如何突围?

  然而,尽管全球MEMS传感器产业向亚洲转移,但具体到国家来看,美国、日本和德国作为全球MEMS产业、技术和产品的发达国家,其行业发展水平依旧世界领先。与他们比,我国MEMS产业关键核心技术受制于人,产业总体上仍处价值链中低端,代工制造和加工贸易所占比重较高,产业政策环境亟待完善,内需带动机制也尚未健全。这些问题和矛盾制约了我国MEMS产业由大变强,产业迁移带来机遇的同时,也带来了挑战。

  首先,我国在MEMS产业的设计、制造和封装三个环节上,均缺乏对MEMS相关关键技术的自主研发和产业化能力。

  我国尚无一套有自主知识产权的传感器设计软件,国产传感器可靠性也远不如国外同类产品。MEMS制造能力也更为薄弱,国内具备一定规模的设计企业基本选择国外代工厂,而多数小型设计企业选择与科研院所的中试线绑定,这就导致产业化进程相对缓慢。

  特别是国内代工环节工艺严重制约MEMS产业发展。国内缺少MEMS代工经验或以及纯MEMS制造的公司,之前国内的MEMS代工厂一直是科研院所使用4/6英寸的晶圆制造出来的。中国MEMS代工企业还未积累起足够的工艺技术储备和大规模市场验证反馈的经验,加工工艺的一致性、可重复性都不能满足设计需要,产品的良率和可靠性也无法达到规模生产要求。代工环节薄弱导致好的设计无法迅速产品化并推向市场,极大地制约了中国MEMS产业的发展。

  其次,国内MEMS传感器进口率高,国产替代空间巨大,但事实上国内MEMS厂商盈利困难。

  国内MEMS市场中高端传感器进口占比达80%,传感器芯片进口率达90%,国产替代空间巨大。但是,我国传感器新品研制落后近10年,产业化水平落后10-15年。而传感器技术的研究需要比较长时间的投入,一款传感器的研发,要6-8年才能成熟,一般中国企业都承受不了这么长的周期。再加上产品的价格并不与产品的重要性或者开发难度成正比,中国MEMS企业无法在价格战中获利。

  还有人才严重短缺,高端人才与领军人才缺失问题尤为突出。

  传感器及其产业的特点之一是技术密集,由于技术密集,也自然要求人才密集。而我国缺乏高端研发人员和经验丰富的本土MEMS工程师,导致基础研究落后。随着技术商业化进程的加快,很多技术在市场存活时间很短,而MEMS传感器需要较长研发时间,这对MEMS企业是一个很大的挑战。虽然经过多年的发展,国内MEMS传感器产业已经积累一批人才,但与国际领先的企业相比,国内MEMS传感器产业高端、专业人才仍相对稀缺,缺少龙头企业带动和领军人才的引领作用。

  中国是世界制造大国,同时也是消费大国。在此机遇下,尽管目前中国在MEMS传感器产品的自给率很低,但若国内MEMS产业培养招纳更多人才,加快自主研发进度,发扬技术创新,加强上中下游合作,尽早形成产业化,最终必可以在MEMS市场中占据一席之地甚至持续扩大市场份额。

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