MEMS è l'acronimo di Micro Electro Mechanical System, un sistema che integra microcircuiti e micromacchine su un chip in base a specifici requisiti funzionali. I MEMS si basano su tecnologie tradizionali dei semiconduttori, come la fotolitografia e la corrosione, integrate con lavorazioni di ultra-precisione e combinate con conoscenze e fondamenti tecnici in meccanica, chimica, ottica e altre discipline, in modo che un MEMS di dimensioni millimetriche o micrometriche possieda strutture meccaniche, chimiche, ottiche e di altro tipo precise e complete. I prodotti MEMS si dividono principalmente in sensori MEMS e attuatori MEMS. I sensori sono dispositivi utilizzati per rilevare e misurare fenomeni e segnali fisici, chimici, biologici e di altro tipo, mentre gli attuatori sono dispositivi utilizzati per realizzare comportamenti come movimento meccanico, forza e coppia.  
      Figura 1 Sensore MEMS e ingrandimento microscopico locale            Fonte: Vesper       Figura 2 Principio di funzionamento del sensore MEMS            Fonte: Istituto di ricerca industriale di Qianzhan      

Figura 3 Classificazione dei sensori MEMS

Fonte: CCID Consulting

I sensori MEMS sono sensori miniaturizzati realizzati utilizzando la tecnologia microelettronica e micromeccanica. Ne esistono molti tipi e rappresentano i prodotti MEMS più diffusi. Il segnale in ingresso viene convertito e trasformato in un altro segnale misurabile tramite micro-sensori e unità di trasmissione. Rispetto ai sensori realizzati con processi tradizionali, presentano le caratteristiche di dimensioni ridotte, peso contenuto, basso costo, basso consumo energetico, elevata affidabilità, idoneità alla produzione di massa, facile integrazione e intelligenza.  
       I sensori MEMS hanno una vasta gamma di applicazioni  
In quanto dispositivi chiave per l'acquisizione di informazioni e la realizzazione di interazioni, i MEMS svolgono un ruolo importante nel promuovere la miniaturizzazione dei sistemi meccanici. I sensori MEMS sono ampiamente utilizzati nell'elettronica automobilistica, nell'elettronica di consumo, nell'aerospaziale, nella biomedicina, nell'industria e in altri settori. L'elettronica di consumo e l'industria automobilistica sono attualmente i principali campi di applicazione dei MEMS. A giudicare dalla struttura del mercato globale dei MEMS nel 2019, l'elettronica di consumo rappresentava il principale campo di applicazione, con quasi il 60%; l'industria automobilistica era il secondo settore più importante, con circa il 19%. A giudicare dalla struttura del mercato cinese dei MEMS nel 2019, le reti e le comunicazioni, i computer e l'elettronica di consumo rappresentavano il 50%, mentre il settore automobilistico il 29%. Con l'ulteriore aumento del tasso di diffusione dei veicoli a energia alternativa e lo sviluppo dell'Internet delle cose, delle reti e delle comunicazioni, nonché dell'elettronica automobilistica, nel 2019 hanno rappresentato oltre la metà delle applicazioni del mercato MEMS. Con l'implementazione del 5G e delle connessioni di rete intelligenti, il tasso di penetrazione dei MEMS continuerà ad aumentare e si prevede un'ulteriore espansione del mercato nei settori sopra menzionati.  
      Figura 4 Struttura del mercato globale dei MEMS nel 2019            Fonte: Yole Development, Guotai Junan Securities Research       Figura 5 Struttura del mercato MEMS cinese nel 2019            Fonte: Yole Development, Guotai Junan Securities Research  
  Storia dello sviluppo del sensore MEMS  
La prima fase va dal 1990 al 2000. Il graduale aumento delle apparecchiature e delle applicazioni elettroniche nel settore automobilistico ha favorito l'implementazione di applicazioni con sensori MEMS, come airbag, pressione dei freni, sistemi di monitoraggio della pressione degli pneumatici, ecc. La crescente domanda di questi prodotti ha spinto aziende in Europa, Giappone e Stati Uniti a iniziare a sviluppare e produrre in serie sensori MEMS per applicazioni automobilistiche;
La seconda fase va dal 2000 al 2010, ed è trainata dal rapido sviluppo dell'elettronica di consumo. Prodotti di elettronica di consumo come telefoni cellulari, tablet, computer portatili, ecc. richiedono che i sensori MEMS abbiano dimensioni più ridotte e un minore consumo energetico;
 
La terza fase va dal 2010 al 2020. Il rapido sviluppo del settore dell'Internet delle cose ha offerto all'industria dei sensori MEMS un enorme margine di crescita. Oltre all'elettronica di consumo come smartphone e tablet, i sensori MEMS saranno ampiamente utilizzati in realtà aumentata/virtuale, smartwatch, guida autonoma, logistica intelligente, medicina intelligente e altri settori.
 
La quarta fase inizia nel 2020. Con lo sviluppo della guida autonoma, del 5G e la diffusione dell'Internet delle cose, lo spazio di sviluppo dei MEMS si è ulteriormente ampliato. Migliorando le prestazioni dei sensori MEMS, è possibile soddisfare le esigenze di dimensioni ridotte, minore consumo energetico e prestazioni superiori.  
     

Figura 6 Fasi di sviluppo dei sensori MEMS

Fonte: Aijiwei, Guotai Junan Securities Research

         

Il settore è appena entrato nella fase di crescita

Dal punto di vista delle dimensioni del mercato, secondo le statistiche e le previsioni di Yole, il mercato globale dei MEMS nel 2019 valeva 11.5 miliardi di dollari. La pandemia di COVID-19 ha causato un rallentamento della crescita del mercato nel 2020. Il mercato riprenderà a crescere dal 2021 e si prevede che raggiungerà quasi 17.7 miliardi di dollari entro il 2025, con un tasso di crescita annuo composto del 7.4% dal 2019 al 2025. Nel contesto del rapido sviluppo dell'elettronica di consumo, dell'elettronica automobilistica e dell'industria in Cina, quest'ultima è stata il paese con la crescita più rapida nel mercato dei MEMS negli ultimi cinque anni ed è anche il più grande produttore mondiale di prodotti elettronici. I telefoni cellulari e i tablet hanno un'enorme domanda di prodotti MEMS. Le spedizioni di telefoni cellulari in Cina sono al primo posto nel mondo. I fornitori di sensori MEMS, come i sensori di luce e i sensori di movimento richiesti dall'industria della telefonia mobile, considerano la Cina il mercato più importante. Secondo le statistiche del think tank CCID, nel 2019 il mercato cinese dei MEMS valeva circa 60 miliardi di yuan, pari a circa il 54% del mercato globale. Il mercato interno continua a crescere più rapidamente di quello globale e si prevede che nel 2022 supererà i 100 miliardi di yuan.  
      Figura 7 La crescita del mercato globale dei MEMS sta accelerando           Fonte: Yole Development, CCID Consulting, Guotai Junan Securities Research      Figura 8 La Cina è il paese che ha registrato la crescita più rapida nelle dimensioni del mercato MEMS negli ultimi cinque anni            Fonte: CCID Consulting, Guotai Junan Securities Research      
Dal punto di vista della struttura del prodotto, i cinque principali segmenti di sensori MEMS al mondo sono attualmente quelli a radiofrequenza, pressione, microfono, accelerometro e giroscopio, che rappresentano quasi il 65% del mercato; la classifica nel mercato cinese è radiofrequenza, pressione, microfono, inerzia e accelerometro, simile a quella del mercato globale. Secondo le previsioni di Yole, i segmenti di sensori MEMS con una dimensione di mercato superiore a 1 miliardo di dollari nel 2024 includono radiofrequenza, combinazione inerziale, impronte digitali a ultrasuoni, pressione, microfono e stampa a getto d'inchiostro.  
      Figura 9 Struttura del mercato globale dei MEMS nel 2019 (per tipologia di dispositivo)            Fonte: Yole Development, Guotai Junan Securities Research       Figura 10 Dimensioni del mercato del settore MEMS e tasso di crescita composto dal 2018 al 2024            Fonte: Yole Development, Guotai Junan Securities Research      

Figura 11 Dimensioni e previsioni del mercato MEMS in diversi settori (100 milioni di dollari USA)

Fonte: Yole Development, Guotai Junan Securities Research

Dal punto di vista dei terminali applicativi, secondo le previsioni di Yole, il mercato globale dei MEMS per il settore consumer, trainato dall'Internet delle cose e dalla sostituzione dei telefoni cellulari con il 5G, dovrebbe crescere da 6.87 miliardi di dollari nel 2019 a 11.14 miliardi di dollari nel 2025; grazie alla crescente diffusione delle auto intelligenti, il mercato dei MEMS per il settore automobilistico dovrebbe crescere da 2.18 miliardi di dollari nel 2019 a 2.6 miliardi di dollari nel 2025, con un CAGR del 3% durante il periodo. Inoltre, è in aumento anche la domanda di mercato nei settori dell'industria, della sanità, delle comunicazioni, della difesa nazionale e dell'aviazione.  
Dal punto di vista della maturità tecnologica, lo sviluppo della tecnologia MEMS nazionale è ancora in una fase iniziale. In termini di ricerca e sviluppo di prodotti, sebbene il mio Paese si classifichi al terzo posto nel mondo per numero di domande di brevetto, la qualità dei brevetti è scarsa e sono pochi quelli fondamentali; inoltre, le entità che presentano domanda di brevetto sono principalmente università e istituti di ricerca, con un basso grado di industrializzazione e la necessità di trasformare i risultati ottenuti. Per quanto riguarda il packaging e la produzione, la Cina non ha esperienza nel settore OEM. L'affidabilità e la resa dei sensori MEMS prodotti dalle aziende OEM nazionali non soddisfano pienamente i requisiti della produzione su larga scala e sussiste ancora un certo divario tra questi e le applicazioni di mercato. In termini di dimensioni aziendali, la maggior parte delle imprese nazionali sono piccole e medie imprese con fondi insufficienti e scarsa capacità di attrarre talenti, il che si traduce in deboli capacità di ricerca scientifica e difficoltà nell'aprire canali di cooperazione con università e istituti di ricerca.
 
Dal punto di vista delle dimensioni aziendali e del livello di profitto, esiste ancora un netto divario tra le aziende nazionali di semiconduttori e le principali aziende straniere. Broadcom, azienda leader a livello internazionale, ha realizzato un fatturato di 22.597 miliardi di dollari nel 2019, corrispondente a un margine di profitto lordo sulle vendite del 55.2%. L'utile operativo di STMicroelectronics nel 2019 è stato di 15.416 miliardi di dollari, con un margine di profitto lordo del 38.7%; l'utile operativo di Texas Instruments nel 2019 è stato di 14.383 miliardi di dollari e il suo margine di profitto lordo ha superato il 50% o addirittura il 60% negli ultimi anni. Considerando le aziende nazionali, Goertek, la numero uno, ha registrato un utile operativo di circa 5.068 miliardi di dollari nel 2019, con un margine di profitto lordo di appena il 15.43%. Confrontando le imprese nazionali con i giganti stranieri, emerge ancora un ampio divario in termini di fatturato e redditività.   
      Figura 12 Margine di profitto lordo storico (%) di alcune società MEMS quotate in borsa            Fonte: Wind, Guotai Junan Securities Research      
A giudicare dal numero di concorrenti, esistono molti tipi di sensori MEMS e molti produttori. Nel 2019, il mercato cinese dei MEMS è stato dominato da produttori stranieri. Broadcom e Bosch erano testa a testa. Altri importanti concorrenti includevano STMicroelectronics, Texas Instruments, Qorvo, ecc. I produttori americani rappresentavano più della metà del mercato, e i produttori europei, americani e giapponesi erano relativamente sviluppati nei settori principali dei chip MEMS e della produzione microelettromeccanica. Anche i concorrenti nazionali hanno ottenuto buoni risultati. Goertek si è classificata per la prima volta tra i primi dieci produttori globali di MEMS nel 2019, e AAC Technology si è classificata al 22° posto; nel settore delle fonderie, Silex, holding di Silex, si è classificata al primo posto. Nel complesso, i concorrenti internazionali hanno vantaggi evidenti, ma le aziende nazionali in ascesa stanno accelerando per recuperare terreno.  
      Figura 13 L'industria nazionale dei sensori MEMS è appena entrata nella fase di crescita            Fonte: Guotai Junan Securities Research      
Sulla base dell'analisi di cui sopra relativa alle dimensioni del mercato, alla maturità tecnologica, alle condizioni operative aziendali, al numero di concorrenti, ecc., riteniamo che la sostituzione interna nel settore nazionale dei sensori MEMS sia ancora nelle fasi iniziali di crescita e che le aziende nazionali del settore stiano accelerando per recuperare terreno rispetto ai giganti del settore. Con lo sviluppo dell'Internet delle cose, delle auto intelligenti e della tecnologia 5G, il settore nazionale dei sensori MEMS continuerà a crescere e si prevede che il ritmo della sostituzione interna accelererà.  
         

I produttori nazionali di MEMS hanno un enorme potenziale di sviluppo.

1. Le politiche nazionali supportano fortemente lo sviluppo dell'industria dei sensori MEMS.  
I sensori MEMS svolgono un ruolo fondamentale nelle tecnologie moderne, come l'Internet delle cose, la produzione intelligente, la logistica intelligente, ecc. La Cina è il più grande mercato al mondo per i sensori MEMS. Il mercato cinese dei sensori MEMS è un mercato degno di nota per dimensioni e importanza. Il contesto politico per lo sviluppo dell'industria nazionale dei sensori continua a essere ottimizzato. Con la vigorosa promozione della "Strategia per la potenza manifatturiera" e del piano d'azione "Internet+", l'importanza della tecnologia dei sensori e dell'industria dei sensori diventerà sempre più evidente. È prevedibile che la tecnologia dei sensori rappresenterà la massima priorità per lo sviluppo scientifico e tecnologico del mio Paese in futuro.  
      Tabella 1 Alcune politiche del settore dei sensori MEMS emanate dallo stato            Fonte: Consiglio di Stato, Commissione nazionale per lo sviluppo e la riforma, Ministero dell'industria e dell'informatica, Guotai Junan Securities Research  
       2. La domanda proveniente dai mercati a valle promuove la crescita continua del mercato dell'industria MEMS  
Il settore dell'elettronica di consumo rappresenta il mercato più grande per i MEMS, principalmente grazie alla crescita del mercato di smartphone, dispositivi indossabili e domotica. Essendo il più grande produttore mondiale di prodotti elettronici, la Cina consuma quasi la metà dei dispositivi MEMS a livello globale. La continua crescita delle vendite di prodotti elettronici di consumo MEMS in Cina, come smartphone e tablet, ha trainato la crescita di settori industriali MEMS come i sensori di accelerazione e i microfoni. Inoltre, con lo sviluppo della guida autonoma e dei veicoli a energia pulita, il mercato dei MEMS nel settore dell'elettronica automobilistica è cresciuto rapidamente, raggiungendo una quota di mercato del 17.8% nel 2019, posizionandosi al secondo posto.  
Il governo sostiene con forza il settore del 5G e la Cina ha creato un mercato industriale 5G dinamico. Gli investitori ripongono piena fiducia nel mercato del 5G, offrendo ampi spazi di sviluppo per la promozione e l'applicazione di questa tecnologia. Il 5G è il fondamento dell'Internet delle Cose (IoT) e ne promuove l'accelerazione dello sviluppo. L'Internet delle Cose è diventato il prossimo "trend" a cui tutti i settori guardano con interesse e il settore globale dell'IoT si sta sviluppando rapidamente. Il tasso di crescita del mercato IoT cinese è leader a livello mondiale, rendendolo il mercato applicativo IoT più attivo al mondo. CCID Consulting prevede che il mercato 5G cinese continuerà a crescere a un ritmo sostenuto.  
      Figura 14 Previsioni sugli investimenti cinesi nel 5G dal 2020 al 2025            Fonte: CCID Consulting, Guotai Junan Securities Research      
Nel campo dell'Internet delle Cose (IoT), il mercato sta trainando la rapida crescita del settore dei sensori MEMS. I sensori MEMS svolgono un ruolo chiave nel connettere il mondo analogico e quello digitale. La loro capacità di percepire e raccogliere dati dall'ambiente circostante ci fornisce una comprensione oggettiva e completa del normale funzionamento di vari dispositivi e sistemi. Secondo le statistiche della GSMA (Global System for Mobile Communications Association), il numero di dispositivi IoT a livello globale è aumentato da 2 miliardi di unità nel 2010 a 12 miliardi di unità nel 2019. In futuro, grazie alla commercializzazione del 5G e allo sviluppo del Wi-Fi 6, il potenziale del mercato IoT è enorme. La GSMA prevede che il numero globale di dispositivi IoT raggiungerà i 24.6 miliardi di unità entro il 2025, con un tasso di crescita composto del 12.7% dal 2019 al 2025.  
      Figura 15 Il numero di dispositivi IoT è in rapida crescita (unità: miliardi)            Fonte: GSMA, Guotai Junan Securities Research      
Nel campo medico, il COVID-19 ha causato enormi disastri in tutto il mondo, ma ha anche determinato una crescita significativa del mercato dei sensori MEMS medicali. Che si tratti di termometri elettronici, apparecchiature diagnostiche o ventilatori, questi dispositivi medici sono inseparabili dai sensori MEMS, il che ha portato a una rapida espansione del mercato in questi settori. Yole prevede che il mercato dei MEMS medicali crescerà del 10.6% nel 2020. Inoltre, l'epidemia ha aumentato l'attenzione delle persone alla salute e ha accelerato lo sviluppo del mercato dei dispositivi medici di consumo. Anche i dispositivi medici indossabili che monitorano costantemente i parametri vitali si sono sviluppati rapidamente. A causa della prevenzione e del controllo dell'epidemia, l'impennata della domanda di servizi contactless, distribuzione robotizzata e impianti di lavorazione robotizzati ha indirettamente promosso la rapida crescita del settore MEMS. Inoltre, la crescente propensione all'automazione implica che, anche se l'epidemia dovesse finire in futuro, le persone continueranno a fare affidamento su servizi automatizzati e senza operatore basati sui MEMS. Pertanto, il settore non si ridurrà, ma continuerà a crescere.  
 
     

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