MEMS to skrót od Micro Electro Mechanical System (Mikro System Elektromechaniczny), czyli systemu integrującego mikroukłady i mikromaszyny na chipie zgodnie z wymaganiami funkcjonalnymi. MEMS opiera się na tradycyjnych technologiach półprzewodnikowych, takich jak fotolitografia i korozja, zintegrowanych z ultraprecyzyjną obróbką mechaniczną, a także na wiedzy i podstawach technicznych z zakresu mechaniki, chemii, optyki i innych dyscyplin, dzięki czemu MEMS o wymiarach milimetrowych lub mikronowych charakteryzuje się precyzyjną i kompletną strukturą mechaniczną, chemiczną, optyczną i innymi charakterystycznymi cechami. Produkty MEMS można podzielić głównie na czujniki MEMS i siłowniki MEMS. Czujniki to urządzenia służące do wykrywania i detekcji zjawisk fizycznych, chemicznych, biologicznych i innych oraz sygnałów, natomiast siłowniki to urządzenia służące do realizacji takich zachowań, jak ruch mechaniczny, siła i moment obrotowy.  
      Rysunek 1 Czujnik MEMS i lokalne powiększenie mikroskopowe            Źródło: Vesper       Rysunek 2 Zasada działania czujnika MEMS            Źródło: Instytut Badań Przemysłowych Qianzhan      

Rysunek 3 Klasyfikacja czujników MEMS

Źródło: CCID Consulting

Czujniki MEMS to miniaturowe czujniki wytwarzane w oparciu o technologię mikroelektroniki i mikromechaniki. Występują w wielu rodzajach i są najpopularniejszymi produktami MEMS. Sygnał wejściowy jest przetwarzany i eksportowany do innego, monitorowanego sygnału za pomocą mikroelementów czujnikowych i jednostek transmisyjnych. W porównaniu z czujnikami wytwarzanymi tradycyjnymi metodami, charakteryzują się one małymi rozmiarami, niską wagą, niskim kosztem, niskim poborem mocy, wysoką niezawodnością, możliwością produkcji masowej, łatwą integracją i inteligentnymi rozwiązaniami.  
       Czujniki MEMS mają szeroki zakres zastosowań  
Jako kluczowe urządzenie do pozyskiwania informacji i realizacji interakcji, MEMS odgrywa ważną rolę w promowaniu miniaturyzacji systemów mechanicznych. Czujniki MEMS są szeroko stosowane w elektronice samochodowej, elektronice użytkowej, lotnictwie, biomedycynie, przemyśle i innych dziedzinach. Elektronika użytkowa i motoryzacja to obecnie główne obszary zastosowań MEMS. Sądząc po strukturze globalnego rynku MEMS w 2019 roku, elektronika użytkowa jest głównym obszarem zastosowań, stanowiąc prawie 60%; motoryzacja jest drugim co do wielkości obszarem zastosowań, stanowiąc około 19%. Sądząc po strukturze chińskiego rynku MEMS w 2019 roku, sieci i komunikacja, komputery i elektronika użytkowa stanowiły 50%, a motoryzacja 29%. Wraz z dalszym wzrostem wskaźnika penetracji nowych pojazdów energetycznych i rozwojem Internetu rzeczy, sieci i komunikacji oraz elektroniki samochodowej, w 2019 r. ponad połowę zastosowań rynkowych MEMS stanowiły rozwiązania sieciowe i komunikacyjne. Dzięki wdrożeniu technologii 5G i inteligentnego połączenia sieciowego wskaźnik penetracji MEMS będzie nadal wzrastał, a przestrzeń rynkowa w powyższych obszarach powinna się jeszcze bardziej otworzyć.  
      Rysunek 4. Struktura globalnego rynku MEMS w 2019 r.            Źródło: Rozwój Yole, Badanie Guotai Junan Securities       Rysunek 5 Struktura rynku MEMS w Chinach w 2019 r.            Źródło: Rozwój Yole, Badanie Guotai Junan Securities  
  Historia rozwoju czujnika MEMS  
Pierwszy etap trwał od 1990 do 2000 roku. Stopniowy wzrost liczby urządzeń elektronicznych i ich zastosowań w motoryzacji sprzyjał wdrażaniu zastosowań czujników MEMS, takich jak poduszki powietrzne, systemy pomiaru ciśnienia w hamulcach, systemy monitorowania ciśnienia w oponach itp. Wzrost popytu na te urządzenia skłonił firmy w Europie, Japonii i Stanach Zjednoczonych do rozpoczęcia opracowywania i masowej produkcji czujników MEMS stosowanych w motoryzacji;
Drugi etap, trwający od 2000 do 2010 roku, jest napędzany szybkim rozwojem elektroniki użytkowej. Produkty elektroniki użytkowej, takie jak telefony komórkowe, tablety, laptopy itp., wymagają, aby czujniki MEMS miały mniejsze rozmiary i niższe zużycie energii;
 
Trzeci etap przypada na lata 2010-2020. Szybki rozwój branży Internetu Rzeczy (IoT) dał branży czujników MEMS ogromne możliwości rozwoju. Oprócz elektroniki użytkowej, takiej jak smartfony i tablety, czujniki MEMS będą szeroko stosowane w rozszerzonej rzeczywistości (AR) i wirtualnej rzeczywistości (VR), inteligentnych zegarkach, inteligentnej jeździe, inteligentnej logistyce, inteligentnej medycynie i innych dziedzinach.
 
Czwarty etap rozpoczyna się w 2020 roku. Wraz z rozwojem autonomicznej jazdy, 5G i popularyzacją Internetu Rzeczy, przestrzeń rozwoju MEMS uległa dalszemu rozszerzeniu. Dzięki poprawie wydajności produktów czujnikowych MEMS, mogą one sprostać potrzebom w zakresie mniejszego, niższego zużycia energii i wyższej wydajności.  
     

Rysunek 6 Etapy rozwoju czujników MEMS

Źródło: Aijiwei, Guotai Junan Securities Research

         

Branża właśnie weszła w fazę wzrostu

Z perspektywy wielkości rynku, według statystyk i prognoz Yole, globalna wielkość rynku MEMS w 2019 r. wyniosła 11.5 mld USD. COVID-19 spowodował spowolnienie wzrostu rynku w 2020 r. Rynek wznowi wzrost od 2021 r., a oczekuje się, że do 2025 r. osiągnie wartość prawie 17.7 mld USD, ze średnioroczną stopą wzrostu na poziomie 7.4% w latach 2019–2025. Na tle szybkiego rozwoju chińskiej elektroniki użytkowej, elektroniki samochodowej i przemysłu, Chiny były krajem o najszybszym wzroście wielkości rynku MEMS w ciągu ostatnich pięciu lat i są również największym producentem produktów elektronicznych na świecie. Telefony komórkowe i tablety mają ogromne zapotrzebowanie na produkty MEMS. Chińskie dostawy telefonów komórkowych zajmują pierwsze miejsce na świecie. Dostawcy czujników MEMS, takich jak czujniki światła i czujniki ruchu wymagane przez przemysł telefonii komórkowej, uważają Chiny za najważniejszy rynek. Według statystyk CCID Think Tank, wartość chińskiego rynku w 2019 roku wyniosła około 60 miliardów juanów, co stanowiło około 54% rynku światowego. Rynek krajowy nadal rośnie szybciej niż rynek globalny i oczekuje się, że chiński rynek MEMS przekroczy 100 miliardów juanów w 2022 roku.  
      Rysunek 7. Przyspieszenie wzrostu globalnego rynku MEMS           Źródło: Yole Development, CCID Consulting, Guotai Junan Securities Research      Rysunek 8. Chiny to kraj o najszybszym wzroście rynku układów MEMS w ciągu ostatnich pięciu lat            Źródło: CCID Consulting, Guotai Junan Securities Research      
Z perspektywy struktury produktów, pięć największych segmentów czujników MEMS na świecie to obecnie czujniki częstotliwości radiowej, ciśnienia, mikrofonu, akcelerometru i żyroskopu, stanowiące blisko 65% rynku; na rynku chińskim segmenty te to czujniki częstotliwości radiowej, ciśnienia, mikrofonu, bezwładności i akcelerometru, co plasuje się na podobnym poziomie jak na rynku globalnym. Według prognozy Yole, segmenty czujników MEMS o wartości rynkowej przekraczającej 1 miliard dolarów w 2024 roku obejmują czujniki częstotliwości radiowej, kombinację bezwładnościową, ultradźwiękowy czytnik linii papilarnych, czujnik ciśnienia, mikrofon i druk atramentowy.  
      Rysunek 9. Struktura globalnego rynku MEMS w 2019 r. (według typu urządzenia)            Źródło: Rozwój Yole, Badanie Guotai Junan Securities       Rysunek 10. Wielkość rynku branży MEMS i skumulowana stopa wzrostu w latach 2018–2024            Źródło: Rozwój Yole, Badanie Guotai Junan Securities      

Rysunek 11. Wielkość rynku MEMS i prognozy w różnych dziedzinach (100 mln USD)

Źródło: Rozwój Yole, Badanie Guotai Junan Securities

Z perspektywy terminali aplikacyjnych, zgodnie z prognozą Yole'a, napędzaną przez Internet Rzeczy i wymianę telefonów komórkowych 5G, globalny rynek konsumenckich układów MEMS ma wzrosnąć z 6.87 mld USD w 2019 r. do 11.14 mld USD w 2025 r.; napędzany wzrostem penetracji rynku inteligentnych samochodów, rynek motoryzacyjnych układów MEMS ma wzrosnąć z 2.18 mld USD w 2019 r. do 2.6 mld USD w 2025 r., ze średniorocznym wskaźnikiem wzrostu (CAGR) na poziomie 3% w tym okresie. Ponadto rośnie popyt w przemyśle, opiece medycznej, komunikacji, obronie narodowej i lotnictwie.  
Z perspektywy dojrzałości technologicznej, rozwój krajowej technologii MEMS jest wciąż w powijakach. Pod względem badań i rozwoju produktów, chociaż mój kraj zajmuje trzecie miejsce na świecie pod względem liczby zgłoszeń patentowych, jakość patentów jest niska, a patentów kluczowych jest niewiele; ponadto, jednostkami ubiegającymi się o patenty są głównie uniwersytety i instytuty badawcze, a stopień industrializacji jest niski, a wyniki wciąż wymagają transformacji. Jeśli chodzi o pakowanie i produkcję, Chinom brakuje doświadczenia w produkcji OEM. Niezawodność i wydajność czujników MEMS produkowanych przez krajowe firmy OEM nie są w stanie w pełni sprostać wymaganiom produkcji na dużą skalę, a między nimi a zastosowaniami rynkowymi nadal istnieje pewna luka. Pod względem skali przedsiębiorstwa, większość krajowych przedsiębiorstw to małe i średnie przedsiębiorstwa z niewystarczającymi funduszami i słabą zdolnością do przyciągania talentów, co skutkuje słabym potencjałem naukowo-badawczym i trudnościami w otwieraniu kanałów współpracy z uniwersytetami i instytutami badawczymi.
 
Z perspektywy skali działalności i poziomu zysku, nadal istnieje wyraźna luka między krajowymi firmami półprzewodnikowymi a wiodącymi firmami zagranicznymi. Broadcom, wiodąca międzynarodowa firma, osiągnęła przychody operacyjne w wysokości 22.597 mld USD w 2019 r., co odpowiada marży zysku brutto na poziomie 55.2%. Przychód operacyjny STMicroelectronics w 2019 r. wyniósł 15.416 mld USD, przy marży zysku brutto na poziomie 38.7%; przychód operacyjny Texas Instruments w 2019 r. wyniósł 14.383 mld USD, a jego marża zysku brutto w ostatnich latach przekraczała 50%, a nawet 60%. Patrząc na firmy krajowe, Goertek, firma numer jeden w kraju, osiągnęła przychód operacyjny w wysokości około 5.068 mld USD w 2019 r., przy marży zysku brutto na poziomie zaledwie 15.43%. Porównując przedsiębiorstwa krajowe z zagranicznymi gigantami, nadal istnieje duża luka w skali przychodów i rentowności.   
      Rysunek 12 Historyczna marża zysku brutto (%) niektórych notowanych spółek MEMS            Źródło: Wind, Guotai Junan Securities Research      
Sądząc po liczbie konkurentów, istnieje wiele rodzajów czujników MEMS i wielu producentów. W 2019 roku chiński rynek MEMS jest zdominowany przez producentów zagranicznych. Broadcom i Bosch idą łeb w łeb. Inni główni konkurenci to STMicroelectronics, Texas Instruments, Qorvo itp. Producenci amerykańscy stanowią ponad połowę, a producenci europejscy, amerykańscy i japońscy są stosunkowo rozwinięci w głównych dziedzinach produkcji układów scalonych MEMS i mikro-elektromechanicznych. Krajowi konkurenci również wypadli dobrze. Goertek po raz pierwszy znalazł się w pierwszej dziesiątce światowych producentów MEMS w 2019 roku, a AAC Technology zajęła 22. miejsce; w dziedzinie odlewnictwa, Silex, spółka holdingowa Silex, zajęła pierwsze miejsce. Ogólnie rzecz biorąc, międzynarodowi konkurenci mają oczywiste przewagi, ale rosnące firmy krajowe przyspieszają, aby nadrobić zaległości.  
      Rysunek 13 Krajowy przemysł czujników MEMS właśnie wszedł w fazę wzrostu            Źródło: Badanie Guotai Junan dotyczące papierów wartościowych      
Na podstawie powyższej analizy wielkości rynku, dojrzałości technologicznej, warunków prowadzenia działalności, liczby konkurentów itp., oceniamy, że substytucja krajowa w krajowym sektorze czujników MEMS jest wciąż na wczesnym etapie rozwoju, a krajowe firmy MEMS przyspieszają, aby dogonić gigantów branży. Wraz z rozwojem Internetu Rzeczy, inteligentnych samochodów i technologii 5G, krajowy sektor czujników MEMS będzie się nadal rozwijał, a tempo substytucji krajowej powinno przyspieszyć.  
         

Krajowi producenci układów MEMS mają ogromne pole do rozwoju

1. Polityki krajowe zdecydowanie wspierają rozwój branży czujników MEMS  
Czujniki MEMS odgrywają niezwykle ważną rolę w nowoczesnych technologiach, takich jak Internet Rzeczy, inteligentna produkcja, inteligentna logistyka itp. Chiny są największym rynkiem zbytu czujników MEMS na świecie. Chiński rynek czujników MEMS zasługuje na uwagę ze względu na skalę i znaczenie. Polityka rozwoju krajowego przemysłu czujników jest stale optymalizowana. Dzięki aktywnej promocji „Strategii Mocy Wytwórczej” i planu działania „Internet +”, znaczenie technologii czujników i przemysłu czujników będzie rosło. Przewiduje się, że technologia czujników będzie w przyszłości najwyższym priorytetem rozwoju naukowego i technologicznego mojego kraju.  
      Tabela 1 Niektóre polityki branżowe dotyczące czujników MEMS wydane przez państwo            Źródło: Rada Państwa, Narodowa Komisja Rozwoju i Reform, Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informacyjnych, Guotai Junan Securities Research  
       2. Popyt ze strony rynków downstream sprzyja dalszemu wzrostowi rynku branży MEMS  
Sektor elektroniki użytkowej to największy rynek dla układów MEMS, głównie ze względu na rosnący rynek smartfonów, urządzeń ubieralnych i inteligentnych domów. Chiny, jako największa na świecie baza produkcyjna produktów elektronicznych, zużywają prawie połowę światowego rynku układów MEMS. Ciągły wzrost sprzedaży chińskich produktów elektroniki użytkowej MEMS, takich jak smartfony i tablety, napędzał rozwój branży układów MEMS, w tym czujników przyspieszenia i mikrofonów. Ponadto, wraz z rozwojem inteligentnej jazdy i pojazdów zasilanych nowymi źródłami energii, rynek układów MEMS w branży elektroniki samochodowej dynamicznie się rozwijał, osiągając w 2019 roku 17.8% udziału w rynku, co dało mu drugie miejsce.  
Rząd zdecydowanie wspiera rozwój technologii 5G, a Chiny stworzyły dynamiczny rynek tej branży. Inwestorzy pokładają w niej pełne zaufanie i nadzieję, zapewniając szeroką przestrzeń rozwoju dla promocji i zastosowań technologii 5G. Technologia 5G stanowi fundament Internetu Wszechrzeczy (IoT) i promuje jego przyspieszony rozwój. Internet Rzeczy (IoT) stał się kolejnym „trendem”, na który czekają wszystkie branże, a globalny rynek IoT dynamicznie się rozwija. Tempo wzrostu chińskiego rynku IoT jest wiodące na świecie i stało się najbardziej aktywnym rynkiem zastosowań IoT na świecie. CCID Consulting przewiduje, że chiński rynek 5G będzie nadal dynamicznie rósł.  
      Rysunek 14 Prognoza inwestycji Chin w sieć 5G w latach 2020–2025            Źródło: CCID Consulting, Guotai Junan Securities Research      
W dziedzinie Internetu Rzeczy (IoT), rynek napędza dynamiczny rozwój rynku czujników MEMS. Czujniki MEMS odgrywają kluczową rolę w łączeniu świata analogowego z cyfrowym. Ich percepcja i gromadzenie danych o otaczającym środowisku pozwalają nam na obiektywne i kompleksowe zrozumienie normalnego działania różnych urządzeń i systemów. Według statystyk Global System for Mobile Communications Association (GSMA), liczba globalnych urządzeń IoT wzrosła z 2 miliardów sztuk w 2010 roku do 12 miliardów sztuk w 2019 roku. W przyszłości, korzystając z komercjalizacji 5G i rozwoju Wi-Fi6, potencjał rynku IoT jest ogromny. GSMA przewiduje, że globalna liczba urządzeń IoT osiągnie 24.6 miliarda sztuk do 2025 roku, ze skumulowaną stopą wzrostu na poziomie 12.7% w latach 2019-2025.  
      Rysunek 15 Liczba urządzeń IoT rośnie szybko (jednostka: miliard)            Źródło: GSMA, badanie Guotai Junan Securities Research      
W medycynie pandemia COVID-19 przyniosła ogromne katastrofy na całym świecie, ale spowodowała również znaczny wzrost rynku czujników MEMS. Niezależnie od tego, czy chodzi o elektroniczne termometry, sprzęt diagnostyczny, czy respiratory, te urządzenia medyczne są nierozerwalnie związane z czujnikami MEMS, co powoduje szybki wzrost rynku w tych dziedzinach. Yole przewiduje, że rynek medycznych urządzeń MEMS wzrośnie o 10.6% w 2020 roku. Ponadto epidemia zwiększyła nacisk ludzi na zdrowie i przyspieszyła rozwój rynku konsumenckiego w medycynie. Szybko rozwinęły się również przenośne urządzenia medyczne, które stale monitorują wskaźniki ciała. Ze względu na zapobieganie i kontrolę epidemii, wzrost popytu na usługi bezkontaktowe, dystrybucję robotów i zakłady przetwarzania danych z robotów pośrednio przyczynił się do szybkiego rozwoju branży MEMS. Ponadto, nawyk ludzi do rozwijania automatyzacji oznacza, że ​​nawet jeśli epidemia pewnego dnia się skończy, ludzie nadal będą polegać na bezobsługowych i zautomatyzowanych usługach opartych na MEMS. Dlatego branża nie skurczy się, ale będzie nadal rosła.  
 
     

Zastrzeżenie: Niniejszy artykuł został przedrukowany z „Semiconductor Circle”. Artykuł ten przedstawia wyłącznie osobiste poglądy autora i nie reprezentuje poglądów Sacco Micro ani branży. Jest on przeznaczony wyłącznie do przedruku i udostępniania w celu ochrony praw własności intelektualnej. Prosimy o podanie oryginalnego źródła i autora przedruku. W przypadku naruszenia prosimy o kontakt w celu usunięcia artykułu.

Numer telefonu firmy: +86-0755-83044319
Faks/FAKS: +86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Menedżer Li

QQ: 332496225 Menedżer Qiu

Adres: Pokój 809, Budynek C, Budynek Technologii Zhantao, nr 1079 Minzhi Avenue, Nowa Dzielnica Longhua, Shenzhen