MEMS — это аббревиатура от Micro Electro Mechanical System (микроэлектромеханическая система), обозначающая систему, объединяющую микросхемы и микромашины на одном чипе в соответствии с функциональными требованиями. MEMS основана на традиционных полупроводниковых технологиях, таких как фотолитография и коррозионная абстракция, интегрирована со сверхточной обработкой и сочетается со знаниями и техническими основами в механике, химии, оптике и других дисциплинах, благодаря чему MEMS миллиметрового или микронного уровня обладает точными и полными механическими, химическими, оптическими и другими характеристиками. MEMS-продукты можно разделить на MEMS-датчики и MEMS-актуаторы. Датчики — это устройства, используемые для обнаружения и регистрации физических, химических, биологических и других явлений и сигналов, а актуаторы — это устройства, используемые для реализации таких действий, как механическое движение, сила и крутящий момент.  
      Рисунок 1. MEMS-датчик и локальное микроскопическое увеличение.            Источник: Веспер       Рисунок 2. Принцип работы MEMS-датчика.            Источник: Научно-исследовательский институт промышленности Цяньчжань      

Рисунок 3. Классификация MEMS-датчиков.

Источник: CCID Consulting

MEMS-датчики — это миниатюрные датчики, изготовленные с использованием микроэлектроники и микромеханических технологий. Существует множество типов, и они являются наиболее широко используемыми продуктами MEMS. Входной сигнал преобразуется и выводится в другой контролируемый сигнал с помощью микрочувствительных элементов и передающих устройств. По сравнению с датчиками, изготовленными традиционными методами, они обладают такими характеристиками, как малый размер, малый вес, низкая стоимость, низкое энергопотребление, высокая надежность, пригодность для массового производства, простота интеграции и интеллектуальные возможности.  
       MEMS-датчики находят широкое применение.  
Будучи ключевым устройством для получения информации и осуществления взаимодействия, MEMS играет важную роль в миниатюризации механических систем. MEMS-датчики широко используются в автомобильной электронике, бытовой электронике, аэрокосмической отрасли, биомедицине, промышленности и других областях. В настоящее время основными областями применения MEMS являются бытовая электроника и автомобили. Судя по структуре мирового рынка MEMS в 2019 году, основной областью применения является бытовая электроника, на которую приходится почти 60%; автомобили занимают второе место, на них приходится около 19%. Судя по структуре китайского рынка MEMS в 2019 году, на сети и коммуникации, компьютеры и бытовую электронику приходилось 50%, а на автомобильную отрасль — 29%. В связи с дальнейшим ростом доли электромобилей и развитием Интернета вещей, на сетевые и коммуникационные технологии, а также автомобильную электронику в 2019 году приходилось более половины применений MEMS-технологий. С внедрением 5G и интеллектуальных сетевых подключений доля MEMS-технологий будет продолжать расти, и ожидается дальнейшее расширение рыночного пространства в указанных областях.  
      Рисунок 4. Структура мирового рынка MEMS в 2019 году.            Источник: Yole Development, Guotai Junan Securities Research.       Рисунок 5. Структура рынка MEMS в Китае в 2019 году.            Источник: Yole Development, Guotai Junan Securities Research.  
  История развития МЭМС-сенсоров  
Первый этап пришелся на период с 1990 по 2000 год. Постепенное увеличение количества автомобильной электронной техники и ее применения способствовало внедрению MEMS-датчиков, таких как подушки безопасности, датчики давления в тормозной системе, системы контроля давления в шинах и т. д. Рост спроса на них побудил компании в Европе, Японии и США начать разработку и массовое производство MEMS-датчиков для использования в автомобилях.
Второй этап пришелся на период с 2000 по 2010 год и был обусловлен стремительным развитием потребительской электроники. Для таких потребительских электронных устройств, как мобильные телефоны, планшеты, ноутбуки и т. д., требуются датчики MEMS меньшего размера и с меньшим энергопотреблением;
 
Третий этап охватывает период с 2010 по 2020 год. Быстрое развитие индустрии Интернета вещей открыло огромные возможности для развития индустрии MEMS-датчиков. Помимо потребительской электроники, такой как смартфоны и планшеты, MEMS-датчики будут широко использоваться в дополненной и виртуальной реальности, умных часах, интеллектуальном вождении, интеллектуальной логистике, интеллектуальной медицине и других областях.
 
Четвертый этап начинается с 2020 года. С развитием автономного вождения, 5G и популяризацией Интернета вещей пространство для развития MEMS-технологий значительно расширилось. Улучшение характеристик MEMS-сенсоров позволяет удовлетворить потребности в уменьшении размеров, снижении энергопотребления и повышении производительности.  
     

Рисунок 6. Этапы разработки MEMS-датчиков.

Источник: Айдживэй, Guotai Junan Securities Research.

         

Отрасль только вступила в стадию роста.

С точки зрения размера рынка, согласно статистике и прогнозам Yole, объем мирового рынка MEMS в 2019 году составил 11.5 млрд долларов США. Пандемия COVID-19 вызвала замедление роста рынка в 2020 году. Рост рынка возобновится с 2021 года, и ожидается, что к 2025 году он достигнет почти 17.7 млрд долларов США, при среднегодовом темпе роста в 7.4% в период с 2019 по 2025 год. На фоне быстрого развития китайской индустрии потребительской электроники, автомобильной электроники и промышленности Китай является страной с самым быстрым ростом объема рынка MEMS за последние пять лет, а также крупнейшим в мире производителем электронной продукции. Мобильные телефоны и планшеты пользуются огромным спросом на продукцию MEMS. Китай занимает первое место в мире по объему поставок мобильных телефонов. Поставщики MEMS-датчиков, таких как датчики освещенности и движения, необходимые для индустрии мобильных телефонов, считают Китай наиболее важным рынком. Согласно статистике аналитического центра CCID, объем китайского рынка в 2019 году составил приблизительно 60 миллиардов юаней, что составляет около 54% ​​мирового рынка. Внутренний рынок продолжает расти быстрее, чем мировой, и ожидается, что объем китайского рынка MEMS превысит 100 миллиардов юаней в 2022 году.  
      Рисунок 7. Рост мирового рынка MEMS ускоряется.           Источник: Yole Development, CCID Consulting, Guotai Junan Securities Research      Рисунок 8. Китай — страна с самым быстрым ростом объема рынка MEMS за последние пять лет.            Источник: CCID Consulting, Guotai Junan Securities Research      
С точки зрения структуры продукции, в настоящее время пятью ведущими сегментами MEMS-датчиков в мире являются радиочастотные, датчики давления, микрофонные, акселерометры и гироскопы, на которые приходится почти 65%; на китайском рынке лидируют радиочастотные, датчики давления, микрофонные, инерционные и акселерометрные датчики, что аналогично мировому рынку. Согласно прогнозу Yole, сегменты рынка MEMS-датчиков с объемом более 1 миллиарда долларов США в 2024 году будут включать радиочастотные, инерционные комбинированные, ультразвуковые датчики, датчики давления, микрофонные и струйные датчики.  
      Рисунок 9. Структура мирового рынка MEMS в 2019 году (по типам устройств).            Источник: Yole Development, Guotai Junan Securities Research.       Рисунок 10. Размер рынка MEMS-технологий и среднегодовой темп роста с 2018 по 2024 год.            Источник: Yole Development, Guotai Junan Securities Research.      

Рисунок 11. Размер рынка MEMS и прогноз в различных областях (100 миллионов долларов США).

Источник: Yole Development, Guotai Junan Securities Research.

С точки зрения прикладных терминалов, согласно прогнозу Yole, благодаря развитию Интернета вещей и замене мобильных телефонов на 5G, мировой рынок потребительских MEMS-устройств, как ожидается, вырастет с 6.87 млрд долларов США в 2019 году до 11.14 млрд долларов США в 2025 году; благодаря увеличению проникновения «умных» автомобилей, автомобильный рынок MEMS, как ожидается, вырастет с 2.18 млрд долларов США в 2019 году до 2.6 млрд долларов США в 2025 году, при среднегодовом темпе роста в 3% за этот период. Кроме того, растет рыночный спрос в таких областях, как промышленность, здравоохранение, связь, национальная оборона и авиация.  
С точки зрения технологической зрелости, развитие отечественной технологии MEMS все еще находится в зачаточном состоянии. Что касается исследований и разработок продукции, хотя наша страна занимает третье место в мире по количеству заявок на патенты, качество патентов низкое, и ключевых патентов мало; кроме того, заявители на патенты в основном являются университетами и научно-исследовательскими институтами, степень индустриализации низкая, и результаты все еще нуждаются в доработке. В плане упаковки и производства Китаю не хватает опыта OEM-производства. Надежность и выход годных изделий MEMS-датчиков, производимых отечественными OEM-компаниями, не в полной мере соответствуют требованиям крупномасштабного производства, и все еще существует определенный разрыв между ними и рыночными приложениями. Что касается масштабов предприятий, большинство отечественных предприятий являются малыми и средними предприятиями с недостаточным финансированием и слабой способностью привлекать таланты, что приводит к слабому научно-исследовательскому потенциалу и трудностям в налаживании каналов сотрудничества с университетами и научно-исследовательскими институтами.
 
С точки зрения масштабов бизнеса и уровня прибыли, между отечественными компаниями-производителями полупроводников и ведущими зарубежными компаниями по-прежнему существует явный разрыв. Broadcom, ведущая международная компания, достигла операционной выручки в 22.597 млрд долларов США в 2019 году, что соответствует валовой прибыли в 55.2%. Операционная прибыль STMicroelectronics в 2019 году составила 15.416 млрд долларов США, а валовая прибыль — 38.7%; операционная прибыль Texas Instruments в 2019 году составила 14.383 млрд долларов США, а ее валовая прибыль в последние годы превышала 50% или даже 60%. Если рассматривать отечественные компании, то Goertek, лидер среди отечественных компаний, имела операционную прибыль в 2019 году в размере приблизительно 5.068 млрд долларов США, а валовая прибыль составила всего 15.43%. Сравнивая отечественные предприятия с зарубежными гигантами, по-прежнему наблюдается большой разрыв в масштабах выручки и прибыльности.   
      Рисунок 12. Историческая валовая рентабельность (%) некоторых компаний, занимающихся разработкой микроэлектромеханических систем (MEMS), акции которых котируются на бирже.            Источник: Винд, Готай Цзюнань, Аналитический отдел по ценным бумагам.      
Судя по количеству конкурентов, существует множество типов MEMS-датчиков и множество производителей. В 2019 году китайский рынок MEMS доминировали иностранные производители. Broadcom и Bosch идут нога в ногу. Среди других крупных конкурентов — STMicroelectronics, Texas Instruments, Qorvo и др. На долю американских производителей приходится более половины, а европейские, американские и японские производители относительно развиты в основных областях производства MEMS-чипов и микроэлектромеханических устройств. Отечественные конкуренты также показали хорошие результаты. Goertek впервые в 2019 году вошла в десятку ведущих мировых производителей MEMS, а AAC Technology заняла 22-е место; в сфере литейного производства первое место заняла Silex, холдинговая компания Silex. В целом, международные конкуренты имеют очевидные преимущества, но растущие отечественные компании ускоряют темпы, чтобы догнать их.  
      Рисунок 13. Отечественная индустрия MEMS-датчиков только вступила в стадию роста.            Источник: Исследование ценных бумаг Guotai Junan.      
На основе проведенного выше анализа размера рынка, зрелости технологий, условий ведения бизнеса, количества конкурентов и т. д. мы считаем, что замещение отечественных компонентов в отечественной индустрии MEMS-сенсоров все еще находится на ранней стадии роста, и отечественные MEMS-компании ускоряют темпы, чтобы догнать гигантов отрасли. С развитием Интернета вещей, умных автомобилей и технологии 5G отечественная индустрия MEMS-сенсоров продолжит расти, и ожидается ускорение темпов замещения.  
         

У отечественных производителей MEMS-устройств огромный потенциал для развития.

1. Национальная политика активно поддерживает развитие индустрии MEMS-сенсоров.  
MEMS-датчики играют очень важную роль в современных технологиях, таких как Интернет вещей, интеллектуальное производство, интеллектуальная логистика и т. д. Китай является крупнейшим в мире рынком MEMS-датчиков. Китайский рынок MEMS-датчиков заслуживает внимания с точки зрения масштаба и значимости. Политическая среда для развития национальной сенсорной промышленности продолжает оптимизироваться. Благодаря активному продвижению «Стратегии развития производственной мощи» и плана действий «Интернет+», важность сенсорных технологий и сенсорной промышленности будет возрастать. Можно предположить, что сенсорные технологии станут приоритетным направлением научно-технического развития страны в будущем.  
      Таблица 1. Некоторые государственные директивы в отношении отрасли MEMS-сенсоров.            Источник: Государственный совет, Национальная комиссия по развитию и реформам, Министерство промышленности и информационных технологий, аналитический отдел компании Guotai Junan Securities Research.  
       2. Спрос со стороны конечных потребителей способствует дальнейшему росту рынка MEMS-технологий.  
Сфера потребительской электроники является крупнейшим рынком для MEMS-технологий, главным образом благодаря растущему рынку смартфонов, носимых устройств и умных домов. Будучи крупнейшей в мире базой по производству электронной продукции, Китай потребляет почти половину мирового объема MEMS-устройств. Постоянный рост продаж потребительской электроники на основе MEMS, такой как смартфоны и планшеты, в Китае стимулирует развитие таких MEMS-индустрий, как акселерометры и микрофоны. Кроме того, с развитием интеллектуального вождения и электромобилей, рынок MEMS в автомобильной электронике быстро растет, занимая в 2019 году 17.8% рынка и занимая второе место.  
Правительство активно поддерживает развитие 5G, и в Китае сформировался динамично развивающийся рынок 5G. Инвесторы полностью уверены в перспективах рынка 5G и возлагают на него большие надежды, предоставляя широкие возможности для развития и применения этой технологии. 5G является основой Интернета вещей и способствует его ускоренному развитию. Интернет вещей стал следующим «трендом», которого с нетерпением ждут все отрасли, и глобальная индустрия Интернета вещей развивается стремительно. Темпы роста китайского рынка Интернета вещей лидируют в мире, и он стал самым активным рынком применения IoT в мире. Консалтинговая компания CCID прогнозирует, что китайский рынок 5G продолжит расти высокими темпами.  
      Рисунок 14. Прогноз инвестиций Китая в 5G на период с 2020 по 2025 год.            Источник: CCID Consulting, Guotai Junan Securities Research      
В сфере Интернета вещей рынок MEMS-датчиков является движущей силой стремительного развития. MEMS-датчики играют ключевую роль в соединении аналогового и цифрового миров. Их способность воспринимать окружающую среду и собирать данные позволяют нам объективно и всесторонне понимать нормальную работу различных устройств и систем. Согласно статистике Ассоциации глобальных систем мобильной связи (GSMA), количество устройств IoT в мире увеличилось с 2 миллиардов единиц в 2010 году до 12 миллиардов единиц в 2019 году. В будущем, благодаря коммерциализации 5G и развитию Wi-Fi 6, потенциал рынка IoT огромен. GSMA прогнозирует, что к 2025 году количество устройств IoT в мире достигнет 24.6 миллиардов единиц, при этом среднегодовой темп роста составит 12.7% в период с 2019 по 2025 год.  
      Рисунок 15. Количество устройств Интернета вещей быстро растёт (единица измерения: миллиарды).            Источник: GSMA, Guotai Junan Securities Research.      
В медицинской сфере COVID-19 принес миру огромные бедствия, но это привело к значительному росту рынка медицинских MEMS-датчиков. Будь то электронные термометры, диагностическое оборудование или аппараты искусственной вентиляции легких, эти медицинские устройства неразрывно связаны с MEMS-датчиками, что обусловило быстрый рост рынка в этих областях. По прогнозам Yole, рынок медицинских MEMS-датчиков вырастет на 10.6% в 2020 году. Кроме того, эпидемия усилила внимание людей к здоровью и ускорила развитие рынка медицинских потребительских товаров. Быстро развивались также носимые медицинские устройства, постоянно отслеживающие показатели организма. Благодаря мерам по предотвращению и контролю эпидемии, резкий рост спроса на бесконтактные услуги, роботизированную доставку и роботизированные производственные предприятия косвенно способствовал быстрому развитию индустрии MEMS. Кроме того, стремление людей к автоматизации означает, что даже если эпидемия когда-нибудь закончится, люди по-прежнему будут полагаться на беспилотные и автоматизированные услуги на основе MEMS. Поэтому отрасль не сократится, а продолжит расти.  
 
     

Отказ от ответственности: Данная статья перепечатана из журнала "Semiconductor Circle". Эта статья отражает только личное мнение автора и не представляет точку зрения компании Sacco Micro и отрасли в целом. Перепечатка и распространение предназначены исключительно для защиты прав интеллектуальной собственности. Пожалуйста, указывайте первоисточник и автора при перепечатке. В случае нарушения авторских прав, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления публикации.

Номер телефона компании: +86-0755-83044319
Факс: +86-0755-83975897
Почта: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Менеджер Ли

QQ: 332496225 Менеджер Цю

Адрес: Комната 809, корпус C, технологический корпус Чжаньтао, проспект Миньчжи, 1079, новый район Лунхуа, Шэньчжэнь.