MEMS là viết tắt của Micro Electro Mechanical System (Hệ thống vi cơ điện tử), là một hệ thống tích hợp các vi mạch và vi máy trên một con chip theo yêu cầu chức năng. MEMS dựa trên các công nghệ bán dẫn truyền thống như quang khắc và ăn mòn, tích hợp với gia công siêu chính xác, kết hợp với kiến ​​thức và nền tảng kỹ thuật trong cơ học, hóa học, quang học và các lĩnh vực khác, để MEMS ở cấp độ milimét hoặc micromét có cấu trúc đặc trưng cơ học, hóa học, quang học và các đặc tính khác chính xác và hoàn chỉnh. Sản phẩm MEMS chủ yếu được chia thành cảm biến MEMS và bộ truyền động MEMS. Cảm biến là thiết bị được sử dụng để phát hiện và nhận biết các hiện tượng và tín hiệu vật lý, hóa học, sinh học và các hiện tượng khác, trong khi bộ truyền động là thiết bị được sử dụng để thực hiện các hành vi như chuyển động cơ học, lực và mô-men xoắn.  
      Hình 1. Cảm biến MEMS và độ phóng đại vi mô cục bộ.            Nguồn: Vesper       Hình 2. Nguyên lý hoạt động của cảm biến MEMS.            Nguồn: Viện Nghiên cứu Công nghiệp Qianzhan      

Hình 3 Phân loại cảm biến MEMS

Nguồn: CCID Consulting

Cảm biến MEMS là các cảm biến thu nhỏ được sản xuất bằng công nghệ vi điện tử và vi cơ khí. Có nhiều loại và chúng là sản phẩm MEMS được sử dụng rộng rãi nhất. Tín hiệu đầu vào được chuyển đổi và xuất ra thành một tín hiệu có thể giám sát được thông qua các phần tử cảm biến siêu nhỏ và các đơn vị truyền dẫn. So với các cảm biến được sản xuất bằng quy trình truyền thống, chúng có đặc điểm là kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, chi phí thấp, tiêu thụ điện năng thấp, độ tin cậy cao, phù hợp cho sản xuất hàng loạt, dễ tích hợp và thông minh.  
       Cảm biến MEMS có phạm vi ứng dụng rộng rãi.  
Là một thiết bị quan trọng để thu thập thông tin và thực hiện tương tác, MEMS đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy thu nhỏ các hệ thống cơ khí. Cảm biến MEMS đã được sử dụng rộng rãi trong điện tử ô tô, điện tử tiêu dùng, hàng không vũ trụ, y sinh học, công nghiệp và các lĩnh vực khác. Điện tử tiêu dùng và ô tô hiện là hai lĩnh vực ứng dụng chính của MEMS. Xét theo cấu trúc thị trường MEMS toàn cầu năm 2019, điện tử tiêu dùng là lĩnh vực ứng dụng chính, chiếm gần 60%; ô tô là lĩnh vực ứng dụng lớn thứ hai, chiếm khoảng 19%. Xét theo cấu trúc thị trường MEMS của Trung Quốc năm 2019, mạng lưới và truyền thông, máy tính và điện tử tiêu dùng chiếm 50%, và lĩnh vực ô tô chiếm 29%. Với sự gia tăng hơn nữa tỷ lệ thâm nhập của xe năng lượng mới và sự phát triển của Internet vạn vật, mạng lưới và truyền thông, và điện tử ô tô chiếm hơn một nửa ứng dụng thị trường MEMS năm 2019. Với việc triển khai 5G và kết nối mạng thông minh, tỷ lệ thâm nhập của MEMS sẽ tiếp tục tăng, và không gian thị trường trong các lĩnh vực trên dự kiến ​​sẽ được mở rộng hơn nữa.  
      Hình 4: Cơ cấu thị trường MEMS toàn cầu năm 2019            Nguồn: Yole Development, Guotai Junan Securities Research       Hình 5. Cơ cấu thị trường MEMS của Trung Quốc năm 2019.            Nguồn: Yole Development, Guotai Junan Securities Research  
  Lịch sử phát triển cảm biến MEMS  
Giai đoạn đầu tiên diễn ra từ năm 1990 đến năm 2000. Sự gia tăng dần dần các thiết bị và ứng dụng điện tử trong ô tô đã thúc đẩy việc triển khai các ứng dụng cảm biến MEMS, chẳng hạn như túi khí, áp suất phanh, hệ thống giám sát áp suất lốp, v.v. Sự tăng trưởng nhu cầu đối với các sản phẩm này đã dẫn đến việc các công ty ở châu Âu, Nhật Bản và Hoa Kỳ bắt đầu phát triển và sản xuất hàng loạt các sản phẩm cảm biến MEMS được sử dụng xung quanh ô tô;
The second stage is from 2000 to 2010, driven by the rapid development of consumer electronics. Consumer electronics products such as mobile phones, tablets, laptops, etc. require MEMS sensor products to have smaller size and lower energy consumption;
 
Giai đoạn thứ ba là từ năm 2010 đến năm 2020. Sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp Internet vạn vật (IoT) đã tạo ra không gian phát triển rộng lớn cho ngành công nghiệp cảm biến MEMS. Bên cạnh các thiết bị điện tử tiêu dùng như điện thoại thông minh và máy tính bảng, cảm biến MEMS sẽ được sử dụng rộng rãi trong thực tế ảo/thực tế tăng cường (AR/VR), đồng hồ thông minh, lái xe thông minh, hậu cần thông minh, y tế thông minh và các lĩnh vực khác.
 
Giai đoạn thứ tư bắt đầu từ năm 2020. Với sự phát triển của xe tự lái, công nghệ 5G và sự phổ biến của Internet vạn vật, không gian phát triển của MEMS đã được mở rộng hơn nữa. Bằng cách nâng cao hiệu suất của các sản phẩm cảm biến MEMS, nó có thể đáp ứng nhu cầu về kích thước nhỏ hơn, tiêu thụ năng lượng thấp hơn và hiệu suất cao hơn.  
     

Hình 6. Các giai đoạn phát triển của cảm biến MEMS.

Nguồn: Aijiwei, Nghiên cứu Chứng khoán Guotai Junan

         

Ngành công nghiệp này vừa mới bước vào giai đoạn tăng trưởng.

Theo số liệu thống kê và dự báo của Yole, xét về quy mô thị trường, quy mô thị trường MEMS toàn cầu năm 2019 đạt 11.5 tỷ USD. Đại dịch COVID-19 đã gây ra sự chậm lại trong tăng trưởng thị trường năm 2020. Thị trường sẽ phục hồi tăng trưởng từ năm 2021 và dự kiến ​​sẽ đạt gần 17.7 tỷ USD vào năm 2025, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 7.4% từ năm 2019 đến năm 2025. Trong bối cảnh sự phát triển nhanh chóng của ngành điện tử tiêu dùng, điện tử ô tô và công nghiệp tại Trung Quốc, Trung Quốc là quốc gia có tốc độ tăng trưởng thị trường MEMS nhanh nhất trong 5 năm qua và cũng là nhà sản xuất sản phẩm điện tử lớn nhất thế giới. Điện thoại di động và máy tính bảng có nhu cầu rất lớn đối với các sản phẩm MEMS. Lượng xuất xưởng điện thoại di động của Trung Quốc đứng đầu thế giới. Các nhà cung cấp cảm biến MEMS như cảm biến ánh sáng và cảm biến chuyển động cần thiết cho ngành công nghiệp điện thoại di động coi Trung Quốc là thị trường quan trọng nhất. Theo số liệu thống kê từ CCID Think Tank, quy mô thị trường MEMS của Trung Quốc đạt khoảng 60 tỷ nhân dân tệ vào năm 2019, chiếm khoảng 54% thị trường toàn cầu. Thị trường trong nước tiếp tục tăng trưởng nhanh hơn thị trường toàn cầu, và dự kiến ​​quy mô thị trường MEMS của Trung Quốc sẽ vượt quá 100 tỷ nhân dân tệ vào năm 2022.  
      Hình 7: Tốc độ tăng trưởng thị trường MEMS toàn cầu đang tăng nhanh.           Nguồn: Yole Development, CCID Consulting, Guotai Junan Securities Research      Hình 8: Trung Quốc là quốc gia có tốc độ tăng trưởng quy mô thị trường MEMS nhanh nhất trong 5 năm qua.            Nguồn: CCID Consulting, Nghiên cứu Chứng khoán Guotai Junan      
From the perspective of product structure, the current top five MEMS sensor segments in the world are radio frequency, pressure, microphone, accelerometer and gyroscope, accounting for nearly 65%; the ranking in the Chinese market is radio frequency, pressure, microphone, inertia and accelerometer, which is similar to the global market. According to Yole's forecast, MEMS sensor segments with a market size of more than US$1 billion in 2024 include radio frequency, inertial combination, ultrasonic fingerprint, pressure, microphone and inkjet printing.  
      Hình 9. Cơ cấu thị trường MEMS toàn cầu năm 2019 (theo loại thiết bị)            Nguồn: Yole Development, Guotai Junan Securities Research       Hình 10: Quy mô thị trường ngành MEMS và tốc độ tăng trưởng kép từ năm 2018 đến năm 2024.            Nguồn: Yole Development, Guotai Junan Securities Research      

Hình 11. Quy mô thị trường MEMS và dự báo trong các lĩnh vực khác nhau (đơn vị tính: 100 triệu USD)

Nguồn: Yole Development, Guotai Junan Securities Research

Theo dự báo của Yole, xét từ góc độ các thiết bị đầu cuối ứng dụng, được thúc đẩy bởi Internet vạn vật (IoT) và việc thay thế điện thoại di động 5G, thị trường MEMS tiêu dùng toàn cầu dự kiến ​​sẽ tăng trưởng từ 6.87 tỷ USD năm 2019 lên 11.14 tỷ USD năm 2025; do sự gia tăng tỷ lệ sử dụng xe thông minh, thị trường MEMS ô tô dự kiến ​​sẽ tăng trưởng từ 2.18 tỷ USD năm 2019 lên 2.6 tỷ USD năm 2025, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 3% trong giai đoạn này. Ngoài ra, nhu cầu thị trường trong các lĩnh vực công nghiệp, y tế, truyền thông, quốc phòng và hàng không cũng đang tăng lên.  
Xét về mức độ trưởng thành công nghệ, sự phát triển công nghệ MEMS trong nước vẫn còn ở giai đoạn sơ khai. Về nghiên cứu và phát triển sản phẩm, mặc dù nước ta đứng thứ ba thế giới về số lượng đơn đăng ký bằng sáng chế, nhưng chất lượng bằng sáng chế còn yếu và có ít bằng sáng chế cốt lõi; hơn nữa, các đơn vị đăng ký bằng sáng chế chủ yếu là các trường đại học và viện nghiên cứu, mức độ công nghiệp hóa còn thấp, và kết quả vẫn cần được chuyển đổi. Về đóng gói và sản xuất, Trung Quốc thiếu kinh nghiệm OEM. Độ tin cậy và tỷ lệ sản lượng của cảm biến MEMS do các công ty OEM trong nước sản xuất chưa đáp ứng đầy đủ yêu cầu sản xuất quy mô lớn, và vẫn còn một khoảng cách nhất định giữa chúng và ứng dụng thị trường. Về quy mô doanh nghiệp, hầu hết các doanh nghiệp trong nước là các doanh nghiệp vừa và nhỏ với nguồn vốn không đủ và khả năng thu hút nhân tài kém, dẫn đến năng lực nghiên cứu khoa học yếu và khó khăn trong việc mở rộng kênh hợp tác với các trường đại học và viện nghiên cứu.
 
Xét về quy mô kinh doanh và mức lợi nhuận, vẫn còn một khoảng cách rõ rệt giữa các công ty bán dẫn trong nước và các công ty hàng đầu nước ngoài. Broadcom, một công ty quốc tế hàng đầu, đạt doanh thu hoạt động 22.597 tỷ USD năm 2019, tương ứng với tỷ suất lợi nhuận gộp 55.2%. Doanh thu hoạt động của STMicroelectronics năm 2019 là 15.416 tỷ USD, với tỷ suất lợi nhuận gộp 38.7%; doanh thu hoạt động của Texas Instruments năm 2019 là 14.383 tỷ USD, và tỷ suất lợi nhuận gộp của công ty này đã từng đạt hơn 50% hoặc thậm chí hơn 60% trong những năm gần đây. Xét các công ty trong nước, Goertek, công ty số một trong nước, có doanh thu hoạt động khoảng 5.068 tỷ USD năm 2019, với tỷ suất lợi nhuận gộp chỉ 15.43%. So sánh các doanh nghiệp trong nước với các ông lớn nước ngoài, vẫn còn một khoảng cách lớn về quy mô doanh thu và khả năng sinh lời.   
      Hình 12. Tỷ suất lợi nhuận gộp (%) trong quá khứ của một số công ty MEMS niêm yết.            Nguồn: Wind, Nghiên cứu Chứng khoán Guotai Junan      
Xét về số lượng đối thủ cạnh tranh, có rất nhiều loại cảm biến MEMS và nhiều nhà sản xuất. Năm 2019, thị trường MEMS của Trung Quốc bị chi phối bởi các nhà sản xuất nước ngoài. Broadcom và Bosch đang cạnh tranh sát sao. Các đối thủ lớn khác bao gồm STMicroelectronics, Texas Instruments, Qorvo, v.v. Các nhà sản xuất Mỹ chiếm hơn một nửa, và các nhà sản xuất châu Âu, Mỹ và Nhật Bản tương đối phát triển trong các lĩnh vực chính là sản xuất chip MEMS và vi cơ điện tử. Các đối thủ cạnh tranh trong nước cũng thể hiện tốt. Goertek lần đầu tiên lọt vào top 10 nhà sản xuất MEMS toàn cầu năm 2019, và AAC Technology xếp thứ 22; trong lĩnh vực sản xuất chip, Silex, một công ty con của Silex, đứng đầu. Nhìn chung, các đối thủ cạnh tranh quốc tế có lợi thế rõ rệt, nhưng các công ty trong nước đang trỗi dậy và tăng tốc để bắt kịp.  
      Hình 13 Ngành công nghiệp cảm biến MEMS trong nước vừa bước vào giai đoạn tăng trưởng.            Nguồn: Nghiên cứu chứng khoán Guotai Junan      
Dựa trên phân tích về quy mô thị trường, độ chín muồi của công nghệ, điều kiện hoạt động kinh doanh, số lượng đối thủ cạnh tranh, v.v., chúng tôi nhận định rằng quá trình thay thế sản phẩm nội địa trong ngành cảm biến MEMS trong nước vẫn đang ở giai đoạn đầu phát triển, và các công ty MEMS trong nước đang tăng tốc để bắt kịp các ông lớn trong ngành. Với sự phát triển của Internet vạn vật, xe thông minh và công nghệ 5G, ngành cảm biến MEMS trong nước sẽ tiếp tục phát triển, và tốc độ thay thế sản phẩm nội địa dự kiến ​​sẽ tăng tốc.  
         

Các nhà sản xuất MEMS trong nước có tiềm năng phát triển rất lớn.

1. Chính sách quốc gia hết sức ủng hộ sự phát triển của ngành công nghiệp cảm biến MEMS.  
Cảm biến MEMS đóng vai trò rất quan trọng trong các công nghệ hiện đại, như Internet vạn vật, sản xuất thông minh, logistics thông minh, v.v. Trung Quốc là thị trường cảm biến MEMS lớn nhất thế giới. Thị trường cảm biến MEMS của Trung Quốc là một thị trường đáng chú ý về quy mô và tầm quan trọng. Môi trường chính sách cho sự phát triển của ngành công nghiệp cảm biến quốc gia đang tiếp tục được tối ưu hóa. Với sự thúc đẩy mạnh mẽ của "Chiến lược năng lực sản xuất" và kế hoạch hành động "Internet +", tầm quan trọng của công nghệ cảm biến và ngành công nghiệp cảm biến sẽ ngày càng nổi bật. Có thể dự đoán rằng công nghệ cảm biến sẽ là ưu tiên hàng đầu trong phát triển khoa học và công nghệ của đất nước ta trong tương lai.  
      Bảng 1. Một số chính sách của nhà nước đối với ngành công nghiệp cảm biến MEMS.            Nguồn: Hội đồng Nhà nước, Ủy ban Phát triển và Cải cách Quốc gia, Bộ Công nghiệp và Công nghệ Thông tin, Trung tâm Nghiên cứu Chứng khoán Guotai Junan.  
       2. Nhu cầu từ các thị trường hạ nguồn thúc đẩy sự tăng trưởng liên tục của thị trường công nghiệp MEMS.  
The consumer electronics field is the largest market for MEMS, mainly due to the growing market in smartphones, wearable devices and smart homes. As the world's largest electronic product production base, China consumes nearly half of the world's MEMS devices. The continued growth in sales of China's MEMS consumer electronics products, such as smartphones and tablets, has driven the growth of MEMS industries such as acceleration sensors and microphones. In addition, with the development of smart driving and new energy vehicles, the MEMS market in the automotive electronics field has grown rapidly, with a market share of 17.8% in 2019, ranking second.  
Chính phủ mạnh mẽ ủng hộ lĩnh vực 5G, và Trung Quốc đã hình thành một thị trường công nghiệp 5G sôi động. Các nhà đầu tư hoàn toàn tin tưởng và đặt nhiều hy vọng vào thị trường 5G, tạo ra không gian phát triển rộng lớn cho việc quảng bá và ứng dụng 5G. 5G là nền tảng của Internet vạn vật (IoT), và nó cũng thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của IoT. IoT đã trở thành "xu hướng" tiếp theo mà tất cả các ngành công nghiệp đều mong đợi, và ngành công nghiệp IoT toàn cầu đang phát triển nhanh chóng. Tốc độ tăng trưởng của thị trường IoT Trung Quốc dẫn đầu thế giới và đã trở thành thị trường ứng dụng IoT năng động nhất thế giới. CCID Consulting dự đoán rằng thị trường 5G của Trung Quốc sẽ tiếp tục tăng trưởng với tốc độ cao.  
      Hình 14. Dự báo đầu tư 5G của Trung Quốc từ năm 2020 đến năm 2025.            Nguồn: CCID Consulting, Nghiên cứu Chứng khoán Guotai Junan      
Trong lĩnh vực Internet vạn vật (IoT), thị trường đang thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của thị trường cảm biến MEMS. Cảm biến MEMS đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối thế giới analog và kỹ thuật số. Khả năng cảm nhận và thu thập dữ liệu về môi trường xung quanh giúp chúng ta hiểu một cách khách quan và toàn diện về hoạt động bình thường của các thiết bị và hệ thống khác nhau. Theo thống kê từ Hiệp hội Hệ thống Thông tin Di động Toàn cầu (GSMA), số lượng thiết bị IoT toàn cầu đã tăng từ 2 tỷ đơn vị vào năm 2010 lên 12 tỷ đơn vị vào năm 2019. Trong tương lai, nhờ vào việc thương mại hóa 5G và sự phát triển của Wi-Fi 6, tiềm năng thị trường IoT là rất lớn. GSMA dự đoán rằng số lượng thiết bị IoT toàn cầu sẽ đạt 24.6 tỷ đơn vị vào năm 2025, với tốc độ tăng trưởng kép là 12.7% từ năm 2019 đến năm 2025.  
      Hình 15. Số lượng thiết bị IoT đang tăng nhanh chóng (đơn vị: tỷ)            Nguồn: GSMA, Nghiên cứu Chứng khoán Guotai Junan      
Trong lĩnh vực y tế, COVID-19 đã gây ra những thảm họa lớn cho toàn thế giới, nhưng điều này lại khiến thị trường cảm biến MEMS y tế phát triển mạnh mẽ. Cho dù đó là nhiệt kế điện tử, thiết bị chẩn đoán hay máy thở, các thiết bị y tế này đều không thể tách rời khỏi cảm biến MEMS, khiến quy mô thị trường trong các lĩnh vực này tăng trưởng nhanh chóng. Yole dự đoán thị trường MEMS y tế sẽ tăng trưởng 10.6% trong năm 2020. Ngoài ra, dịch bệnh đã làm tăng sự chú trọng của mọi người vào sức khỏe và thúc đẩy sự phát triển của thị trường tiêu dùng y tế. Các thiết bị y tế đeo được theo dõi các chỉ số cơ thể mọi lúc cũng phát triển nhanh chóng. Do công tác phòng chống dịch bệnh, sự gia tăng nhu cầu về các dịch vụ không tiếp xúc, phân phối bằng robot và các nhà máy gia công bằng robot đã gián tiếp thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp MEMS. Thêm vào đó, thói quen phát triển tự động hóa của con người có nghĩa là ngay cả khi dịch bệnh kết thúc vào một ngày nào đó trong tương lai, mọi người vẫn sẽ dựa vào các dịch vụ tự động và không người lái dựa trên MEMS. Do đó, ngành công nghiệp này sẽ không thu hẹp mà sẽ tiếp tục phát triển.  
 
     

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Bài viết này được đăng lại từ "Semiconductor Circle". Bài viết này chỉ thể hiện quan điểm cá nhân của tác giả và không đại diện cho quan điểm của Sacco Micro hay ngành công nghiệp. Bài viết chỉ được đăng lại và chia sẻ nhằm mục đích bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ. Vui lòng ghi rõ nguồn và tác giả khi đăng lại. Nếu có bất kỳ sự vi phạm nào, vui lòng liên hệ với chúng tôi để xóa bỏ.

Số điện thoại công ty: +86-0755-83044319
Số fax: +86-0755-83975897
Email: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Quản lý Li

QQ: 332496225 Quản lý Qiu

Địa chỉ: Phòng 809, Tòa nhà C, Tòa nhà Công nghệ Zhantao, Số 1079 Đại lộ Minzhi, Khu Longhua Mới, Thâm Quyến