MEMS是微機電系統（Micro Electro Mechanical System）的縮寫，它是一種根據功能需求將微電路和微型機械整合在晶片上的系統。 MEMS基於光刻、腐蝕等傳統半導體技術，融合了超精密加工技術，並結合了力學、化學、光學等學科的知識和技術基礎，使得毫米級或微米級的MEMS裝置具備精確完整的機械、化學、光學等特性結構。 MEMS產品主要分為MEMS感測器和MEMS執行器。感測器是用來偵測物理、化學、生物等現象和訊號的裝置，而致動器是用來實現機械運動、力、扭力等行為的裝置。  
      圖1 MEMS感測器和局部顯微放大            來源：Vesper       圖2 MEMS感測器的工作原理            資料來源：千展產業研究院      

圖 3 MEMS 感測器分類

資料來源：CCID顧問公司

MEMS感測器是利用微電子和微機械技術製造的微型感測器。它種類繁多，是應用最廣泛的MEMS產品。輸入訊號經微型感測元件和傳輸單元轉換並輸出為可監測的訊號。與傳統製程製造的感測器相比，MEMS感測器具有尺寸小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適合大量生產、易於整合和智慧化等特點。  
       MEMS感測器具有廣泛的應用前景。  
作為獲取資訊和實現互動的關鍵裝置，微機電系統（MEMS）在推動機械系統小型化方面發揮重要作用。 MEMS感測器已廣泛應用於汽車電子、消費性電子、航太、生物醫藥、工業等領域。目前，消費性電子和汽車是MEMS的主要應用領域。從2019年全球MEMS市場架構來看，消費性電子是主要應用領域，佔近60%；汽車是第二大應用領域，佔約19%。從2019年中國MEMS市場架構來看，網路通訊、電腦和消費性電子領域佔50%，汽車領域佔29%。隨著新能源汽車滲透率的進一步提高和物聯網、網路通訊以及汽車電子的發展，2019年MEMS市場應用領域佔比超過一半。隨著5G和智慧網路連接的實施，MEMS的滲透率將持續提高，上述領域的市場空間可望進一步擴大。  
      圖4 2019年全球MEMS市場結構            資料來源：Yole Development、國泰君安證券研究       圖5 2019年中國MEMS市場結構            資料來源：Yole Development、國泰君安證券研究  
  MEMS感測器發展歷史  
第一階段是從 1990 年到 2000 年。汽車電子設備和應用的逐步增加促進了 MEMS 感知器應用的實施，例如安全氣囊、煞車壓力、輪胎壓力監測系統等。對這些應用的需求成長促使歐洲、日本和美國的公司開始開發和大規模生產用於汽車的 MEMS 感測器產品；
第二階段是從2000年到2010年，主要受消費性電子產品快速發展的推動。手機、平板電腦、筆記型電腦等消費性電子產品要求MEMS感測器產品尺寸更小、能耗更低；
 
第三階段為2010年至2020年。物聯網產業的快速發展為MEMS感測器產業提供了巨大的發展空間。除了智慧型手機、平板電腦等消費性電子產品外，MEMS感測器也將廣泛應用於AR/VR、智慧手錶、智慧駕駛、智慧物流、智慧醫療等領域。
 
第四階段始於2020年。隨著自動駕駛、5G和物聯網的發展，MEMS的發展空間進一步擴展。透過提升MEMS感測器產品的性能，可以滿足更小巧、更節能、更高性能的需求。  
     

圖 6 MEMS感測器的發展階段

資料來源：艾集微、國泰君安證券研究

         

該行業剛進入成長階段

從市場規模來看，根據Yole的統計和預測，2019年全球MEMS市場規模為11.5億美元。 2020年，新冠疫情導致市場成長放緩。預計市場將於2021年恢復成長，到2025年將達到近17.7億美元，2019年至2025年的複合年增長率為7.4%。在中國消費性電子、汽車電子等產業的快速發展背景下，中國在過去五年一直是MEMS市場規模成長最快的國家，也是全球最大的電子產品生產國。手機和平板電腦對MEMS產品的需求龐大。中國手機出貨量位居世界第一。手機產業所需的MEMS感測器（如光感測器和運動感測器）供應商已將中國視為最重要的市場。根據CCID智庫統計，2019年中國微機電系統（MEMS）市場規模約600億元人民幣，約佔全球市場的54%。國內市場成長持續高於全球市場，預計2022年，中國MEMS市場規模將超過1,000億元。  
      圖7 全球MEMS市場成長正在加速           資料來源：Yole Development、CCID Consulting、國泰君安證券研究      圖8顯示，過去五年中，中國是MEMS市場規模成長最快的國家。            資料來源：CCID顧問公司、國泰君安證券研究      
從產品結構來看，目前全球排名前五的MEMS感測器細分市場依序為射頻、壓力、麥克風、加速度計和陀螺儀，市佔率接近65%；中國市場的排名則為射頻、壓力、麥克風、慣性、加速度計，與全球市場格局相似。根據優樂預測，到2024年，市場規模超過1億美元的MEMS感測器細分市場包括射頻、慣性組合、超音波指紋、壓力、麥克風和噴墨列印。  
      圖 9 2019 年全球 MEMS 市場架構（依元件類型劃分）            資料來源：Yole Development、國泰君安證券研究       圖 10 MEMS 產業市場規模及 2018 年至 2024 年複合成長率            資料來源：Yole Development、國泰君安證券研究      

圖 11 不同領域的 MEMS 市場規模及預測（100億美元）

資料來源：Yole Development、國泰君安證券研究

從應用終端的角度來看，根據優樂科技的預測，在物聯網和5G手機替代的推動下，全球消費級MEMS市場預計將從2019年的6.87億美元增長到2025年的11.14億美元；在智慧汽車普及率提高的推動下，汽車級MEMS市場預計將從2019.4億美元；在智慧汽車普及率提高的推動下，汽車級MEMS市場預計將從2019.4億美元；此外，工業、醫療、通訊、國防和航空等領域的市場需求也不斷增長。  
從技術成熟度來看，國內MEMS技術的發展仍處於起步階段。在產品研發方面，雖然我國專利申請數量位居世界第三，但專利品質較差，核心專利數量較少；而且，專利申請主體主要為高校和科研院所，產業化程度較低，成果轉化仍需進一步完善。在封裝製造方面，我國缺乏OEM經驗。國內OEM企業生產的MEMS感測器的可靠性和良率尚無法完全滿足大規模生產的要求，與市場應用仍有一定差距。在企業規模方面，國內企業大多為資金不足、人才吸引能力較弱的中小企業，導致研究能力薄弱，難以與大學和研究院所合作。
 
從業務規模和利潤水準來看，國內半導體企業與國外領導企業之間仍存在明顯差距。國際領導企業博通（Broadcom）2019年營業收入達22.597億美元，毛利率高達55.2%；意法半導體（STMicroelectronics）2019年營業收入為15.416億美元，毛利率為38.7%；德州儀器（Texas Instruments）2019年營業收入為14.383億美元，近年來其毛利率維持在50%以上，甚至超過60%。而國內企業方面，國內排名第一的歌爾科技（Goertek）2019年營業收入約5.068億美元，毛利率僅15.43%。國內企業與國外巨頭相比，在營收規模和獲利能力方面仍存在較大差距。   
      圖 12 部分上市 MEMS 公司的歷史毛利率（%）            資料來源：Wind、國泰君安證券研究      
從競爭對手的數量來看，MEMS感測器種類繁多，廠商眾多。 2019年，中國MEMS市場主要由外資廠商主導，博通和博世勢均力敵。其他主要競爭對手包括義法半導體、德州儀器、Qorvo等。美國廠商佔了超過一半的市場份額，歐美日系廠商在MEMS晶片和微機電製造等主要領域相對成熟。國內廠商也表現優異。歌爾科技在2019年首次躋身全球十大MEMS廠商之列，AAC科技排名第22；在晶圓代工領域，Silex（Silex的控股公司）排名第一。整體而言，國際廠商優勢明顯，但國內新興企業正加速追趕。  
      圖13 國內MEMS感測器產業剛進入成長階段            資料來源：國泰君安證券研究      
基於以上對市場規模、技術成熟度、經營環境、競爭對手數量等因素的分析，我們認為國內MEMS感測器產業的國產化仍處於起步階段，國內MEMS企業正加速追趕產業巨頭。隨著物聯網、智慧汽車和5G技術的發展，國內MEMS感測器產業將持續成長，國產化步伐可望加快。  
         

國內MEMS製造商發展空間大

1. 國家政策大力支持MEMS感測器產業的發展  
MEMS感測器在物聯網、智慧製造、智慧物流等現代技術中發揮至關重要的作用。中國是全球最大的MEMS感測器市場，其市場規模和重要性都值得關注。國家感測器產業發展的政策環境持續優化，隨著「製造業強國戰略」和「互聯網+」行動計畫的大力推進，感測器技術和感測器產業的重要性將日益凸顯。可以預見，感測器技術將成為我國未來科技發展的重中之重。  
      表1 國家頒布的部分MEMS感測器產業政策            資料來源：國務院、國家發展與改革委員會、工業與資訊化部、國泰君安證券研究  
       2. 下游市場的需求促進了MEMS產業市場的持續成長  
消費性電子領域是MEMS（微機電系統）最大的市場，這主要得益於智慧型手機、穿戴式裝置和智慧家庭市場的蓬勃發展。作為全球最大的電子產品生產基地，中國消耗了全球近一半的MEMS裝置。中國MEMS消費性電子產品（如智慧型手機和平板電腦）銷售的持續成長，帶動了加速度感測器和麥克風等MEMS產業的發展。此外，隨著智慧駕駛和新能源汽車的發展，汽車電子領域的MEMS市場也迅速成長，2019年市佔率達到17.8%，位居第二。  
政府大力支持5G領域，中國已形成充滿活力的5G產業市場。投資者對5G市場充滿信心和希望，為5G的推廣和應用提供了廣闊的發展空間。 5G是萬物互聯的基礎，也推動了萬物互聯的加速發展。物聯網已成為各行各業翹首以盼的下一個“趨勢”，全球物聯網產業正蓬勃發展。中國物聯網市場成長領先全球，已成為全球最活躍的物聯網應用市場。 CCID諮詢預測，中國5G市場將持續維持高速成長。  
      圖14 中國2020年至2025年5G投資預測            資料來源：CCID顧問公司、國泰君安證券研究      
在物聯網領域，市場需求正推動MEMS感測器市場的快速發展。 MEMS感測器在連接類比世界和數位世界方面發揮關鍵作用。它們對周圍環境的感知和數據收集，使我們能夠客觀、全面地了解各種設備和系統的正常運作狀態。根據全球行動通訊系統協會（GSMA）的統計數據，全球物聯網設備數量已從2010年的2億台成長到2019年的12億台。未來，隨著5G商用化和Wi-Fi 6的發展，物聯網市場潛力巨大。 GSMA預測，到2025年，全球物聯網設備數量將達到24.6億台，2019年至2025年的複合年增長率將達到12.7%。  
      圖 15 物聯網設備數量正在快速成長（單位：十億）            資料來源：GSMA、國泰君安證券研究      
在醫療領域，新冠肺炎疫情為全世界帶來了巨大的災難，但也促使醫療MEMS感測器市場顯著成長。無論是電子體溫計、診斷設備或呼吸機，這些醫療設備都離不開MEMS感測器，從而帶動了這些領域市場規模的快速成長。優樂預測，2020年醫療MEMS市場將成長10.6%。此外，疫情提高了人們對健康的重視程度，加速了醫療消費市場的發展。能夠隨時監測人體指標的穿戴式醫療設備也得到了快速發展。由於疫情防治的需要，人們對非接觸式服務、機器人配送和機器人加工廠的需求激增，間接推動了MEMS產業的快速發展。此外，人們對自動化發展的習慣意味著，即使疫情終有一天結束，人們仍然會依賴基於MEMS的無人化和自動化服務。因此，MEMS產業不會萎縮，反而會持續成長。  
 
     

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