2024年MEMS行业市场现状分析及主要应用领域研究预测

MEMS的定义及分类：MEMS全称MicroElectromechanicalSystem,即微机电系统,是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统，是一个独立的智能系统，可大批量生产，其系统尺寸在几毫米乃至更小，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，MEMS传感器，是MEMS中的核心元件，它是一种将能量从一种形式转变成另一种形式,并针对特定可测量的输入为用户提供一种可用的能量输出的微型器件，它是采用微电子和微机械加工技术制造出来的。

MEMS传感器的门类品种繁多，分类方法也很多。按其工作原理，可分为物理型、化学型和生物型三类。按照被测的量又可分为加速度、角速度、压力、位移、流量、电量、磁场、红外、温度、气体成分、湿度、pH值、离子浓度、生物浓度、触觉等类型的传感器。其中每种MEMS传感器又有多种细分方法。如微加速度计，按检测质量的运动方式划分,有角振动式和线振动式加速度计;按检测质量支承方式划分,有扭摆式、悬臂梁式和弹簧支承方式，按信号检测方式划分,有电容式、电阻式和隧道电流式;按控制方式划分,有开环和闭环式。

MEMS主要的应用领域：MEMS行业是百亿关金大市场。市场空间将从2021年的136亿美金，提升至2027年的223亿美金。整体CAGR的增长年复合增长率为9%。到2027年第一大市场为射频MEMS市场，整体空间为46.64亿美金;第二大市场为惯性市场,IMU惯性和加速度计合计市场空间为44.33亿美金;第三大市场为压力MEMS，市场空间为26.24亿美金;第四大市场为硅麦MEMS，市场空间为23.33亿美金。

中国MEMS产业结构和全球整体MEMS下游领域应用基本类似。根据易海商情统计数据，2020年中国MEMS市场射频占据最大份额，达到25.4%，其次是压力、惯性、红外和麦克风。

易海商情报告网公布的《MEMS市场发展趋势预测-2024-2030年MEMS行业市场竞争格局分析及未来市场发展趋势预测报告》

1、射频MEMS:滤波器是其中最主要器件之一

RF MEMS是指利用微纳电子机械系统MEMS/NEMS，技术微纳精细制造实现的射频微波结构、器件、单片集成子系统等。它具有小型化、低功耗、低成本、集成化等方面的优势，逐渐广泛应用于军民各领域。

RF MEMS应用领域包括:1)个人通讯，如移动电话、PDA(PersonalDigitalAssistant)、便携式计算机的数据交换;2)车载、机载、船载收发机和卫星通信终端、GPS接收机等;3)信息化作战指挥、战场通信、微型化卫星通信系统、相控阵雷达等。

雷达系统、平面阵列扫描天线等;2)硅基/熔融石英基的高性能滤波器，应用于军用雷达/卫星通信、电子对抗等;3)超小型化的声波滤波器(SAW、FBAR)，大量应用于手机、无线人机交互设备、导航、微纳卫星等;4)微纳电感、电容结构组成的天线阵列，用于雷达、电子对抗等;5)微纳传输线/波导结构(如微同轴结构)组成的高性能T/R组件等。

滤波器是构建射频徽波子系统最重要、用量最大的器件之一，也是研究最广泛、成熟度最高的器件。RF MEMS滤波器有微带线滤波器、带状线滤波器、硅基腔体滤波器、熔融石英SIW滤波器、SAW滤波器、BAW和FBAR滤波器等。针对高性能指标、高可靠性、高功率容量的军工市场需求，RF MEMS滤波器主要有:1)微带线滤波器;2)硅基SIW和腔体滤波器，国内中电13所和55所研制的该类型产品已达到实用化程度;3)MEMTronics公司的高性能熔融石英SIW滤波器，主要供应军工高端市场;4)Avago公司FBAR和TriQuint公司BAW滤波器，主要针对超小体积、高性能的应用领域，如智能手机、消费电子无线终端、微纳卫星等。

民用市场的射频微波滤波器主要以SAW、BAW滤波器以及近年来的FBAR滤波器为主，SAW滤波器主要供应商有日本EPCOS、村田制作所、富士通MediaDevice、欧姆龙、MUTATA公司及国内的中电55所、中电26所等。SAW滤波器主要针对2GHz以下的应用领域，如早期的2G通信等，根据易海商情数据统计，RF MEMS的器件滤波器领域全球市场空间到2021年达到29亿美金。其中几乎全部市场都被美国厂商所垄断。博通占比2021年29亿美金中的45%,Qorvo占比2021年29亿美金中的29%，高通占比13%,Skyworks占比9%，太阳诱电占比份额的2%。

滤波器市场空间巨大，国产替代空间大。根据易海商情数据显示，BAW滤波器(BAW-SMR和FBAR)从2018年的8.21亿美金和5.91亿美金,提升至2028年的17.90亿美全和14.87亿美金。BAW的营收占比也将从2018年的26.2%，提升至2028年的33.1%。在高频通信时代，供应链安全使得下游客户对滤波器国产替代需求迫切,随着本土厂商技术不断积累,未来有望打破日美厂商垄断的市场格局。

易海商情报告网公布的《2023版MEMS项目可行性研究报告》

2、惯性MEMS:小型化创造惯性导航领域新市场

在惯性传感器领域,三种主要的技术在不断提升军用和民用能力:环形激光陀螺(RLGs),光纤陀螺(FOGs)以及MEMS陀螺和加速度计。应用这些技术制造的陀螺和加速度计已经取代了除高精度应用领域之外几乎所有的机械陀螺和加速度计。RLGs具有超高的标度因素稳定性和对重力不敏感,在许多军用领域占据重要地位。

FOGs(光纤陀螺)RLGS(环形激光陀螺)一种成本低廉的替代品也逐渐渗透进RLGs的应用领域。MEMS惯性传感器对于惯性导航系统的小型化具有关键意义。MEMS创造了惯性导航应用的新市场,如战术级别的制导弹药以及可以与GPS芯片进行组合导航的个人导航仪。

从MEMS惯性领域主要市场的MEMS IMU惯性组合和MEMS加速度计看，海外厂商占据绝对市场份额。其中MEMS加速度计市场在2021年空间为12.2亿美金，Bosch市场占有率为32%，ST意法半导体市场份额为21%，村田市场占有率为13%，NXP市场占有率为11%，ADI市场占有率为7%。

在MEMS IMU惯性组合市场中，2021年市场规模为18.3亿美金。其中Bosch占比35%，ST意法半导体占比20%，TDK市场占比为20%，霍尼书尔市场占比6%，ADI市场占比为7%。MEMS慣性领域技术研发和建设，事关国民经济和国家安全建设。"九五”期间，我国把研制高性能MEMS惯性传感器作为发展军用微米纳米技术的战略,紧紧围绕微型惯性测量单元(MIMU)的需求开展技术攻关,带动了国内相关单位建立研究队伍、设立相关实验室、建设工艺制造平台,突破了若干关键技术,莫定了技术发展基础。

三十年弹指一挥间,MEMS惯性传感器已从实验室探索研究走向工程应用,技术和产品都取得了巨大进步,在消费电子、车载导航、物联网、工业装备和高端装备等方面得到了广泛应用从全球市场和我国MEMS惯性导航领域的成就看,在高性能MEMS惯性传感器产品已推广应用，国内掌握了MEMS惯性传感器设计、制造、封装和测试等主要技术环节，具备了开发高性能MEMS惯性传感器产品的能力;MEMS惯性传感器应用于智能辅助驾驶中,同时国内企业将MEMS六轴惯性传感器应用于智能辅助驾驶，在车载定位这个细分赛道蹬出了一条新路，走在了国际前列，在消费电子MEMS惯性传感器领域,消费领域同样存在供应链安全的问题，国产化替代的大背景下，系统厂商对于MEMS陀螺和MEMS加速度计产品的需求量巨大，国内企业迎来了新的发展机遇。

从MEMS惯性产品应用未来发展方向看,主要机会在自动驾驶,人形机器人，以及具备更高的集成度和智能化。

从智能驾驶MEMS惯性导航应用看,L3及以上级自动驾驶需要安全可靠、低成本、高精度的MEMS惯性传感器。从L2级别到L3级别，自动驾驶的安全性问题突出，目前,全球自动驾驶渗透率情况以L1、L2级为主,L3-L5级渗透率较低。国内乘用车市场自动驾驶技术以L2级为主,L3级尚未落地。根据预测,2023年-2027年全球自动驾驶渗透率L2及以上级呈现增加的趋势。其中,L2/L2+级预计2027年渗透率达58%,L3级预计2027年渗透率达25%。具备高可靠性的传感器是保障更高等坏自动驾驶的必由之路，

人形机器人打开了MEMS惯性传感器的成长空间。MEMS惯性传感器可以获取人形机器人的角速度和加速度数据,通过MEMS IMU可监测人形机器人的实时状态、位置信息以及运动轨运,维持人形机器人完成走、跑、蹲等动作的姿态平衡。单台人形机器人采用1颗或多颗MEMS IMU,市场空间广阔。MEMS IMU与其他传感器融合,如立体声摄像机、关节编码器、力扭矩传感器、足部接触传感器等,实现数据互补,估计姿态足的质心位置、速度、方向、角速率和角动量,共同进行机器人状态反情并完成下一步动作,应用于机器人的下蹲起立、前后行走、上下楼梯、回避障碍等场景。

3、压力MEMS:应用于汽车工业、医疗和航空航天

MEMS压力传感器可以用类似集成电路(1C)设计技术和制造工艺,进行高精度、低成本的大批量生产，从而为消费电子和工业过程控制产品用低廉的成本大量使用MEMS传感器打开方便之门，使压力控制变得简单易用和智能化。传统的机械量压力传感器是基于金属弹性体受力变形，由机械量弹性变形到电量转换输出，因此它不可能如MEMS压力传感器那祥做得像1C那么微小,成本也远远高于MEMS压力传感器。相对于传统的机械量传感器,MEMS压力传感器的尺寸更小。最大的不超过1cm，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。MEMS压力传感器主要包括压阻式、电容式和谐振式类型，主要用于测量液体、气体、固体等介质的压力。硅压阻式压力传感器:是采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的，具有较高的测量精度、较低的功耗，极低的成本。惠斯顿电桥的压阻式传感器，如无压力变化，其输出为零，几乎不耗电。

硅电容式压力传感器:由沉积在膜片下表面的一层金属作为可移动的电容器，而沉积在膜片上的另一个电极则沉积在硅衬底上，这两个电极组成了一个平行的平板电容器。由于膜片受到压力的影响而产生挠曲，使电容的两个极板之间的距离改变，使电容值改变，其值与被测量的压力一致。

硅谐振式压力传感器:是利用膜片或梁的谐振频率随着被测压力的不同而变化，从而实现对压力表的测量。硅膜(梁)受到静电等方式的剩激，会产生共振振动，共振频率为f0，当硅膜(梁)受到被测压力的直接或间接作用时，会引起共振频率的变化，并相应于被测压力。

从压力MEMS市场格局来看。MEMS压力传感器前三名玩家、博世、TEConnectivity和英飞凌凭借进入行业较早建立的技术，资金璧垒。同时凭借巨大的规模经济效益占据全球市场中20亿关金中的超过50%。新晋玩家较难进入相关供应商行列。其他供应商如森萨塔(Sensata)和恩智浦(NXP)等其他厂商紧随其后在TPMS领域具备较深的布局。

从MEMS压力传感器整体行业应用看。压力MEMS传感器主要的下游应用包括汽车、生命医学领域、航天领域应用。

在汽车工业领域的应用中，MEMS压力传感器具有很广泛的应用，可以对汽车的行驶速度、燃油消耗量、耗油量以及汽车的安全性等进行测量。在汽车的行驶过程中，需要对汽车的速度、油耗以及安全性进行检测。

在生物医学领域的应用中，可在诊断系统及检测系统，如颅内压力检测系统中应用压力传感器。通过微机电系统(MEMS)技术将数据以数宇形式传输到计算机中。随着生命科学的发展，应用于生命科学中的MEMS传感器已广泛应用于各种生物医学系统中。比如在细胞培养实验中，通过检测细胞内的压力变化来研究细胞的生长情况;在生理学实验中，利用MEMS传感器测量生物体内气体和液体的浓度来研究生物反应情况等。

在航天领域的应用中，利用压力传感器能够对航天飞行器及宇宙飞船的姿态进行控制，对火箭、卫星、喷气发动机、高速飞行器等耐热腔体表面的压力进行测量。在我国航天事业发展过程中，随着科技水平和工艺技术的提高，在载人飞船、空间实验室和空间站等航天器上也都应用了MEMS压力传感器。