傳感器研究報告

1、一、產(chǎn)業(yè)分析 . 3基礎(chǔ)概況傳感器分類發(fā)展歷程智能傳感器產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展趨勢二、市場分析 . 12市場規(guī)模市場結(jié)構(gòu)競爭格局區(qū)域分布初創(chuàng)企業(yè)三、企業(yè)分析 . 18BOSCH博世歌爾股份睿創(chuàng)微納目錄一、產(chǎn)業(yè)分析產(chǎn)業(yè)分析| 基礎(chǔ)概況傳感器 基本定義：傳感器是一類將環(huán)境中的自然信號轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體器件，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。 傳感器組成：一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和變換電路三部分組成，有時還加上輔助電源。 敏感元件：直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。 轉(zhuǎn)換元件：傳感器的核心元件，以敏感元件的輸出為輸入，把感知的非電量轉(zhuǎn)換為電信號輸出。轉(zhuǎn)

2、換元件本身可以作為獨立傳感器使用，叫做元件傳感器。 變換電路：把傳感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換成便于處理、控制、記錄和顯示的有用電信號所涉及的有關(guān)電路。圖1 傳感器系統(tǒng)示意圖傳感器 信號轉(zhuǎn)換力學(xué)光學(xué)磁學(xué)熱學(xué)電量輸入輸出圖2 傳感器組成敏 感 元 件轉(zhuǎn) 換 元 件變 換 元 件顯示器輔助電源記錄儀數(shù)據(jù)處理儀器4產(chǎn)業(yè)分析| 傳感器分類資料來源：網(wǎng)絡(luò)資料、整理圖3 按測量對象分類的傳感器傳感器分類傳感器用途廣泛、種類繁多。按照測量對象可以將傳感器分為檢測光、放 射線、聲信號、磁信號、力、位置信息、溫 度、濕度、溶液流量流速等類型的傳感器。每一種檢測同樣對象的傳感器又有多種應(yīng)用 和不同的實現(xiàn)路徑。5產(chǎn)業(yè)分析

3、| 發(fā)展歷程發(fā)展歷程傳感器發(fā)展歷程的三個階段：1. 結(jié)構(gòu)型傳感器出現(xiàn)；2. 固體型傳感器的發(fā)展；3. 智能型傳感器的發(fā)展。傳感器采用的材料由單一材料發(fā)展到復(fù)合材料，并在結(jié)構(gòu)上由簡單結(jié)構(gòu)發(fā)展成復(fù)合型微機電系統(tǒng)MEMS。單一材料經(jīng)過一段時間敏感度衰 減程度不一，導(dǎo)致傳感器敏感度和精度下降，于是誕生復(fù)合材料傳感器。圖4 全球傳感器發(fā)展歷程資料來源：中金公司研究部、整理圖5 傳感器的技術(shù)發(fā)展路徑6產(chǎn)業(yè)分析| 智能傳感器（1/2）圖6 智能傳感器結(jié)構(gòu)構(gòu)成智能傳感器 智能傳感器：具有信息處理功能的傳感器。智能傳感器帶 有微處理機，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感 器集成化與微處理機相結(jié)合的產(chǎn)物。優(yōu)點

4、：通過軟件技術(shù)可實現(xiàn)高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的編程自動化能力；功能多樣化。實現(xiàn)功能：復(fù)合敏感功能；自檢、自校、自診斷功能；信息存儲功能；數(shù)據(jù)處理功能；數(shù)字通訊功能。根據(jù)中國信通院最新的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2015年智能傳感器就已 取代傳統(tǒng)傳感器成為市場主流（占70）。被測量物傳感器預(yù)處理及 接口微處理機輸出接口顯示和 記錄輸出接口傳統(tǒng)傳感器信號預(yù)處理模擬信號數(shù)字化 輸入接口MP、ROM、RAM信息處理 及校正軟件D/A轉(zhuǎn)換、驅(qū) 動電路7產(chǎn)業(yè)分析| 智能傳感器（2/2）資料來源：中金公司研究部、整理圖7 傳統(tǒng)傳感器與MEMS傳感器對比智能傳感器：未來傳感器的主流工藝 微電子機械系統(tǒng)（MEMS

5、）：是由半導(dǎo)體制造技術(shù)發(fā)展而來，是一種把微型 機械元件（如傳感器）與電子電路集成在同一顆芯片上的半導(dǎo)體技術(shù)。 MEMS傳感器的尺寸在1微米到100微米量級。 優(yōu)點：體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、易于集成。制造特點：不需要先進制程，封裝為主要技術(shù)區(qū)分環(huán)節(jié)。由于MEMS產(chǎn)品結(jié)構(gòu)獨特，采用的制造技術(shù)與IC晶圓制造類似但不需要先進制程，制造主要難 點在于將各類異構(gòu)微機械、微電子元件、微能源封裝在一個微系統(tǒng)中。主要技術(shù)變革：封裝方式和新材料引入方面。封裝方式通常為非標(biāo)準(zhǔn)異構(gòu)式封裝，封裝技術(shù)是產(chǎn)品差異化的主要賦能者。材料方面，陶瓷、壓電陶瓷、 合成的多分子聚合物、以及碳納米管技術(shù)將被引入以降

6、低元件間的相互影響。應(yīng)用領(lǐng)域：電子、工業(yè)、汽車等領(lǐng)域，未來物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)都將是MEMS傳感器發(fā)展的重要動力。圖8 智能手機MEMS傳感器示意圖8產(chǎn)業(yè)分析| 產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)圖9 智能傳感器產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu) 產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)：整個產(chǎn)業(yè)鏈涉及設(shè)計、制造、封裝測試、軟件及應(yīng)用方案環(huán)節(jié)。上游負責(zé)器件設(shè)計、材料和生產(chǎn)設(shè)備供應(yīng)；中游生產(chǎn)制造出器件；下游使用器件制造終端電子產(chǎn)品。 商業(yè)模式：商業(yè)模式以IDM為主，目前存在許多細分行業(yè)龍頭。由于每類傳感器都有各自不同的工藝和設(shè)計，廠商通常采用設(shè)計和生產(chǎn)一體的IDM模式。因此傳感器行業(yè)存在許多小而美的細分行業(yè)龍頭企業(yè)。、材料制造材料： 硅、鍺 鎳、銅、金等封裝

7、材料： 金屬、陶瓷、塑料產(chǎn)品設(shè)計需求分析方案設(shè)計生產(chǎn)設(shè)備淀積/蝕刻涂膠/顯影光刻/鍵合電鍍/電鑄傳感器器件加工制造封裝測試終端設(shè)備消費電子汽車電子其他領(lǐng)域上游：設(shè)計、原材料 及生產(chǎn)設(shè)備供應(yīng)中游：生產(chǎn)制造下游：終端產(chǎn)品制造9產(chǎn)業(yè)分析| 應(yīng)用領(lǐng)域圖10 傳感器典型應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域傳感器是數(shù)據(jù)的采集入口，是物聯(lián)網(wǎng)、智能工業(yè)、智能設(shè)備、 無人駕駛等的“心臟”。1. 工業(yè)領(lǐng)域：傳感器是實現(xiàn)工業(yè)自動檢測和控制的首要環(huán)節(jié)。 和消費電子等民用領(lǐng)域相比，工業(yè)環(huán)境對傳感器的要求更高， 在其精度、穩(wěn)定性、抗震動和抗沖擊性方面要求更為苛刻。 工業(yè)傳感器分為光電、熱敏、氣敏、力敏、磁敏、聲敏、濕 敏等不同類別； 2. 消費

8、電子：消費電子領(lǐng)域以智能手機的應(yīng)用多為主；3. 通信電子：射頻傳感器等；4. 汽車電子：多功能傳感設(shè)備高精要求；5. 物聯(lián)網(wǎng)；6. 醫(yī)療保健。慣性傳感器加速度計陀螺儀1. 工業(yè)領(lǐng)域2. 消費類電子陀螺儀麥克風(fēng)慣性測量組合圖像傳感器指紋識別射頻傳感器壓力傳感器溫度傳感器氣體傳感器3. 通信電子5. 物聯(lián)網(wǎng)4. 汽車電子6. 醫(yī)療保健壓力傳感器加速度計微陀螺儀氣體傳感器激光雷達生物傳感器壓力傳感器微流體傳感器集成加速度傳感器10產(chǎn)業(yè)分析| 發(fā)展趨勢資料來源：公開資料，整理圖11 MEMS傳感器未來發(fā)展趨勢國內(nèi)傳感器技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新的重點在材料、結(jié)構(gòu)和性能改進3個方面。材料：敏感材料從液態(tài)向半固態(tài)、固

9、態(tài)方向發(fā)展；結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)向小型化、集成化、模塊化、智能化方向發(fā)展；性能：性能向檢測量程寬、檢測精度高、抗干擾能力強、性能穩(wěn)定、壽命 長久方向發(fā)展；技術(shù)：產(chǎn)品正逐漸向MEMS技術(shù)、無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、紅外技術(shù)、新材料技術(shù)、納米技術(shù)、陶瓷技術(shù)、薄膜技術(shù)、光纖技術(shù)、激光技術(shù)、復(fù)合傳感 器技術(shù)、多學(xué)科交叉融合的方向發(fā)展。11二、市場分析市場分析| 市場規(guī)模資料來源：傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書、整理圖12 2010-2017年全球傳感器市場規(guī)模增長情況（單位：億美元， ）市場規(guī)模：2017年全球傳感器規(guī)模近2000億美元，中國增長最快由于世界各國普遍重視和投入開發(fā)，傳感器發(fā)展十分迅速。目前世界上從事傳感器研制生產(chǎn)

10、單位已超過6500家。美國、歐洲、俄羅斯各自從事傳感 器研究和生產(chǎn)廠家1000余家，日本有800余家。近年來，全球傳感器市場一直保持快速增長，隨著經(jīng)濟環(huán)境的持續(xù)好轉(zhuǎn)，市場對傳感器的需求將不斷增多，2016年市場規(guī)模突破1700億美元，增速 達到9.7。我國傳感器市場也持續(xù)快速增長，年均增長速度超過202017年12月工信部發(fā)布傳感器產(chǎn)業(yè)三年行動指南，預(yù)計2021年市場規(guī)模將達到5937億元，傳感器技術(shù)已經(jīng)成為國家發(fā)展的重中之重。圖13 2010-2017年中國傳感器市場規(guī)模增長情況（單位：億元， ）720828862105512601587174119000%5%10%15%20%25%30%

11、200018001600140012001000800600400200020102011201220132014201520162017397134805136468659951126130025%20%15%10%5%0%35%30%40%020040060080010001200140020102011201220132014201520162017市場分析| 市場結(jié)構(gòu)資料來源：Yole、整理圖14 2017全球傳感器市場結(jié)構(gòu)（按產(chǎn)品類別分）市場結(jié)構(gòu)從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，CMOS圖像傳感器占據(jù)傳感器市場的29，MEMS傳感器占20的市場，而單一材料傳感器中電壓式指紋識別傳感器占比達8 。另外射

12、頻傳感器和雷達傳感器在通訊、汽車、軍事上有著遠距離探測和信息傳遞的應(yīng)用，分別占比16和11。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，工業(yè)、汽車電子、通信電子、消費電子四部分是傳感器最大的市場。國內(nèi)工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品領(lǐng)域的傳感器占比約42左右， 而發(fā)展最快的是汽車電子和通信電子應(yīng)用市場。圖15 2017年全球傳感器市場結(jié)構(gòu)（按應(yīng)用領(lǐng)域分）20294281411165MEMSCIS磁傳感器 氣體傳感器 指紋傳感器 光譜傳感器 3D傳感器雷達RF其他266151143233工業(yè)自動化 消費電子 數(shù)據(jù)處理 工業(yè)醫(yī)療電子 軍工有線通信 無線通信14市場分析| 競爭格局資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院、整理圖17 全球傳感器區(qū)域分布競爭

13、格局：美、日、德企主導(dǎo)傳感器市場，國內(nèi)企業(yè)競爭力弱全球傳感器市場的主要廠商有GE傳感器、愛默生、西門子、博世、意法半導(dǎo)體、霍尼韋爾、ABB、日本橫河、歐姆龍、施耐德電氣、E+H等， 中國傳感器市場中70左右的份額被這些外資企業(yè)占據(jù)。在全球消費類慣性傳感器（加速度計+陀螺儀）市場，意法半導(dǎo)體處于市場領(lǐng)導(dǎo)者的地位，占據(jù)四成左右的市場份額。美國29日本21德國19中國10其他國家21圖16 全球傳感器區(qū)域分布15市場分析| 中國企業(yè)區(qū)域分布資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院、整理表1 中國傳感器企業(yè)布局情況中國傳感器企業(yè)區(qū)域分布（2017年數(shù)據(jù)）我國傳感器企業(yè)正努力追趕國外企業(yè)，并出現(xiàn)區(qū)域的傳感器企業(yè)集群，企

14、業(yè)主要集中在長三角地區(qū)，并逐漸形成以 北京、上海、南京、深圳、沈陽和西安等中心城市為主的 區(qū)域空間布局。其中，主要傳感器企業(yè)有接近一半的比例分布在長三角地 區(qū)，其他依次為珠三角、京津地區(qū)、中部地區(qū)及東北地區(qū) 等。此外，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，傳感器產(chǎn)業(yè)在其他區(qū)域如陜西、四川和山東等地發(fā)展很快。西安優(yōu)勢微電子公司生產(chǎn) 的唐芯一號，推出了國內(nèi)首顆物聯(lián)網(wǎng)核心芯片。分布布局現(xiàn)狀長三角區(qū)域以上海、無錫、南京為 中心逐漸形成包括熱敏、磁敏、圖像、稱重、光電、溫度、氣敏等較為 完備的傳感器生產(chǎn)體系及產(chǎn)業(yè)配套。珠三角區(qū)域以深圳中心城市為主由附近中小城市的外資企業(yè)組成以熱敏、磁敏、超聲波、稱重為主 的傳感器產(chǎn)業(yè)體系

15、。東北地區(qū)以沈陽、長春、哈爾濱 為主主要生產(chǎn)MEMS力敏傳感器、氣敏傳感器、濕敏傳感器。京津區(qū)域主要以高校為主從事新型傳感器的研發(fā)，在某些領(lǐng)域填補國內(nèi)空白。北京已建立微 米/納米國家重點實驗室。中部地區(qū)以鄭州、武漢、太原為 主產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合的模式，在PTC/NTC熱敏電阻、感應(yīng)式數(shù)字液位傳 感器和氣體傳感器等產(chǎn)業(yè)方面發(fā)展態(tài)勢良好16市場分析| 初創(chuàng)企業(yè)資料來源：Yole、整理表2 全球MEMS傳感器值得關(guān)注的創(chuàng)業(yè)公司MEMS初創(chuàng)企業(yè)全球大批研發(fā)新型MEMS技術(shù)并嘗試不同材料的 初創(chuàng)公司，并正在積極推動MEMS朝向多樣化的 未來進展。USound是一家熱門的MEMS新創(chuàng)公司，進展十分 迅速，將在

16、2019年推出MEMS微型揚聲器。壓電麥克風(fēng)公司Vesper，最近則從包括亞馬遜(Amazon)在內(nèi)的投資方籌集了2300萬美元。隨著汽車產(chǎn)業(yè)對于光達的持續(xù)需求，RoboSense 和Innoviz等激光雷達公司也引起了諸多關(guān)注。17公司成立時間總部核心技術(shù)備注Adasky2015年以色列遠紅外線（FIR）傳感器2017年6月首輪融資募集1635萬美元Aeye。Inc.2013年美國加州iDAR激光雷達技術(shù)最佳化資料收集Block Engineering美國馬薩諸塞州FTIR傳感器ChemPen，可檢測氣/液體ChirpMicrosystems2013年美國加州單晶片的MEMS超音波ToF傳感

17、器eLichens2014年法國超低功耗CO2傳感器innoluce B.V.2010年荷蘭鐳射掃描模組，MEMS微鏡2016年10月由英飛凌收購Innoviz2016年以色列車用激光雷達傳感器融資總額8200萬美元MEMS Drive2014年美國加州光學(xué)成像像素穩(wěn)定技術(shù)，5軸OIS傳感器2016年B輪融資1100萬美元Menio Micro2016年美國加州6通道SPST機械開關(guān)，數(shù)位微型開關(guān)平臺2016年融資1870萬美元Mistic2016年法國巴黎基于鈦的MEMS技術(shù)Proteus Digital Health2001年美國加州“Digital Medicines”可吸收傳感器至今融

18、資4223億美元速騰聚創(chuàng)2014年中國深圳MEMS固態(tài)激光雷達Tikitin2016年芬蘭MEMS傳感器Usound2014年奧地利壓電MEMS微型揚聲器融資1700萬歐元Vesper2009年美國波士頓低功耗MEMS壓電麥克風(fēng)至今融資4000萬美元Zebra Analytix2018年美國基于MEMS的微型氣相色譜系統(tǒng)三、企業(yè)分析企業(yè)分析| BOSCH博世資料來源：博世公開資料、整理圖18 博世MEMS產(chǎn)品BOSCH博世（全球最大MEMS傳感器制造商）基本介紹：成立于1886年，德國的工業(yè)企業(yè)之一，從事汽車與智能交 通技術(shù)、工業(yè)技術(shù)、消費品和能源及建筑技術(shù)的產(chǎn)業(yè)。產(chǎn)品類型：涵蓋慣性、環(huán)境、智

19、能、光學(xué)、聲學(xué)傳感器5大類。生產(chǎn)模式：IDM廠商，從設(shè)計到制造，垂直參與到整條產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán) 節(jié)。應(yīng)用領(lǐng)域：汽車制造、消費類電子、家用電器。1995年博世首次量產(chǎn)MEMS傳感器，如今汽車領(lǐng)域MEMS超過50款。2005年開始布局消費電子市場，目前75的博世MEMS傳感器應(yīng)用于消費類電子產(chǎn)品，全世界四分之三的智能手機中都裝有博世傳感器。下游客戶：大部分的國外車企、蘋果、華為等。財務(wù)情況：2018年銷售額增長1.5，至779億歐元，得益于其汽車業(yè)務(wù)部門銷售額增長2.3 ，息稅前利潤（EBIT）達到53億歐元。19企業(yè)分析| 歌爾股份資料來源：歌爾聲學(xué)官網(wǎng)、整理圖19 歌爾聲學(xué)傳感器產(chǎn)品歌爾股份（聲學(xué)MEMS龍頭企業(yè)）基本介紹：歌爾股份是全球電聲器件龍頭及整體系統(tǒng)設(shè)計制造的領(lǐng)先企業(yè)， 公司從微型揚聲器、受話器、麥克風(fēng)等電聲器件起家，憑借客戶關(guān)系和精密 制造能力逐步向其他精密器件及整機業(yè)務(wù)延伸，打造聲學(xué)、光學(xué)、無線通訊 等聲光電一體化解決方案了，并成為整機業(yè)務(wù)的重要支撐，形成“零件+整機” 的戰(zhàn)略布局