MEMS全球市场格局和技术趋势分析

日期:2021-10-22     来源:半导体行业观察    
核心提示:近日,法国市场调查公司Yole Développement从市场和技术的角度分析了MEMS的全球前景
近日,法国市场调查公司Yole Développement从市场和技术的角度分析了MEMS的全球前景,本文作简单解读,以飨读者。
 
首先,MEMS作为半导体领域的重要分支,是实现人机交互接口的赋能者。MEMS是包括在µm - mm范围内的半导体器件,包括微机电系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)麦克风、MEMS加速度计、MEMS陀螺仪、MEMS压力传感器等。MEMS传感器芯片由硅制成(前端制造),一般与ASIC芯片组装,并采用一级封装(后端制造)。二级封装进一步增加了电子器件、坚固的外壳和连接器。在这个报告中,Yole只考虑了一级封装的价值,而不是二级模块的价值。当然也有例外情况,Yole认为,对于直接集成芯片的二级封装应用(汽车暖通空调或石油等),理论上等同于一级封装价值。
(来源:Yole Développement)
 
哪些MEMS市场最有前景?
 
据Yole的预计,2020-2026年MEMS终端市场将以7.2%的年复合增长率增长。其中,消费领域是最大的MEMS应用市场,约占全球 MEMS 收入的 60%,到2026年约有112.7亿美元的市场。其次是汽车,汽车对MEMS的需求将从2020年的20.3亿美元上升到28.6亿美元。剩下的应用市场还有工业领域、医疗、电信、国防与航空航天等。
 
 
2020 年和 2026 年按终端用途划分的 MEMS 销售额
(来源:Yole Développement)
 
从MEMS器件方面来看,Yole预计,整体MEMS器件市场在2020年至2026年将以7.2%的年复合增长率增长,到2026年全球MEMS器件市场空间将达到182亿美元。在这其中,射频MEMS器件占大头,到2026年射频MEMS器件大约有40.4亿美元的市场空间,压力MEMS器件大约是23.62亿美元,惯性器件约有21.27亿美元,麦克风MEMS约是18.71亿美元,然后是加速器、喷墨头、光学、微型测辐射热仪、陀螺仪、微流体等等。
 
 
2020 年和 2026 年按器件划分的 MEMS 销售额
(来源:Yole Développement)
 
MEMS的增长可以通过新兴技术和机遇来实现,其中一些值得注意的技术和机遇是可穿戴设备中的麦克风和惯性 MEMS,尤其是 TWS耳机。MEMS微型扬声器,应该首先在TWS入耳式设计中展示其优势,取代旧的电动或平衡电枢扬声器。基于MEMS的传感器位移OIS。这可以取代首次在iPhone 12 Pro的相机模块中使用的基于PCB的灵活传感器移位。它也可能进入其他手机或消费设备中的其他相机模块。
 
再者,Apple正在推动3D Audio,有可能会采用到Android设备,这或许会导致对IMU的需求激增。PMUT设备用于超声波指纹识别,还可用作智能手机和汽车中物理按钮和触觉的替代品。CMUT 设备对于接近 PoC 的低成本超声成像的消费化也非常有希望。
 
另外,空气质量检测等也成为用户关心的地方,气体传感器和环境组合有助于监测用户周围的室内和室外空气质量。随着用于AR/VR和LIDAR应用的光学MEMS(微镜)的兴起,压电MEMS 是具有增长潜力的设备。Yole指出,ICE(内燃机)汽车的数量正在减少,这对于正在开发汽车压力传感器业务的MEMS供应商来说应该是值得关注的。
 
MEMS玩家中谁的增长率最大?
 
现在的顶级 MEMS 厂商是 Bosch、Broadcom、Qorvo、STMicroelectronics、德州仪器、Goermicro (Goertek)、HP、Knowles、TDK 和 Infineon等等。值得一提的是,英飞凌以收购恩智浦而跻身前十行列,国内的歌尔继2019年首次跻身前十后,在2020年MEMS厂商营收排名中升至第六位。
 
 
2020年MEMS制造商收入排名($millions)
 
今年Yole还统计了相比2019年,增长率最高的前30名玩家。一个有意思的现象是,在所有这30名中,我们看到有很一些新的MEMS企业因为较高的增长率而登榜。总体来看,RF MEMS公司的MEMS业务增长最大,其次是热成像和麦克风。
 
 
前30名MEMS玩家2020年的增长率排名
(来源:Yole Développement)
 
因疫情受益最大的当属Guide IR、FLIR Systems,以及出售微辐射热计的Lynred和出售热电堆的Melexis,由于市场对体温检测的需求增加,这几家企业从中获利。GUIDE IR这家公司以331%的年同比增长率位居第一,FLIR System同比增长24%,Melexis同比增长了21%,Lynred同比增长15%。获利的还有Amphenol,同比增长了11%,他们主要是由于呼吸终端系统(如呼吸机和CPAP机)对压力MEMS的需求增长。
 
射频MEMS公司去年的增长依旧强劲,Qorvo和博通去年为5G部署了高可靠性的RF MEMS滤波器。其中Qorvo的年增长率比博通还要高,达到37%,而博通是20%。
 
SiTime正在继续大力推动用其基于MEMS 的计时产品取代传统的石英计时解决方案。2020年营收同比增长了38%。
 
瑞声科技(AAC)和歌尔微电子 (Goertek) 从的MEMS麦克风需求环境中获益。15年来,MEMS麦克风领头羊楼氏电子首次被歌尔微取代。瑞盛科技的年增长率为26%,歌尔同比增长了18%。
 
我们都知道,2020年上半年汽车需求疲软,MEMS也受到了影响,但下半年消费和汽车需求的大幅回升,也使得博世、意法半导体和TDK等同时从事消费类和汽车业务的公司能够抵消来自汽车行业的潜在负面影响。其中博世同比增长7%,ST和TDK同比增长1%。
 
MEMS公司分为IDM、fabless和Foundry三类,与半导体类似。因此,MEMS代工厂的存在也是不可或缺的。
 
瑞典的Silex Microsystems 是顶级的 MEMS 代工厂,Teledyne DALSA 位居第二,索尼位居第三。台积电位居第4位,X-Fab位居第5位。除索尼外,罗姆在日本企业中排名第13位。
 
 
2020 年 MEMS 代工公司销售排名
(来源:Yole Développement)
 
MEMS技术的发展趋势
 
作为一种技术趋势,MEMS传感器和执行器不断致力于缩小尺寸、降低成本和提高性能,并正在转向以异构功能集成为关键的系统化。从前端制造到封装、模块和系统集成,整个供应链都朝着混合能力的方向发展。 
 
 
(来源:Yole Développement)
 
而向系统级方法的转变以及在同一外壳中使用不同材料和工艺的不同组件(如 MEMS、ASIC、天线和电源)的集成,正在创造对更复杂的 SiP 技术的需求,其目标是提高系统级性能并降低整体功耗。
 
Yole还观察到,PiezoMEMS制造技术正在不断发展。PiezoMEMS系列产品包括包括喷墨头、BAW、麦克风、扬声器、光学微机电系统、微机电自动聚焦等传感器和驱动器。piezoMEMS制造的经验正在增加,在PVD行业中,溅射技术正成为首选的沉积技术。
 
此外,MEMS传感器供应商在将MEMS传感器与AI、ML(机器学习)、DL(深度学习)等相结合的应用中,这些领域新的增长机会,以期突破商品化,完善价值链。显然,厂商们正在打造一条将MEMS传感器与边缘(或云)上的 AI/ML/DL 相结合的应用程序。 
 
 
MEMS传感器的演变
(来源:Yole Développement)
 
MEMS有着悠久的历史,并不断发展。随着传感器变得更加智能化,未来将是一个令人兴奋的发展加速时期。从几十年前的第一个图像传感器到现在的气体传感器,传感器的能力一直在不断发展。消费者/移动/物联网设备的下一个维度将是增加更多的感官。我们还没有看到味觉传感器,但情感感应已经出现了。让我们静待MEMS的下一步发展。
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