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2019 年 中国 MEMS 压力传感器行业概览 报告摘要 物联网研究团队 头豹研究院 | 物联网系列行业概览 400-072-5588 MEMS 压力传感器是基于 MEMS 技术和半导体集成 电路制造加工技术，以利用单晶硅硅片等传统半导 体材料制作而成的芯片作为主要组成部分，将压强 信号转化为电学信号的压力测量器件，广泛应用于 汽车、消费电子、航空航天、医疗保健和工业控制 等领域。 MEMS 压力传感器行业内部发展将呈现以下趋势： （1）MEMS 压力传感器集成度上升； （2）MEMS 压 力传感器行业垂直分工模式逐渐成为主流。 热点一：MEMS 压力传感器发展空间广阔 热点二：TPMS 渗透率不断提高，推动行业发展 热点三：中游制造和封装测试经验积累相对薄弱 随着物联网的发展，压力传感器使用量大幅增加、应用 场景愈加丰富多样，物联网对压力传感器物理尺寸、功 耗和成本等提出更高要求。相比传统的传感器，MEMS 压力传感器具备体积小、重量轻、功耗低、响应短、可 批量化生产、成本低、易于集成等众多优点，满足物联 网发展要求。在物联网的快速发展下，MEMS 压力传感 器具备广阔的发展空间。 汽车电子是 MEMS 压力传感器的传统应用领域，也是应 用占比最大的领域，广泛应用于轮胎压力、燃油压力、 气囊压力、空调压力、管道压力等汽车电子系统中。其 中，汽车胎压监测系统（TPMS）对汽车用 MEMS 压力 传感器需求量庞大，伴随中国汽车向安全化和智能化方 向的发展，TPMS 渗透率将不断提高，为 MEMS 压力传 感器提供发展动力。 2018 年以前， 中国本土 MEMS 传感器的制造代工环节多 交由中科院、北京大学等科研院校完成，缺乏成熟的商 业化企业。受此影响，中国本土 MEMS 传感器制造代工 企业缺乏丰富的工艺技术储备和大规模的市场验证反 馈，难以为上游 MEMS 压力传感器设计企业提供完善的 代工服务。 王凌之 分析师 郑敏仪 分析师 邮箱： csleadleo行业走势图 相关热点报告 工业机器人系列行业概览 2019 年中国 SCARA 机器人 行业概览 互联网系列行业概览 2019 年中国超声波雷达行业 概览 汽车系列应用报告2019 年中国雷达传感器汽车行业 应用报告 2 报告编号19RI0749 目录 1 方法论 . 6 1.1 研究方法 . 6 1.2 名词解释 . 7 2 中国 MEMS 压力传感器行业市场综述 . 10 2.1 MEMS 压力传感器的定义与分类 . 10 2.2 中国 MEMS 压力传感器行业商业模式 . 13 2.3 中国 MEMS 压力传感器行业市场规模 . 16 2.4 中国 MEMS 压力传感器行业产业链分析 . 17 上游分析 . 18 中游分析 . 20 下游分析 . 23 3 中国 MEMS 压力传感器行业驱动因素分析 . 25 3.1 物联网蓬勃发展，MEMS 压力传感器发展空间广阔 . 25 3.2 TPMS 渗透率不断提高，MEMS 压力传感器获得发展动力 . 26 4 中国 MEMS 压力传感器行业制约因素分析 . 29 4.1 技术人才匮乏，传感器进口依赖度高 . 29 4.2 中游制造和封装测试经验积累薄弱 . 29 5 中国 MEMS 压力传感器行业政策及监管分析 . 31 6 中国 MEMS 压力传感器行业发展趋势分析 . 33 6.1 MEMS 压力传感器集成度上升 . 33 3 报告编号19RI0749 6.2 MEMS 压力传感器行业垂直分工模式逐渐成为主流 . 35 7 中国 MEMS 压力传感器行业市场竞争格局 . 36 7.1 中国 MEMS 压力传感器行业竞争格局概述 . 36 7.2 中国 MEMS 压力传感器行业投资企业推荐 . 37 北京青鸟元芯微系统科技有限责任公司 . 37 昆山双桥传感器测控技术有限公司 . 39 苏州明皜传感科技有限公司 . 41 4 报告编号19RI0749 图表目录 图 2-1 MEMS 压力传感器主要分类（根据作用原理划分） . 10 图 2-2 压阻式压力传感器主要结构 . 11 图 2-3 电容式压力传感器主要结构 . 12 图 2-4 谐振式压力传感器主要结构 . 12 图 2-5 压电式压力传感器主要结构 . 13 图 2-6 外购芯片封测模式 . 14 图 2-7 Fabless 模式 . 15 图 2-8 IDM 模式 . 16 图 2-9 中国 MEMS 压力传感器市场规模（按销售额统计） ，2014-2023 年预测 . 17 图 2-10 中国 MEMS 压力传感器产业链 . 18 图 2-11 MEMS 压力传感器设计主要流程 . 18 图 2-12 MEMS 压力传感器成本构成，2018 年 . 20 图 2-13 各类型中国本土 MEMS 压力传感器代工企业产线，2018 年 . 22 图 2-14 MEMS 压力传感器终端应用领域占比，2018 年 . 24 图 3-1 物联网架构 . 25 图 3-2 中国物联网市场规模，2014-2018 年 . 26 图 3-3 MEMS 压力传感器在汽车 TPMS 中的应用 . 27 图 3-4 中国汽车 TPMS 标准制定事件 . 28 图 5-1 中国 MEMS 压力传感器行业相关政策及标准 . 31 图 6-1 MEMS 压力传感器与 ASIC 芯片集成封装 . 34 图 6-2 苏州纳芯微设计环境传感器功能图 . 34 5 报告编号19RI0749 图 7-1 中国 MEMS 压力传感器企业地域分布，2018 年 . 37 图 7-2 青鸟元芯 MEMS 压力传感器产品介绍 . 38 图 7-3 双桥传感 MEMS 压力传感器相关产品介绍 . 40 图 7-4 明皜传感产品介绍 . 41 6 报告编号19RI0749 1 方法论 1.1 研究方法 头豹研究院布局中国市场，深入研究 10 大行业，54 个垂直行业的市场变化，已经积 累了近 50 万行业研究样本，完成近 10,000 多个独立的研究咨询项目。 研究院依托中国活跃的经济环境，从物联网、工业制造、电子信息等领域着手，研 究内容覆盖整个行业的发展周期，伴随着行业中企业的创立，发展，扩张，到企业 走向上市及上市后的成熟期， 研究院的各行业研究员探索和评估行业中多变的产业 模式，企业的商业模式和运营模式，以专业的视野解读行业的沿革。 研究院融合传统与新型的研究方法， 采用自主研发的算法， 结合行业交叉的大数据， 以多元化的调研方法， 挖掘定量数据背后的逻辑， 分析定性内容背后的观点， 客观 和真实地阐述行业的现状， 前瞻性地预测行业未来的发展趋势， 在研究院的每一份 行业概览中，完整地呈现行业的过去，现在和未来。 研究院密切关注行业发展最新动向，概览内容及数据会随着行业发展、技术革新、 竞争格局变化、政策法规颁布、市场调研深入，保持不断更新与优化。 研究院秉承匠心研究， 砥砺前行的宗旨， 从战略的角度分析行业， 从执行的层面阅 读行业，为每一个行业的报告阅读者提供值得品鉴的行业概览。 头豹研究院本次研究于 2019 年 10 月完成。 7 报告编号19RI0749 1.2 名词解释 MEMS：Micro-Electro Mechanical System，微型电子机械系统或微机电系统，是 利用半导体集成电路加工和超精密机械加工等多种技术， 并应用现代信息技术制作而成 的微型器件或系统。 半导体集成电路：一种通过一定工艺把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容 和电感等元件及布线互连一起， 制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上， 然后 封装在一个管壳内，具备所需电路功能的微型电子器件或部件。 晶圆： 硅半导体集成电路或 MEMS 器件和芯片制作所用的硅晶片， 由于其形状为圆形， 故称为晶圆。 单晶硅： 硅的一种形态， 具有完整的点阵结构且晶体内原子都是呈周期性规则排列的硅 晶体，是 MEMS 的主要材料。 多晶硅： 硅的一种形态， 晶体内各局部区域里原子呈周期性排列， 但不同局部区域之间 的原子排列无序，在 MEMS 中多用于结构层和电极导电层。 二氧化硅： 硅的一种氧化物， 一般指通过热氧化和沉积等方法制作而成的薄膜材料， 在 MEMS 中多用于绝缘层、掩膜和牺牲层。 惠斯顿电桥： 由四个电阻组成的电桥电路， 是一种可利用电阻变化来测量外部物理量变 化的电路器件设计。 压电效应： 某些电介质受到外部机械力作用而变形时， 电介质材料内部产生极化并产生 正负相反的电荷的现象。 键合：将两层或多层硅片叠放在一起的技术。 温漂： 温度漂移， 指环境温度变化造成半导体集成电路、 MEMS 等器件性能参数变化，8 报告编号19RI0749 导致器件参数不稳定甚至无法工作的现象。 温度补偿：通过硬件或软件设计减小和抑制温漂的手段。 零漂： 零点漂移， 指当电路输入信号为零时， 输出端电压因环境温度变化导致固定值上 下浮动的现象。 零点补偿：通过硬件或软件设计减小和抑制零漂的手段。 线性度：描述传感器静态特性的一个重要指标。线性度越小，传感器误差越小，精度越 高。 线性度补偿：通过硬件或软件设计减小线性度、提高传感器精度的手段。 叉指电极：指状或梳状的面内有周期性图案的电极。 掩膜版：将电路图形转移至集成电路或 MEMS 上所需的图形底片。 有限元分析： 将求解域看成由许多称为有限元的互联子域组成， 对每一有限元假定一个 合适的近似解，然后推导求解。 耦合分析：在有限元分析中考虑两种或多种工程学科的交叉作用和相互影响。 EDA：Electronic Design Automation，电子设计自动化，指以计算机为工作平台， 融合应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术，完成电子产品的自动设计。 封装：集成电路和 MEMS 的安装、固定、密封工艺过程，具有实现集成电路、MEMS 管脚与外部电路的连接，并防止外界杂质腐蚀电路的作用。 应力：物体由于外因变形时，物体内部产生的抵抗外因的相互作用力。 物联网：利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人和物等通过新 的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网 络。 消费电子：手机、电脑等消费者日常生活使用的电子产品。 9 报告编号19RI0749 汽车电子： 汽车用电子装置， 包括发动机控制系统、 车身底盘控制系统等汽车电子控制 装置以及汽车信息系统、导航系统、汽车音响等车载电子装置。 汽车主动安全系统： 基于汽车发生安全事故的可能性， 主动预防和避免事故发生的汽车 电子系统。 MCU：Microcontroller Unit，微控制单元或单片机，集 CPU、RAM、ROM、定时 计数器和多种 I/O 接口于一体的芯片。 射频： 射频电流， 是一种高频交流变化电磁波的简称， 表示可以辐射到空间的电磁频率。 ASIC：Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路，为专门目的而设计 的集成电路，指应特定用户要求和特定电子系统需要而设计、制造的集成电路。 信号调理电路：将传感器模拟信号变换为用于数据采集等目的的数字信号的电路。 PCB：Printed Circuit Board，印制电路板，是组装电子产品各电子元器件用的基板， 是在通用基材上按预定设计形成点间连接及印制元件的印制板。 模组：集多种电子元器件为一体，为实现某一特定功能的电子零部件模块。 中试线：规模化投产前的试验产线。 10 报告编号19RI0749 2 中国 MEMS 压力传感器行业市场综述 2.1 MEMS 压力传感器的定义与分类 MEMS 压力传感器是基于 MEMS 技术和半导体集成电路制造加工技术， 以利用单晶硅 硅片 （或称晶圆） 等传统半导体材料制作而成的芯片作为主要组成部分， 将压强信号转化为 电学信号的压力测量器件。 相比传统压力传感器， MEMS 压力传感器具备体积小、 重量轻、 功耗低、 响应时间短、 可批量化生产、成本低、易于集成等众多优点，广泛应用于汽车、消费电子、航空航天、医 疗保健和工业控制等领域。 根据作用原理差异，MEMS 压力传感器可分为压阻式、电容式、谐振式和压电式压力 传感器等，其中压阻式传感器因其成本低、成熟度高等特点成为当前主流的 MEMS 传感器 类型（见错误!未找到引用源。 ） ： 图 2-1 MEMS 压力传感器主要分类（根据作用原理划分） 来源：头豹研究院编辑整理 （1）压阻式压力传感器主要由单晶硅弹性薄膜片、压敏电阻和高硼硅玻璃构成。其作 用原理为通过压阻效应测量压力， 即利用扩散或离子注入的掺杂技术将压敏电阻置于薄膜片 上，形成惠斯顿电桥，当被测压力作用在薄膜片上时，薄膜片因应力发生形变，造成压敏电11 报告编号19RI0749 阻阻值变化， 惠斯顿电桥因而失去平衡， 导致平衡状态下电压为零的电桥得到输出电压， 传 感器基于该输出电压与被测压力形成的特定比例实现压力测量（见错误!未找到引用源。 ） 。 压阻式压力传感器的优点为结构简单、易于集成、易于测量，其缺点为易产生温漂现象，从 而导致测量灵敏度下降， 因此需使用硬件或软件算法对传感器进行温度补偿， 抑制或消除温 漂； 图 2-2 压阻式压力传感器主要结构 来源：头豹研究院编辑整理 （2）电容式压力传感器是一个通过压力变化引起电容量改变的传感器。其主要由两个 电极板组成， 其中一个电极板是由单晶硅或多晶硅等材料制成的、 可在外部压力作用下产生 形变的弹性薄膜片， 另一个电极板固定于传感器外壳上， 不产生弹性形变。 该类传感器作用 原理为当弹性膜片受到被测压力作用产生形变时， 两个电极板间距发生改变， 导致电极板之 间的电容量产生变化，通过该变化实现压力测量（见错误!未找到引用源。 ） 。相比压阻式压 力传感器，电容式压力传感器灵敏度较高、功耗较低、温漂小，但是该传感器信号为电容信 号，具备非线性特征，需匹配复杂的电路进行信号转换和线性度补偿，因此设计难度高； 12 报告编号19RI0749 图 2-3 电容式压力传感器主要结构 来源：头豹研究院编辑整理 （3）谐振式压力传感器是通过压力作用时谐振结构频率改变实现压力测量的传感器， 主要由弹性薄膜片、 谐振梁和高硼硅玻璃封装层构成。 谐振式压力传感器作用原理为弹性薄 膜片或谐振梁在静电或其他方法激励下产生谐振动并保持一定谐振频率， 当弹性薄膜片或谐 振梁受到压力作用时， 谐振频率发生改变， 传感器基于该变化量与被测压力形成的对应关系 实现压力测量（见错误!未找到引用源。 ） 。 图 2-4 谐振式压力传感器主要结构 来源：头豹研究院编辑整理 （4）压电式压力传感器是通过压电效应实现压力测量的传感器，由作为基底材料的二 氧化硅薄膜硅片和作为压电薄膜的锆钛酸铅或铁酸铋等材料组成，主要结构包括叉指电极、 压电薄膜、 弹性薄膜等。 压电式压力传感器作用原理为传感器硅片底部弹性薄膜在受到压力 时产生形变， 引起叉指电极和压电薄膜形变， 导致电极之间产生电荷， 传感器基于该电荷与13 报告编号19RI0749 被测压力形成的线性关系实现压力测量（见错误!未找到引用源。 ） 。 图 2-5 压电式压力传感器主要结构 来源：头豹研究院编辑整理 2.2 中国 MEMS 压力传感器行业商业模式 中国 MEMS 压力传感器行业内企业商业模式包括： （1）外购芯片封测模式； （2）垂直 分工制造（Fabless）模式； （3）垂直整合制造（IDM）模式： （1）外购芯片封测模式：该模式下中国本土 MEMS 压力传感器企业主要负责传感器 销售环节，企业通过向外采购 MEMS 压力传感器主要组成部分，即海外传感器设计企业设 计好的芯片和与传感器配套的其他芯片如 ASIC 信号调理电路芯片， 自行或委托代工厂完成 传感器的封装和测试，再将传感器成品销售给下游终端客户（见错误!未找到引用源。 ） 。外 购芯片封测模式技术门槛较低， 采用该模式的中国本土传感器企业通常缺乏压力传感器自主 设计能力。由于中国 MEMS 压力传感器行业起步较晚，本土企业在传感器设计方面的技术 积累薄弱，本土企业多采用外购芯片封测模式。 例如， 某中国本土企业采购德国英飞凌等企 业的传感器芯片和美国亚德诺等企业的传感器配套 ASIC 调理芯片，自主或交由 Silex、中 芯国际等企业完成传感器封装测试工作，再将最终产品销往下游客户。 14 报告编号19RI0749 图 2-6 外购芯片封测模式 来源：头豹研究院编辑整理 （2）Fabless 模式：与集成电路行业相似，Fabless 模式下中国本土 MEMS 压力传感 器企业负责器件设计和销售环节，即企业自主完成 MEMS 压力传感器设计，将设计版图交 由代工企业并委托其完成传感器器件制造环节， 再将制造成品交由传感器封装测试代工企业 完成封测环节，最终将传感器产品销往下游终端客户（见错误!未找到引用源。 ） 。Fabless 模式技术门槛较高、 资金门槛要求较低， 采用该模式的中国本土传感器企业通常具备芯片自 主设计能力。Fabless 模式下，MEMS 压力传感器企业、制造代工企业、封装测试代工企业 各自分工， 传感器企业专注设计环节， 制造代工企业专注制造环节， 封装测试代工企业专注 封装测试环节，行业生产效率大幅提高。此外，Fabless 模式下 MEMS 压力传感器设计企 业决策效率高，能根据市场变化对产品规划做出快速调节。目前，采用 Fabless 模式的中国 本土企业包括北京元芯、苏州敏芯微等。 15 报告编号19RI0749 图2-7 F abless模式 来源：头豹研究院编辑整理 （3）IDM 模式：与集成电路行业相似，IDM 模式下的中国本土 MEMS 压力传感器企 业自主完成包括器件设计、 器件制造、 封装测试及销售等产业链各环节， 除自主设计传感器 外，需配套大量传感器制造和封装测试所需设备，资金投入大，属于重资产企业（见错误! 未找到引用源。 ） 。由于 IDM 模式对技术积累、生产规模和资金实力等方面要求高，采用该 模式的企业均为全球大型 MEMS 压力传感器企业。采用 IDM 模式的企业具备产业链整合 能力， 设计、 制造和销售等各环节不存在因产业链环节交接引起的衔接问题， 并享受全产业 链的附加值带来的差额利润。 然而该模式的劣势明显， 即企业资金投入庞大， 资产折旧摊销 成本高，相比可根据市场变化对产品规划做出快速反应的 Fabless 企业，IDM 企业对市场 变化的反应较为迟钝。随着 MEMS 压力传感器行业器件制造和封装测试代工企业工艺技术 的提高，行业内企业将更青睐于 Fabless 模式，专注于核心技术环节，注重轻资产运营，降 低资金占用风险。 16 报告编号19RI0749 图2-8 IDM模式 来源：头豹研究院编辑整理 2.3 中国 MEMS 压力传感器行业市场规模 中国 MEMS 压力传感器需求主要受汽车电子和消费电子市场的发展影响， MEMS 压力 传感器市场规模随汽车智能化和消费电子产品出货量增加而快速扩大。2014 至 2018 年， 中国 MEMS 压力传感器市场规模（按销售额统计）保持快速增长态势，从 70.8 亿元增长 至 115.1 亿元，年复合增长率达 12.9%。伴随物联网的发展，智能化的 MEMS 压力传感 器需求将不断增加，汽车对传感器压力测量功能的需求亦持续上升，预计未来 5 年中国 MEMS 压力传感器市场规模将以 11.6%的年复合增长率， 于 2023 年增长至 199.2 亿元 （见 错误!未找到引用源。 ） 。 17 报告编号19RI0749 图 2-9 中国 MEMS 压力传感器市场规模（按销售额统计） ，2014-2023 年预测 来源：头豹研究院编辑整理 未来中国 MEMS 压力传感器行业市场规模得以增长的依据包括但不限于以下原因： （1）物联网的蓬勃发展为 MEMS 压力传感器行业带来广阔发展空间； （2）汽车电子 MEMS 压力传感器渗透率稳步提高，为行业带来增长动力。 2.4 中国 MEMS 压力传感器行业产业链分析 中国 MEMS 压力传感器行业产业链由上游 MEMS 压力传感器设计企业，中游传感器 制造企业、封装测试企业，及下游汽车电子、智能手机、可穿戴设备、智能家居、工业控制 和医疗等终端应用领域电子设备制造企业构成（见错误!未找到引用源。 ） 。 18 报告编号19RI0749 图 2-10 中国 MEMS 压力传感器行业产业链 来源：企业官网，头豹研究院编辑整理 上游分析 中国 MEMS 压力传感器行业产业链的上游主体是 MEMS 压力传感器设计企业。 MEMS 压力传感器设计包括工艺设计、机电和结构设计以及后端的封装测试设计（见错误! 未找到引用源。 ） ： 图 2-11 MEMS 压力传感器设计主要流程 来源：头豹研究院编辑整理 19 报告编号19RI0749 （1）机电和结构设计涵盖有限元分析（FEA）建模和传感器版图结构设计。MEMS 压 力传感器设计企业通过 Coventor、Ansys、TannerPro 等国际 MEMS EDA 软件企业提供 的仿真模拟分析和建模设计软件实现结构分析、力学分析、温度分析、灵敏度分析、耦合分 析等， 从而完成传感器结构建模， 再通过 AutoCAD 等绘图工具绘制 MEMS 传感器掩膜版， 从而完成版图结构设计。由于海外 MEMS 传感器行业商业化始于 2000 年左右，而中国 MEMS 传感器行业商业化始于 2009 年，中国 MEMS 传感器行业起步较晚，中国市场尚不 具备成熟的、商业化的、为 MEMS 设计提供辅助的本土 EDA 软件供应商。 （2）工艺设计主要为 MEMS 压力传感器制作工艺设计，制作工艺的选择对传感器参 数、制造成本、兼容性和集成度等方面均产生关键影响。例如，苏州敏芯微为压力传感器设 计了 SENSA 工艺， 用于硅压力传感器制造。 采用该工艺的传感器可缩减 30%以上尺寸、 降 低 25%以上厚度，从而降低产品整体制造成本，同时满足下游向小型化发展的终端电子产 品对传感器更加轻薄的要求。 此外， 具备轻薄优势的传感器有利于其与配套的其他器件相互 集成，提高传感器集成度。 （3）封装测试设计包括封装形式设计和测试系统设计。由于 MEMS 压力传感器种类 多、 应用广， 传感器企业需完成封装测试设计， 即对传感器封装形式和测试系统做出定制化 设计。相比半导体集成电路封装，MEMS 传感器封装更加复杂，在封装设计方面需考虑更 多因素。例如，温度、湿度以及传感器自身的封装材料散热性、耐腐蚀性和结构强度等外部 因素对传感器可靠性产生的影响， 因此封装设计需考虑如何选择合适的封装结构和封装材料， 以保护传感器免受外部因素干扰。MEMS 压力传感器的线性度、灵敏度、迟滞性等性能指 标受不同外部因素影响， 因此企业需针对应用于不同环境和应用领域的传感器的测试系统进 行定制化设计。 例如，