近年來，車聯(lián)網、自動駕駛、汽車智能化等成為了汽車行業(yè)的熱點話題，隨著人們對汽車智能化、安全化的追求日益凸顯，汽車電子的市場需求不斷增長，而對汽車電子起核心作用的元件當屬傳感器。其中，MEMS憑借小型化、類型多樣、測量范圍廣等優(yōu)勢，逐漸成為汽車電子的主流傳感器。
MEMS是Micro Electro Mechanical System的縮寫，簡稱微機電系統(tǒng)，是按功能要求在芯片上把微電路和微機械集成于一體的系統(tǒng)。MEMS傳感器是采用微電子和微機械技工技術工藝制造出來的微型傳感器，種類繁多，是使用最廣泛的MEMS產品，通過微傳感元件和傳輸單元把輸入的信號轉換并導出另一種可監(jiān)測信號。與傳統(tǒng)工藝制造的傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產、易于集成和實現(xiàn)智能化的特點。
MEMS傳感器工作原理 圖源 | 前瞻產業(yè)研究院
MEMS傳感器算得上是一個新興的行業(yè)，在中國商業(yè)化的時間不到10年，在全球也只有20余年的產業(yè)化歷程。隨著自動駕駛的發(fā)展浪潮，MEMS憑借諸多優(yōu)勢，正在成為汽車傳感器的新風向。
汽車MEMS傳感器迎新機遇
作為獲取信息和實現(xiàn)交互的關鍵器件，MEMS對機械系統(tǒng)的微型化起著重要的推動作用。MEMS傳感器已在汽車電子、消費電子、工業(yè)、航空航天等領域得到了廣泛應用。從用于增強型虛擬現(xiàn)實（AR）組件和消費電子的設備，到工業(yè)4.0以及用于電池供電應用的低功耗設備、精確導航和定位、ADAS/自動駕駛等汽車電子設備，覆蓋了眾多應用場景。
其中消費電子和汽車為目前MEMS最主要的應用領域。從2019年全球MEMS市場結構來看，消費電子為主要應用領域，占比接近60%；汽車為第二大應用領域，占比約19%。
隨著汽車市場的發(fā)展態(tài)勢，MEMS傳感器有望迎來新的增長機遇。標準的汽車傳感器產品組合，包括六軸慣性模塊（IMU）、三軸陀螺儀、單軸、雙軸和三軸加速度計等。
IMU：用于導航平臺穩(wěn)定控制和導航的高性能MEMS IMU是自動駕駛定位的最后一道防線，與GNSS定位依靠衛(wèi)星不同，MEMS IMU具有獨特的提供連續(xù)性導航的能力，即使進入隧道或地庫，也能持續(xù)導航，且短時精度很高，長期精度取決于所選MEMS IMU的等級。
Yole Development數(shù)據顯示，慣性傳感器2022年將達到9億美元。目前，ST、博世、ADI等廠商已推出面向智能駕駛的MEMS慣導方案。
陀螺儀：6軸陀螺儀提供了在時間和溫度變化時卓越的穩(wěn)定性，角速率傳感器確保滿足嵌入航位推算功能的最先進導航系統(tǒng)的精度要求。
加速度計：加速度計測量線性加速度，也可用于特定目的，例如：傾斜度和振動測量。MEMS加速度計嵌入了一些用于運動和加速度檢測的有用功能，包括自由落體、喚醒、單次/兩次輕擊識別、活動/不活動檢測以及6D / 4D方向。
此外，MEMS在激光雷達傳感器方面也大有可為，MEMS激光雷達具有低成本、小型化優(yōu)勢，可以解決可靠性問題，是被看好的量產車激光雷達方案之一。
總結來看，MEMS傳感器的應用方向和市場需求包括車輛的防抱死系統(tǒng)、電子車身穩(wěn)定程序、電控懸掛、電動手剎、斜坡起動輔助、胎壓監(jiān)控、引擎防抖、主動降噪、智能車鑰匙、車輛傾角計量和安全氣囊觸發(fā)監(jiān)測等汽車的各個部分，可滿足汽車環(huán)境苛刻、可靠性高、精度準確、成本低的要求。
隨著新能源車滲透率進一步提升與車聯(lián)網的發(fā)展，未來汽車電子占據MEMS市場應用半數(shù)以上的份額，隨著5G、智能網聯(lián)的落地，MEMS的滲透率將繼續(xù)提升，上述領域的市場空間有望進一步打開。
產業(yè)格局下，本土廠商挑戰(zhàn)猶在
汽車半導體產品的大量應用也造就了汽車半導體全球市場的快速增長。
從產業(yè)規(guī)模上看，市場研究機構Gartner數(shù)據顯示，全球汽車半導體市場2019年銷售規(guī)模達410.13億美元，預計2022年有望達到651億美元，占全球半導體市場規(guī)模的比例有望達到12%，并成為半導體細分領域中增速最快的部分。
從產品結構來看，汽車功率半導體以及計算、控制類芯片市場規(guī)模最大，兩者合計規(guī)模達到229億美元，占到了全部汽車半導體市場的55%以上。車用傳感器需求規(guī)模位于第三位，達到為76.7億美元。
從產業(yè)格局來看，目前全球汽車半導體市場由國際巨頭企業(yè)占據壟斷地位，雖然目前全球頭部汽車半導體廠商對于芯片的布局基本涉及全部的汽車模塊分類，但是由于汽車半導體較長的開發(fā)周期和較高的技術壁壘，ST、恩智浦，英飛凌，瑞薩電子，德州儀器等供應商憑借各自積累和優(yōu)勢，相對地專注于不同的產品和細分市場。
看回國內市場，根據賽迪智庫的統(tǒng)計，2019年中國MEMS市場規(guī)模約600億元，占全球市場比例約54%，且國內市場增速持續(xù)高于全球，預計2022年市場規(guī)模將超過1000億元人民幣。此外，從應用市場來看，我國作為全球最大的汽車生產和消費市場，汽車半導體市場也正在獲得快速的發(fā)展機遇。2019年全球汽車半導體產業(yè)規(guī)模超過400億美元，而我國汽車半導體產業(yè)總收入規(guī)模僅為10億美元左右，全球占比不到3%，也低于我國整體半導體行業(yè)的自主率水平。
中國MEMS市場規(guī)模 圖源 | 賽迪顧問
巨大的市場規(guī)模和本土產業(yè)薄弱的現(xiàn)狀對比之下，凸顯出我國汽車半導體領域的差距和國產化的替代空間。然而，面對差距和挑戰(zhàn)，追趕之路困難重重。
國產MEMS追趕之路困難重重
對于汽車半導體或者MEMS產業(yè)的技術壁壘，由于車規(guī)級半導體極其嚴苛的可靠性一致性、安全穩(wěn)定性和產品長效性等要求，大大提高了進入這個行業(yè)的標準與門檻。
標準和驗證體系缺乏：為滿足車規(guī)級半導體對可靠性、一致性、安全性的高要求，企業(yè)要通過一系列車規(guī)標準和規(guī)范。國內目前還沒有適用的車規(guī)標準，國外雖有AEC-Q和AQG324等標準，但不能完全支持中國的新能源汽車技術發(fā)展對半導體性能和可靠性的要求。在車規(guī)測試平臺方面，國內雖有部分測試機構和資源，但是大多不具備完整的車規(guī)測試能力，且極少做過車規(guī)測試。
缺乏驗證機會：國內的半導體企業(yè)大多是做消費類電子和工業(yè)電子，對汽車行業(yè)的技術要求和質量控制要求不清楚，對于汽車行業(yè)的通用要求和規(guī)范比較陌生。在質量控制，特別是一致性保證能力方面較為薄弱，因此國內半導體企業(yè)的產品很難得到上車驗證的機會和試錯機會，且缺乏對錯誤的承擔能力。
基礎環(huán)節(jié)差距大，產業(yè)配套環(huán)節(jié)能力弱：在很多通用和基礎產品領域，國外巨頭企業(yè)長期占據壟斷優(yōu)勢，這種差距也延伸到車規(guī)級半導體產業(yè)。例如半導體制造技術差距明顯，核心高端半導體嚴重依賴進口等。目前國內代工制造和封裝企業(yè)布局專用車規(guī)線的推進較為緩慢，此外在車規(guī)級芯片質量管控體系、可靠性驗證測試環(huán)境、專業(yè)車規(guī)級芯片人才培育等車規(guī)級半導體產業(yè)鏈配套環(huán)節(jié)建設方面都相對滯后。
不難看到，國內產業(yè)鏈和技術亟待完善，MEMS產業(yè)的國產替代尚處于成長初期。無論從供應安全性，還是基于汽車半導體快速增長的市場需求，實現(xiàn)車規(guī)級芯片的國產化，都具有十分重要的現(xiàn)實意義及經濟效益。
近年來，我國企業(yè)通過收購，將海外優(yōu)質汽車半導體資產進行整合，為國產替代打開成長空間，成為我國汽車半導體產業(yè)快速發(fā)展的主要驅動力。同時，部分國內傳統(tǒng)汽車廠商也開始注重產業(yè)鏈上下游延拓，積極布局汽車半導體產業(yè)。另外在ADAS、智能網聯(lián)等汽車半導體領域，國內汽車半導體初創(chuàng)企業(yè)不斷涌現(xiàn)。外部收購、成熟企業(yè)布局車規(guī)半導體業(yè)務、以及新興領域創(chuàng)業(yè)，成為目前支撐我國汽車半導體發(fā)展的主要路徑。
寫在最后
在自動駕駛走向更高級別自動駕駛的過程中，MEMS技術正在迎來新的發(fā)展契機，在孕育一場深刻的技術變革并對汽車領域產生新一輪的影響。
行業(yè)領先的企業(yè)已經在MEMS方面積極布局與探索，從單一器件、單一技術的進步，走向整體解決方案的優(yōu)化，提升產品安全等級，提升供應鏈上下游的協(xié)同能力，全方位提升產品性能和安全性。
