什么是MEMS壓力傳感器

壓力傳感器(Pressure Transducer)是工業實踐中常用的一種器件設備，通常由壓力敏感元件（彈性敏感元件、位移敏感元件）和信號處理單元組成，工作原理通常基于壓敏材料的變化或壓力引起的形變，它能感受壓力信號，并能按照一定的規律將壓力信號轉換成可用的輸出的電信號，以便實現準確測量、控制和監測，具有高精度、耐腐蝕和緊湊結構等特點，適用于多種惡劣環境。其廣泛應用于汽車電子領域及各種工業自控產品中，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業，其中，汽車電子領域是壓力傳感器應用規模最大的單一賽道，占比超過35%。

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MEMS 壓力傳感器，全稱微機電系統（Microelectro Mechanical Systems）壓力傳感器，它們融合了尖端微電子技術和精密微機械加工技術，通過微型機械結構與電子電路的結合，利用單晶硅硅片等傳統半導體材料制作而成的芯片作為主要部分，通過檢測物理形變或電荷累積來測量壓力，進而轉化為電信號進行處理，實現對壓力變化的敏感監測和精確轉換。其核心優勢在于微型化設計，讓 MEMS 壓力傳感器在精度、尺寸、響應速度和能耗方面均具有卓越表現。

二、 MEMS壓力傳感器的分類

MEMS壓力傳感器根據不同的應用需求、不同的品類設計，有多種分類方式。行業內主流的分類方式有按照工作原理劃分、按器件結構劃分、按封裝方式劃分等。

資料來源：公開資料整理

資料來源：民生證券

三、 上下游產業鏈

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01 上游原材料及芯片設計

MEMS壓力傳感器上游主要包括原材料供應和芯片設計等環節。MEMS壓力傳感器所需的材料可以分為四大類：半導體材料、陶瓷材料、金屬材料和有機材料。

半導體材料

半導體材料是MEMS壓力傳感器最主要的原材料之一。隨著半導體國產化政策支持、資本支持力度不斷加大及晶圓產能持續擴張等因素帶動下，我國半導體材料市場規模加速擴張。

陶瓷材料

目前，我國電子陶瓷已進入到優化升級的發展階段，得益于下游電子工業、光纖通訊、國防軍工等眾多行業的巨大市場需求，電子陶瓷行業市場規模不斷擴大。未來隨著5G通信技術革新、電子元器件、新能源、智能裝備、物聯網等領域的需求增加，國產替代進口速度加快，中國電子陶瓷行業市場規模將會繼續保持高速增長態勢。

金屬材料

銅材為MEMS上游主要原材料。其中銅材是指以純銅或銅合金制成各種形狀包括棒、線等。

芯片設計

MEMS的設計綜合了材料、結構、光學等學科，且需要考慮其制造、封裝工藝、低成本、智能化等實際需求，要借助計算機輔助設計，通過復雜的試驗驗證設計方案可行性，方能滿足各項嚴苛要求。

02 中游生產企業

資料來源：公開資料整理

03 下游主要應用

目前，汽車、消費電子、醫療是MEMS壓力傳感器較大的應用領域。汽車產業占MEMS壓力傳感器市場銷售額超40%，其次是消費電子，銷售額占比約23%，醫療領域占17%，工業領域占約15%，其余市場如軍用、航空航天等領域。

圖表：MEMS壓力傳感器行業下游應用占比

資料來源：Yole

汽車行業

汽車領域是MEMS傳感器重要下游應用領域之一。在汽車領域，MEMS壓力傳感器以小型化、高精度和可靠性等特點，廣泛應用于安全系統（如制動系統的壓力監測、安全氣囊的壓力控制及碰撞保護）、排放控制（發動機排放氣體壓力控制與監測）、輪胎監測、發動機管理和懸掛系統等領域。高端的汽車一般都會有上百個傳感器，包括30-50個MEMS傳感器，其中就有10個左右的MEMS壓力傳感器。這些傳感器可提供關鍵數據，幫助汽車制造商優化發動機性能、提高燃油效率并增加駕駛安全性。

消費電子

隨著3D導航、運動監測和健康監測等應用的發展，MEMS壓力傳感器在消費電子產品中的應用也越來越普遍。智能手機、平板電腦和智能手表等設備中的壓力傳感器可用于氣壓計、高度計和室內導航等功能。智能可穿戴設備中的壓力傳感器還可以監測心率和體力活動等運動和健康指標，提供更精確的數據。此外，MEMS壓力傳感器在無人機、航模等領域應用廣泛，可提供海拔信息，與導航系統協同實現精準飛行控制。

醫療行業

在醫療行業，MEMS壓力傳感器被廣泛應用于各種醫療設備和檢測系統中。它們可以用于血壓檢測、呼吸機和人工呼吸器的控制、體內壓力監測以及藥物輸送系統等。這些傳感器提供了準確的壓力測量，幫助醫療工作人員進行診斷和治療。

工業自動化

在工業自動化領域，MEMS壓力傳感器用于監測和控制各種工業過程，它們被廣泛應用于液體和氣體管道系統、液位監測、壓力控制和流量測量等領域。這些傳感器的高精度和可靠性對于確保工業過程的穩定和安全至關重要。

航空航天

MEMS壓力傳感器可用于飛機和火箭的空氣動力學性能測試、高空氣壓監測、氣象數據收集以及航空器和天基設備的氣壓控制。其小型化和輕量化特性使其成為航空航天領域中理想的選擇，能夠滿足嚴苛的環境要求。

圖表：MEMS壓力傳感器在各行業應用趨勢

資料來源：Yole

四、 MEMS壓力傳感器行業情況

01 市場規模

Yole預測，2019-2026年全球MEMS壓力傳感器市場規模從16.84億美元增長至22.15億美元，年均復合增長率約為5%；出貨量從14.85億顆增長至21.83億顆，年均復合增長率為4.9%。

資料來源：Yole

目前，MEMS 壓力傳感器已成為MEMS 傳感器市場規模最大的細分市場之一，在汽車、工業、醫療和和航天航空領域均有廣泛的應用。根據前瞻產業研究院數據，2020年我國MEMS壓力傳感器市場規模約為135億元。在消費電子、可穿戴設備、無人機、醫療等行業高需求的推動下，結合國內MEMS壓力傳感器國產化進程加快，以及市場歷年增長趨勢，預測到2025年約接近300億元。

資料來源：CCID前瞻產業研究院

02 行業競爭格局

MEMS壓力傳感器因其高技術壁壘和工藝要求，長期以來國內市場主要由海外企業主導。外資企業幾乎壟斷了全球MEMS壓力傳感器市場，高筑的技術壁壘下本土玩家屈指可數，國產化率不足5%，且國內企業主要以組裝為主，核心芯片依賴進口。這種局面形成了MEMS行業的寡頭競爭格局，市場集中度相當高。據Yole統計，市場前三名的集中度（CR3）達到了77%左右，全球頭部廠商包括博世、泰科電子、英飛凌、森薩塔和恩智浦、安費諾、霍尼韋爾、意法半導體、邁來芯等。

在壓力傳感器領域，中高壓壓力傳感器的總成及核心芯片、器件的市場份額幾乎全部被森薩塔占據；差壓壓力傳感器總成的市場份額主要被BOSCH（博世）、DENSO（電裝）、Delphi（德爾福）、Sensata（森薩塔）等公司占據，核心芯片、器件的市場份額主要被NXP、Infineon、Melexis等公司占據，國內企業的市場占有率極低。

資料來源：Yole

國內企業已經在積極布局高精度等高端MEMS壓力傳感器的研發和生產。率先布局的廠商主要包括具備核心研發能力和標定檢測能力的廠商，如康斯特、敏芯股份、華培動力和安培龍等。

從主要上市企業有關MEMS 壓力傳感器的研發項目來看，各企業積極布局高精度等高端MEMS 壓力傳感器，我國MEMS 壓力傳感器芯片設計國產化以及行業產業化可期。

03 行業特點

（1）行業整體情況

技術人才匱乏，傳感器進口依賴度高。相比同為技術密集型行業的傳統半導體集成電路行業，MEMS 壓力傳感器行業屬于多學科交叉行業，MEMS 傳感器設計、制造和封裝測試涉及電子、機械、材料、工藝制造、物理、化學、生物等眾多學科，對不同專業背景復合型人才需求量大，而中國 MEMS 傳感器行業起步較晚，傳感器技術研發落后德國、美國等國家近十年，技術和人才儲備匱乏，基礎研究不充分，嚴重制約行業的發展。

當前，中國芯片行業從業者不到 30 萬人，其中高端人才供給不足。作為與芯片行業高度重合且多學科交叉特性更強的特殊行業，MEMS 壓力傳感器行業在人才資源積累上更加缺乏。受此影響，中國 MEMS 壓力傳感器企業規模小、產品研發周期長、盈利能力低，多采用外購芯片封裝測試的商業模式，導致本土企業及其下游客戶對海外領先企業產品的進口依賴度高，中高端產品進口比例超過 80%，傳感器芯片進口比例約 90%。中國對海外 MEMS壓力傳感器的高度依存度將影響本土企業吸引人才、提高盈利和擴大產能，對 MEMS壓力傳感器行業國產化進程造成負面影響。

國內目前產、學、研資源比較分散，同時產學研脫節，做材料的不會做芯片，做芯片的不懂傳感器具體芯體和傳感器具體研發設計及實際現場需求，目前國內壓力領域沒有一家銷售額超過10億元的傳感器公司，大多以購買國外芯片和芯體進行組裝的小實體，并且沒有力量投入持續研發和工藝改進。而國外的私營企業發展模式，國際企業先因需要解決采集壓力信號的需求，轉化為需要做傳感器來采集信號，在此過程中企業自己研發芯片和集成電路及各種材料相關的部件集成為傳感器，國外企業都是經過上百年或者幾十年的積累、并購、整合發展出的行業巨無霸。

（2）行業特點

產品高度定制化

MEMS壓力傳感器產品為非標準化產品。由于MEMS壓力傳感器中復雜的極微小型機械系統的存在，MEMS壓力傳感器的芯片設計和工藝研發必須緊密配合，而且MEMS傳感器的應用場景多樣，所處環境對于其中的極微小型機械系統而言較為惡劣，因此需要定制化開發晶圓和傳感器模組的專業封測設備系統和測試流程。MEMS壓力傳感器公司則在芯片的研發和傳感器銷售的同時，需要深度參與晶圓代工和封測環節的工藝開發和持續優化調整的過程。

產品種類多、細分領域市場規模小、企業體量較小

從MEMS壓力傳感器應用場景來看，分為汽車、消費電子（可穿戴設備、家電、無人機等）、醫療、工業等，不同應用場景的需求和傳感器所處的環境不同，需要進行不同品類的設計，各應用領域的細分市場規模亦不大。

公開數據顯示，我國現有約100家MEMS壓力傳感器企業，一線梯隊企業產值過億元的不多，多數在5000萬元-1億元的區間，且均未突破核心技術壁壘。由于MEMS壓力傳感器單顆價值量較小，客制化程度較高，多數企業會專注在細分市場領域，單個企業的營收規模亦偏小。

下游產品驗證要求高，準入門檻較高

在車規級芯片產品需要滿足更嚴苛的技術標準和門檻，需要通過更為嚴苛的測試，以滿足汽車行業對于產品安全性、穩定性和使用壽命的苛刻要求。供應商如果想要進入汽車供應鏈，必須要經過一系列的驗證測試，一般認證周期一般需要1-2年。

醫用MEMS傳感器作為醫療行業中的關鍵設備，其核心價值在于數據采集。具體的認證標準如ISO 13485，側重要求醫療器械領域的芯片生產企業建立和維護相應的質量管理體系。IEC 60601醫療電氣設備安全標準，要求芯片在設計、制造和使用上符合相關的電氣安全性能要求，并能在一定的電氣環境下運作穩定可靠。FDA 510(k)針對醫療器械的市場準入認證，要求芯片生產企業根據相關法規和標準規定的安全性數據和證明文件提交到FDA進行評估和審批。

五、 行業關注點及投資邏輯

產品競爭力：量程、溫域、精度、穩定性等方面

鋰離子電池未來的發展方向主要表現在：①小型化、薄型化，從而滿足消費類電子產品的需求；②大容量、大功率充放電，從而滿足應用于動力、儲能領域。前者要求鋁塑膜在保證水、氧等阻隔性的同時向輕薄、 柔韌性方向發展，后者要求鋁塑膜具有更高機械強度、更高阻隔性及更長使用壽命。技術要求的不斷提高使得行業壁壘仍在持續提升。

材料和封裝工藝創新是發展的重要方向

材料方面，國內科研所已經在探索SiC高溫壓力傳感器，采用碳化硅單晶材料的全MEMS工藝加工技術來制備敏感元件，具有體積小、耐高溫、可滿足微壓力測量需求的特點。又如高精度石英諧振式壓力傳感器，采用全石英諧振式敏感芯片結構，利用石英MEMS工藝技術加工而成，具備精度高穩定性好、抗輻照、功耗低數字輸出等優點，便于系統集成和應用開發。

封測方面，由于MEMS壓力傳感器需要與外界復雜環境進行接觸，感知外部信號的變化，所以需要對成品的封裝結構和封裝工藝進行研發與設計，以降低產品失效的可能性。如低壓MEMS芯片的高可靠性方案，需在芯片封測層面上進行了耐強酸，耐水汽，耐化學腐蝕的設計和流片保護工藝。中壓類領域，可利用基于MEMS的硅-玻璃-陶瓷燒結技術，實現替代傳統陶瓷電容中壓傳感器的方案。

研發團隊需具備較強的科研背景和熟練的工程技術

高端壓力傳感器制造設計到材料、微納工藝制造、技術壁壘高，傳感器行業是材料、機械、電子、計算機和自動化多學科交叉的綜合性學科，對實踐要求很高，從掌握理論到能批量生產以及保證良率生產需要全面復合型經驗豐富的團隊。壓力MEMS傳感器行業具有較高的技術門檻，國內科研院所在完善國內MEMS行業的研發體系方面提供了技術基礎和人才基礎。在分析企業的核心研發團隊時，可重點關注核心技術人員是否來自國內MEMS領域相關的重點科研院所或實驗室。同時，頭部廠商研發技術實力較強，亦可關注核心技術人員是否出自如博世、英飛凌、森薩塔、泰科電子等頭部廠商特別是其在國內設立的研發中心。

結語

MEMS壓力傳感器作為工業實踐中常用的核心零部件，行業規模大，長坡厚雪，技術壁壘較高，我們期待國內企業能夠早日打破國外壟斷，突破關鍵核心技術，提高產品良率、質量和性能，完成材料配方、芯片設計、工藝定型各個節點的突破，最終實現產品量產，積極開拓和增加下游應用領域的國際市場份額。