3. 國產MEMS傳感器企業(yè)發(fā)展面臨一定技術挑戰(zhàn) 中國MEMS產業(yè)起步并不比國外晚很多，從設計、制造和封裝三個環(huán)節(jié)來看，現(xiàn)有的技術條件已初步形成MEMS設計、加工、封裝、測試的一條龍體系，為保證我國MEMS技術的進一步發(fā)展提供了較好的平臺。但是，由于歷史原因造成的條塊分割、力量分散，再加上投入嚴重不足，盡管已有不少成果，但在質量、性能價格比及商品化等方面與國外差距還是很大。MEMS的技術研發(fā)需要比較長時間的投入，一款傳感器的研發(fā)一般需6-8年，加之測試、導入產業(yè)鏈的時間，一般需要接近二十年。再加上產品的價格并不與產品的重要性或者開發(fā)難度成正比，導致中國MEMS企業(yè)無法在價格戰(zhàn)中獲利。因此，中國企業(yè)需要提升產業(yè)鏈配套能力并強化上下游合作，同時積極探索新材料、集成技術在MEMS器件上的突破，探索新的市場機會。
上游的研發(fā)設計集中在高校、科研院所和研發(fā)中試平臺。MEMS技術涉及到微電子、機械、材料、化學、物理等諸多領域，學科交叉程度很高，研究難度較大，設計周期長，往往需要數(shù)年才能夠量產。目前企業(yè)具備一定創(chuàng)新能力，但業(yè)務重合度高，產品定位中低端，行業(yè)整體營收規(guī)模偏小。MEMS設計屬于產業(yè)鏈高附加值環(huán)節(jié)，國內企業(yè)產品以力學傳感器為主，在市場中處于中低端水平。
中游的生產制造中，MEMS的基礎材料屬性，例如結構機械特性、材質化學特性，是決定產品性能的根本因素。因此，MEMS器件依賴各種工藝和變量，一種MEMS產品往往對應一種工藝流水線，研發(fā)團隊一般需要多年的改進和測試才能商品化。MEMS代工可分為中試線、IC代工和MEMS[敏感詞]工三種。中試線多以高校及科研院所為主體，作為產業(yè)共性技術研發(fā)平臺，不以盈利為目的，產能有限。IC代工廠MEMS業(yè)務處于起步階段，能力較為薄弱，國內具備一定規(guī)模的設計企業(yè)基本選擇國外代工廠。[敏感詞]工方面逐漸從收購走向自建，比如：2015年底，國內廠商耐威科技收購瑞典MEMS代工廠Silex Microsystems，從而一舉掌握全球領先的MEMS代工技術；2019年，罕王微電子、西安勵德微系統(tǒng)等一批企業(yè)相繼落地MEMS產線，進入專業(yè)MEMS代工領域。
封裝技術大多來自集成電路封裝技術，但是MEMS產品更為豐富，所以技術更復雜、困難，導致封裝技術成為各大外包半導體封裝測試廠爭取領先的領域。封裝制造過程中，由于中國起步較晚，和美國、日本、德國等制造強國的制造能力和精度相比還是有一定的差距，制作出來的MEMS傳感器在壽命和精度上較差且質量層次不齊，產品競爭力較低。雖然國內MEMS代工落后于國際大廠，但封裝測試技術起步較早，取得了不錯的成績，已具備國際競爭力。其中，以MEMS麥克風為主要產品的歌爾股份和瑞聲科技，由于商業(yè)模式為購買國外設計廠商的MEMS產品IP，委托代工制造后自己完成產品的封裝測試及銷售，因而存在一定的溢價空間，現(xiàn)躋身全球MEMS TOP30的陣營。
下游的應用產業(yè)中，消費電子是[敏感詞]大市場，主要是近些年智能手機、可穿戴設備等市場的快速增長，國產智能設備廠商比如華為、小米、vivo等迅速發(fā)展。其次是汽車電子，汽車智能化要求高精度的傳感設備，下游的國內汽車廠商如比亞迪、蔚來、小鵬也發(fā)展得如火如荼。此外，還有醫(yī)療設備、工業(yè)4.0、物聯(lián)網等也是發(fā)展較快的下游應用產業(yè)。國內產業(yè)鏈下游需求企業(yè)快速發(fā)展，勢頭良好，但是核心技術仍然需要國外支持，自主研發(fā)能力相對較差，企業(yè)已經意識到自主創(chuàng)新能力的重要性并持續(xù)發(fā)力。
4.流向MEMS產業(yè)的資本大幅增多 由于MEMS產業(yè)是新時代科技發(fā)展的基礎，而且政策扶持力度較大，中國的MEMS行業(yè)投融資案例不管是從數(shù)量，還是從金額角度來看，都逐年增加。從金額來看，2019年投資金額是2018年的2倍左右，雖然一級市場投資整體遇冷，但MEMS產業(yè)的投資熱度有增無減。
從細分領域來看，MEMS+AI、射頻MEMS、光電MEMS、生物MEMS這四個領域的投資案例數(shù)量和金額都是最多的。投資數(shù)量和金額的大幅上升，表明資本市場對于MEMS產業(yè)的關注度正在上升。從地域分布來看，北京、廣東、上海、浙江和江蘇的投資案例數(shù)量居首。
圖16 2017-2019年中國MEMS行業(yè)投融資情況 
資料來源：賽迪顧問，國泰君安證券研究 圖17 2019年中國MEMS行業(yè)細分領域投融資金額情況 
資料來源：賽迪顧問，國泰君安證券研究
中國設計和代工有待加強，封測具備競爭力
類似于集成電路行業(yè)，MEMS產業(yè)鏈主要涉及設計研發(fā)、生產制造、封裝測試、系統(tǒng)應用四大環(huán)節(jié)。MEMS產業(yè)鏈的上游包括MEMS器件設計、材料和生產設備的研發(fā)和供應，中游包括MEMS器件的制造加工和封裝測試、下游使用MEMS產品集成終端電子產品。
上游芯片設計企業(yè)專注于MEMS芯片及其產品結構的設計，完成設計后交由第三方晶圓廠生產制造出MEMS芯片，經過封裝測試后實現(xiàn)向消費電子、汽車、醫(yī)療和工控等應用領域客戶的出貨。目前，國內公司MEMS涉及制程主要在0.25-1微米區(qū)間，制程并非產業(yè)鏈的制約因素，功能與結構相對而言更為重要。
圖18 MEMS產業(yè)鏈 
資料來源：國泰君安證券研究 中游生產環(huán)節(jié)主要有Fabless和IDM兩種模式。Fabless模式是目前主流的生產模式，是以設計為主的垂直分工模式，企業(yè)主要負責MEMS產品的設計與銷售，將生產、測試、封裝等環(huán)節(jié)外包，典型的企業(yè)有樓氏、HP、佳能等；IDM模式是集成器件制造模式，也是目前國際大廠主要的商業(yè)模式，典型的IDM廠商有Bosch（博世）、三星、TI（德州儀器）、東芝、ST（意法半導體）等。
圖19：MEMS產業(yè)鏈下游發(fā)展情況 
資料來源：Yole Development，國泰君安證券研究 下游廠商企業(yè)主要可以歸為兩類：一是提供解決方案的廠商，根據(jù)下游的需求提供靈活定制支持的產品，再銷售給終端廠商通過簡單的軟件調試即可使用；二是提供終端產品的廠商，一般是專注于特定領域，但研發(fā)成本較高、研發(fā)周期較長。[敏感詞]類廠商更符合大眾消費市場的產品，第二類產商更適合專用領域的產品。
圖20 2019年中國MEMS市場應用結構（%） 
資料來源：賽迪顧問，國泰君安證券研究
國內MEMS傳感器企業(yè)發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)并存
1.供應商議價能力一般 MEMS上游供應商主要提供原材料，主要是硅基材料。MEMS采用的材料與傳統(tǒng)半導體的材料基本一致，供應市場已經成熟，競爭較為激烈，形成了買方市場。MEMS傳感器供應商面對大型代工廠客戶和代工廠客戶群時，這些代工廠廠商依靠強大的市場影響力，要求供應商提供價格較低的原材料。但近兩年，受到原材料提價以及晶圓生產能力的限制，MEMS的晶圓環(huán)節(jié)受制，常規(guī)的6英寸、8英寸產品普遍缺貨，供應商議價能力水漲船高。可見，供應商議價能力受到市場供應的影響較大。
2.購買者議價能力偏高 MEMS企業(yè)加大科研力度，提高各自的核心競爭能力，使得技術飛速發(fā)展，產品更新?lián)Q代加快，降價速度提高。物聯(lián)網迅速發(fā)展再加上消費電子市場更新?lián)Q代加快，使得許多企業(yè)加入市場，競爭逐漸激烈。這使得終端消費市場價格逐漸降低，生產商、研發(fā)商都要降低售價；同時終端消費市場的擴大提高了終端銷售商的體量，提高了購買者的議價能力。另外，由于國內企業(yè)大多擅長的為中低端產品，也面臨競爭者眾多的格局，需要通過價格戰(zhàn)來保證市場份額。可見，購買者議價能力偏高。
3.新進入者在現(xiàn)存領域難以參與競爭 MEMS傳感器行業(yè)壁壘較高。首先是資金壁壘，由于產品有著非標準化的特點，MEMS企業(yè)無法僅僅通過單一工藝支持某種產品，除了都使用硅材料之外，沒有通用的基礎元件，意味著每一種MEMS產品都需要有不同的工藝流程。而一個企業(yè)往往需要同時對多個產品進行設計研發(fā)、試加工制造、質量測試等步驟，存在大規(guī)模資金投入。其次是技術壁壘，MEMS的設計需要多學科領域交叉，設計難度大。加工過程中，每一類產品都需要不同的加工工藝，每一項工藝都需要工藝開發(fā)和優(yōu)化的步驟，同時由于新進入企業(yè)的經驗不足，難以滿足加工的精度和質量，加工難度較大。最后是人才壁壘，新進企業(yè)由于知名度較小，吸引人才能力較弱，致使創(chuàng)新能力和核心競爭力難以超越現(xiàn)存企業(yè)。但是隨著新技術的不斷開發(fā)、細分市場以及應用的開辟，這些領域由于所有企業(yè)起步差距不大，給了一些新進入企業(yè)發(fā)展機會。
4.現(xiàn)有競爭者的競爭程度激烈 目前，美國企業(yè)占據(jù)了一半國內MEMS市場份額，再加上歐洲和日本的企業(yè)，國外企業(yè)博通、博世、意法半導體、德州儀器等占據(jù)了國內絕大部分市場。從主要的上市企業(yè)來看，國內企業(yè)中年過百億營收的傳感器企業(yè)僅有2家，這與國內傳感器企業(yè)發(fā)力晚、競爭大有關聯(lián)。我國國內供給能力不足，特別是高端產品幾乎全靠進口補給，80%的芯片依賴國外；剩余的份額也只集中在幾家上市公司手中，如歌爾聲學、水晶光電、漢威電子、士蘭微和金龍機電等5家公司占領國內MEMS市場的40%以上；國內MEMS企業(yè)中70%的是中小企業(yè)，產品主要集中在中低端。總體而言，我國企業(yè)目前的現(xiàn)狀為中低端產品競爭激烈，而在高端產品競爭中沒有競爭力。
5.目前基本沒有替代品威脅 MEMS傳感器就是傳統(tǒng)傳感器的替代品，相比傳統(tǒng)傳感器有以下優(yōu)勢：微型化、重量輕、耗能低。MEMS器件體積小，一般單個MEMS傳感器的尺寸以毫米甚至微米為計量單位。同時，微型化以后的機械部件具有慣性小、諧振頻率高、響應時間短等優(yōu)點。
此外，MEMS傳感器更適合批量生產，批量生產可大大降低單個MEMS的生產成本。加工集成化，單顆MEMS往往在封裝機械傳感器的同時，還會集成其他芯片，方便控制MEMS芯片。智能式傳感器具有信息處理功能，通過軟件可修正各種誤差，大大提高了傳感器精度，提高了傳感器的可靠性，改善整個系統(tǒng)的抗干擾件能。在相同精度的需求下，多功能智能式傳感器與單一功能的普通傳感器相比，性價比明顯提高，且多功能智能式傳感器可以實現(xiàn)多傳感器測量多個綜合參數(shù)。綜合以上優(yōu)點，MEMS傳感器的替代品威脅非常小。
競爭格局及KSF分析
1.MEMS競爭格局較為分散 MEMS產業(yè)曾是美國、歐盟、日本三分天下之勢，且各有千秋。美國以軍促民，發(fā)揮軍政產學研協(xié)同效應，在MEMS技術綜合實力方面具有領先優(yōu)勢；日本則在汽車電子用MEMS、機器人用MEMS等方向能力突出，在全球前10名MEMS巨頭中，日本的數(shù)量常年與美國一致，但企業(yè)規(guī)模略遜于美國；歐盟在汽車電子用MEMS、消費電子用MEMS占有重要的市場份額，擁有超過100家的MEMS芯片研發(fā)和生產機構。
中國MEMS市場長期以國外廠商為主，其在MEMS技術中各環(huán)節(jié)均較為成熟，在使用壽命和產品精度上優(yōu)勢明顯。2019年，中國MEMS市場廠商前十名為博通、博世、意法半導體、德州儀器、QORVO、惠普、樓氏、恩智浦、歌爾和TDK，其中美國公司占比達到54%。中國企業(yè)歌爾擠入前十，且2019年MEMS收入同比增長達36%，遠超同行業(yè)其他頭部公司；瑞聲科技排名第22位，收入同比增長11%，同樣高于行業(yè)整體水平。
圖21 2019年中國MEMS市場廠商結構 
資料來源：賽迪顧問，國泰君安證券研究 目前，國內MEMS傳感器廠商整體規(guī)模不大。除歌爾與瑞聲年營收在1億美元以上，美新半導體、美泰科技、芯奧微等本土MEMS傳感器廠商年營收均在6000萬美元以下，整體規(guī)模較小。另外，國內廠商經營產品種類較為單一，產品線多數(shù)為一條，多為元器件供應商，解決方案供應能力較差。而國際巨頭Invensense、英飛凌等國外廠商擁有2到3條產品線，博世、電裝、意法半導體等MEMS產品線超過4條且具備一體化解決方案供給能力。相比之下，小供應商很難在較短時間內實現(xiàn)大批量生產制造，因此排名靠前的大供應商市場份額相對穩(wěn)定，市場集中度較高。
2.國內企業(yè)KSF分析 首先，企業(yè)的研發(fā)能力是國產替代突破的核心。目前，國內MEMS的研發(fā)多在于研究所和高校，企業(yè)研發(fā)能力相對較差，而MEMS產業(yè)作為新科技的基礎，有突破性的新產品或者進步巨大的改進是其在市場中站穩(wěn)腳的重要途徑，所以創(chuàng)新型和有自己核心競爭力的企業(yè)是值得被關注的。例如，歌爾股份是微麥克風領域的前列企業(yè)；蘇州固锝子公司的加速傳感器在國內銷量排名[敏感詞]；漢威電子的子公司煒盛科技的氣體傳感器取得了階段性成果，可適用于氣體檢測產品、智能穿戴設備等。
其次，企業(yè)能夠與下游廠商穩(wěn)定合作是產品不斷迭代的關鍵。國內需求巨大，國內優(yōu)秀廠商與國內大型企業(yè)合作有先天優(yōu)勢，但國內廠商基本以Fabless形式為主，相較于IDM企業(yè)，供應鏈以及銷售鏈不完善，沒有穩(wěn)定的上、下游廠商是一大問題，所以產業(yè)鏈完整、和大型下游企業(yè)有穩(wěn)定合作的企業(yè)，以及存續(xù)時間較長、體系完整的企業(yè)也值得被關注。此外，芯片設計和供應能力是MEMS傳感器應對技術迭代和革新的根本，故而國內專注于MEMS領域研發(fā)設計的半導體廠商擁有廣闊的進口替代和創(chuàng)新的市場機會。
最后，企業(yè)有強大的資本背書亦是快速發(fā)展的動力之一。由于MEMS企業(yè)初期發(fā)展投入大、盈利難度大，發(fā)展所需的資金、人才等資源較多，有大企業(yè)支持或者較強投資背景的企業(yè)發(fā)展可能更加迅速。
表2 MEMS非上市公司
資料來源：企名片，國泰君安證券研究
主要結論
主要結論一：MEMS傳感器種類豐富且應用廣泛，是獲取信息和實現(xiàn)交互的關鍵器件。隨著物聯(lián)網、5G、智能駕駛等產業(yè)的加速滲透，應用需求廣泛且市場巨大。根據(jù)賽迪智庫的統(tǒng)計，2019年中國市場規(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，預計到2022年，中國MEMS市場規(guī)模將超過1000億元人民幣，國產替代需求強烈。但國內MEMS傳感器產品技術與性能跟國外巨頭相比仍存在一定差距，我們判斷，MEMS產業(yè)仍然處于成長期初期。
主要結論二：MEMS傳感器產業(yè)發(fā)展的驅動條件良好，政策支持、需求增長、供給豐富、資本重視、技術迭代，但產業(yè)鏈的工藝水平仍有提升空間。考慮到國際龍頭雖然毛利率水平高于國內廠商，但產品定價較高，給了國內企業(yè)一定的成長空間。同時，由于MEMS定制化的特性，國內部分企業(yè)有望在新的細分領域取得技術突破。
主要結論三：相較于發(fā)達國家企業(yè)，國內廠商發(fā)展較晚且市場占有率低，絕大部分市場被美、日、德廠商占據(jù)。本土優(yōu)勢主要在下游的應用、模式的創(chuàng)新以及對多元化市場需求的把握上，近幾年來隨著指紋、圖像、聲音傳感器應用落地，擁有產品創(chuàng)新以及存續(xù)時間較長的企業(yè)有望獲得更大的成長空間，各細分領域均有望涌現(xiàn)出優(yōu)質公司。建議關注美泰電子、深迪半導體、昆山雙橋、明皜傳感、能訊高能、巨哥電子、無錫好達、邁瑞微、知微傳感等公司的一級市場投資機會。
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