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ca88传感器行业报告(一)

发布日期:2021-05-10 02:22

  随着物联网和智能驾驶时代的来临,传感器市场将会成为确定性比较高的赛道之一,本文将对全球传感器市场未来的增长空间进行一个深入的探讨。让我们一起来看看,未来全球传感器市场中国哪些细分领域的成长性确定性比较高,以及这些赛道中都有哪些中国企业的身影。

  传感器属于物联网的感知层,承担着采集数据和信息的重任。无论是AI技术或者可穿戴技术等都需要一个事物的介质,想要实现万物互联,是不可能离开传感器的。传感器是属于一种检测装置,通常由敏感元件、转换元件以及信号调理转换电路组成,能感受到被测量的信息,比如速度、压力、温度、光照等。并将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号(电压、电流等)或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

  简单来说,传感器就是将非电学量转换为与之有确定对应关系的电学量输出的一种装置。

  截至目前为止,传感器的发展历程大致分为三个阶段,分别是结构性传感器阶段,物性型传感器阶段以及智能传感器阶段。

  1. 结构型传感器初始于1950年,它的功能跟其名字一样,主要是利用结构参量的变化来感受和转化信号;

  2. 1970-1999年为物性型传感器发展阶段,在70年代前期的传感器是由半导体、电介质磁性材料等固体元件构成,代表的产品有热电偶传感器(接触式测温装置;将热能转换为直流电压信号)、霍尔传感器(磁场传感器,主要用于检测半导体的导电类型、载流子浓度等)和光敏传感器(对外界光信号或光辐射有响应或转换功能的敏感装置)等。在70年代后期出现了集成传感器;

  3. 第三个阶段智能型传感器始于2000年至今,智能传感器是微型计算机技术与检测技术相结合的产物,其可以对外界的信息有自动检测、诊断、数据处理和自适应能力,在智能领域和物联网市场前景较为广阔。

  图2-传感器产品发展历程(资料来源:《中国传感器(技术、产业)发展蓝皮书》)

  我国传感器产业起步的相对晚一些,直到1972年才组建成立中国第一批压阻传感器研制生产单位。虽然中国目前拥有多个研发院,比如以中科院研究所、国家重点实验室、高等院校为代表核心的研发体系。但我国在一些核心技术与世界水平存在着很大的差距,像是传感器在感知信息方面、自身在智能化和网络化等方面的技术还是落后的。

  图3-中国传感器产业发展历程(资料来源:《中国传感器(技术、产业)发展蓝皮书》)

  从市场增速方面来看,2019年中国传感器规模增速同比+12.7%,预计2021年市场规模将达到2951.8亿元,同比+17.6%,增速要明显高于全球传感器市场规模(根据前瞻研究院预测数据显示2019-2023年全球传感器市场规模将以8%左右的速度增长)。虽然中国的传感器市场规模增速较快,但国产化程度依然很低,特别是高端传感器产品基本是被美国、德国和日本传感器企业占据着。

  根据前瞻产业研究院数据显示,2019 年全球传感器行业规模达到了2265亿美元,约合人民币14811.97亿元,2019年中国传感器市场销售额约为1000亿元人民币,仅占全球传感器市场规模的6.75%。根据前瞻产业研究院数据显示,2018年美国、德国和日本的传感器市占率分别为29%、19%和21%,合计占据着全球69%的市场。

  我国在关键核心技术上和传感器领军人才方面均落后欧美日等发达国家,导致我国内部供给能力不足,高端传感器产品几乎完全依赖进口,我国中高端传感器进口占比高达80%,传感器芯片要在90%以上。甚至一些特殊用途的传感器,比如航天、航海、航空专用的传感器,遭到了美国的出口限制政策。在我看来,中国传感器企业在该领域面临的问题不亚于中国在芯片领域遇到的“卡脖子”问题。面对未来广阔的市场空间,需要“国企”同心协力共同发展,方可攻克难关。

  但是在我国近几年的政策推动下,我国传感器企业正在快速扩张,与美国、德国和日本的差距也在持续缩小中,特别是在一些细分领域中,像是汽车传感器市场中国已经超越了美国和日本,全球市场份额排在了全球第二;从公司来看的话,像是韦尔股份的CIS图像传感器,已在全球份额排名第三的位置。

  传感器一般由敏感元件、转换元件和信号调理转换电路三个部分组成。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用,目前已实现将传感器的信号调理转换电路与敏感元件一起集成在同一芯片上的传感器模块和集成电路传感器,其技术难度也大大的提升。通常一个完整的传感器产业链包括了研究、设计、制造、封装、测试以及终端应用,图4中主要列举了在传感器产业链中设计到的一些研究所和企业,我们可以看出每个领域都有中国企业的覆盖,已经形成了完整的产业链。

  虽然中国在传感器研发、设计、代工生产、封装测试已形成完整的制造产业链,但是对于一些技术难度高的核心领域,我国的传感器企业依旧无法攻克。以韦尔股份为例,韦尔股份是国内CIS图像传感器龙头,全球的市场份额在收购豪威科技排名第三。韦尔的CIS图像传感器制成节点(像素层)为55nm,代工厂商主要为台积电、中芯国际、华力微等。而索尼的制成节点已达到了90nm,主要由台积电代工生产。国内的晶圆代工厂商在产能上也是远远落后的台积电、索尼、三星等海外知名企业。

  图5-传感器在各领域的数量(资料来源:北京联讯动力咨询公司总经理,天津大学兼职教授林雪萍)

  传感器的应用场景比较广,从消费电子、汽车电子、医疗电子到工业领域电子几乎无处不在。以智能家居、智慧工业以及智能驾驶为例,智能家居通过传感器采集用户的生活数据,以便提供“智能个性化”的服务,如根据用户生活习惯自动调节室内温度、湿度、自动打扫房间等。新一代的智能传感器被业界普遍认为智慧工业的“心脏”,通过智能传感器产品的装配生产均可以自动化进行,降低人工成本的同时也大大提高了生产效率,是实现智能制造的重要元器件之一。

  智能驾驶的感知层包含了像是摄像头、雷达系统、导航系统、车载视觉系统等,作为感知层核心部件的传感器芯片在普通家用轿车中约配有数十个,在高档轿车中配有数可多达数百个。其作用主要是感知外界环境的变化,采集相关信息然后经由决策层和执行层完成相应的汽车操作指令和控制。不只是应用的场景比较广,传感器在终端产品的应用数量上规模也是较大,一个简单的智能马桶通过76个传感器自动检测采集信息,并与云端相连,可以实现慢性病大健康管理;一个机器人保姆则需要1300-1500个传感器来实现信息的采集。未来随着人们对智能化产品需求的增加,传感器市场空间也将会迎来爆发式的增长。

  在近几年物联网快速发展的大背景下,全球传感器市场一直保持着快速的增长。ca88。2019年全球传感器行业规模达到了2265亿美元,约合人民币14811.97亿元,增速为10%。未来随着全球物联网在各行业进入实质性发展,传感器作为其感知层必不可缺少的组成部分(作为终端设备的眼耳口鼻,主要负责信息的采集),未来市场空间较为广阔。根据华西证券研究所数据显示,从2015-2023年,全球传感器市场规模的复合增速可达到8%。到2023年,其全球传感器的市场规模可达到2985亿美元,约合人民币19512.35亿元,增速为8.27%。截至2018年。全球的传感器种类约有4.8万多种,而我国仅有约6000多种,但大多数都是常规类型产品。从应用领域来看,工业制造、汽车电子、通信电子和消费电子会是未来传感器最大的市场。根据2019年全球传感器市场结构来看,工业制造和汽车电子领域的传感器可占到整个传感器市场的43.3%左右。

  图6-2011-2023年全球传感器市场规模及预测(资料来源:前瞻产业研究院、华西证券研究所、格菲资本)

  根据2018年全球传感器各细分产品的市场占有率来看,CIS、MEMS、RF、雷达、指纹传感器在全球传感器市场拥有较高的份额。下面我们将会详细地看一下这些细分产品应用场景及未来市场增长情况。

  CIS(Contact Image Senor中文全称接触式图像传感器),是一种将光学信号转换为电信号的装置,根据数字数据传送方式的不同可分为CCD(Charge-coupled Device中文全称是电行耦合元件)和CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor中文全称是互补金属氧化物半导体)两大类。CCD传感器的灵敏度,噪声和暗电流性能远远高于CMOS传感器,一般用于数码相机中。CMOS传感器在集成度、功耗和成本中均优于CCD,多使用在手机摄像头中,未来也将广泛地使用到汽车领域中。

  目前,CIS主要应用在智能手机(为CIS传感器应用的主要领域。据Frost&Sullivan数据显示,2019年智能手机市场占到全球CIS销售额73%的份额,市场规模达121亿美元。)、相机、汽车电子、安防、工业、平板/PC、医疗健康、AR/VR等领域。其中CIS传感器在智能手机、相机和平板、PC等领域的市场基本饱和,根据IC insights数据显示,2018-2023年年复合增长率不足6%。近几年智能手机的摄像功能逐渐成为较火的卖点,为了更好满足消费者的拍照需求,CIS传感器逐步转向高像素、大尺寸以及多层堆叠发展,这也可以使得CIS在智能手机中的营收带来新的驱动力。另一方面,CIS传感器在汽车电子、安防、医疗健康、工业、AR/VR近几年的增幅较大,年均复合增速均保持在15%以上,其中在汽车电子领域的复合增速可达到29%,是CIS未来的主要增长细分领域。

  根据前瞻产业研究院数据显示,2013-2018年CIS传感器复合增长率为13.9%,预计2018-2023年CIS传感器的年复合增速为8.7%,到2023年市场规模可达到215亿美元,约占整个传感器市场规模的7.2%。另一方面,从全球的传感器出货量来看全球的CIS传感器出货量增速较快,预计2018-2023年全球CIS传感器出货量复合增长率达到11.7%,2023年销量有望突破95亿颗。

  图7-2013-2023年全球CIS传感器市场规模及预测(单位:亿美元)(资料来源:前瞻产业研究院)

  MEMS传感器的全称是微机电系统(Microelectro Mechanical Systems),通常是指将微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路直至接口、通信和电源等集成于一块或多块芯片上的微型器件或系统。与传统的传感器对比,MEMS传感器有体积小、重量轻、成本低、功耗低等众多优点。MEMS传感器既可以是常规传感器,也可以是芯片级传感器,还可以是智能传感器。

  但是,基于其最终将所需要电子元器件集成到芯片上,所以MEMS传感器的加工工艺与传统的IC工艺有许多相似之处,如光刻、薄膜沉积、掺杂、刻蚀、化学机械抛光工艺等。但是对于一些复杂的微结构是难以用IC工艺实现,需要采用微加工技术(包括硅的体微加工技术、表面微加工技术和特殊微加工技术)制造,对于技术的要求还是比较高的。通过微机电系统工艺制造传感器也是有一定的优势,像是微型化、集成化、智能化、成本低、效能高、产能高、良品率高等特点。

  MEMS传感器的种类繁多,按照其工作原理,可分为物理型MEMS传感器(MEMS力学、MEMS电学、MEMS磁学、MEMS热学、MEMS光学、MEMS声学传感器)、化学型MEMS传感器(MEMS气体、MEMS温度、MEMS离子传感器)以及生物型MEMS传感器(MEMS生理、MEMS生化传感器)。

  随着近几年MEMS传感器技术的升级,其市场应用领域和渗透率也在不断提高,目前较为广泛的应用在汽车、消费电子、航空航天、生物医学、工业控制等领域。从细分产品来看,受益于工业和消费电子等领域的广泛应用,2018年市场份额排在前三的分别是压力传感器(市场份额21%)、加速传感器(市场份额11%)以及微麦克风(市场份额10%)。我国的MEMS产业起步较晚,在技术上远远落后于欧洲、美国和日本等国家。目前虽然在设计、生产制造、封装测试、系统集成形成了完整的产业链,但产品仅仅集中在压力传感器、加速度计传感器等传统领域。

  另外,根据国泰君安证券研究数据显示,2018年全球的MEMS传感器的市场规模为146亿美元,增长率为10.6%,2019-2021年全球的MEMS传感器市场将迎来一个快速增长期,平均年化增速预计将达到15.67%。预计MEMS传感器市场规模到2022年市场规模可达到254亿美元(要高于CIS传感器的市场规模),约占全球传感器市场规模的9.16%。此外,国内的MEMS传感器的市场规模增速要明显大于全球,预计2018-2020年年化增速为17.41%。

  RF(Radio Frequency)是一种高频交流变化电磁波的简称,频率范围在300KHz~300GHz之间。随着射频技术在无线通信领域中被广泛应用,它的定义范围随着科技应用逐渐演化和发展。严格意义上来讲,这里的RF不属于传感器,而是属于射频集成电路。但是,因为它和传感器一样都属于物联网的感知层,所以这边我们也将简单的了解一下其应用场景和未来市场空间。射频芯片是将射频信号和数字信号进行转化的芯片,它将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形,并通过天线谐振发送出去的一个电子元器件。它的架构包括了接收通道和发射通道两大部分,主要作用是实现信号发射接收。

  射频芯片的应用场景较为广泛,像是消费电子、汽车电子产品、智能家居、工业无线环境、生物医学、智慧楼宇等很多场景均可使用,下表中将会给一些具体的应用场景方便大家了解。

  射频芯片的未来规模增速要明显高于CIS和MEMS,根据研究咨询机构QYR数据显示,2019年全球射频芯片的规模达到了161亿美元,约合人民币1050.48亿元。预计2023年全球射频芯片市场规模可达到303亿美元,约合人民币1976.95亿元,年复合增长率达到14.9%。

  此外,我国在射频芯片领域与海外厂商差距还是比较大的,以射频前端(移动智能终端产品的核心组成部分)为例,2018年全球前五大公司分别是村田(26%)、思佳讯(21%)、博通(14%)、威讯(13%)以及高通(7%),这五家海外企业占据着全球81%的市场份额。但在过去多年的奋斗中,中国在一些细分领域的优势逐渐凸显出来,中国的射频前端龙头企业卓胜微以全球市场份额10%的排名,成功进入了全球前五。

  图12-2010-2023年射频前端芯片市场规模(资料来源:QYR、万联证券研究所)