【導(dǎo)讀】傳感器作為信息時(shí)代的感知層，是海量數(shù)據(jù)的接收和傳遞信息的入口，是萬(wàn)物互聯(lián)的重要基礎(chǔ)。有分析認(rèn)為，未來(lái)幾年傳感器，特別是MEMS（微電子機(jī)械系統(tǒng)）產(chǎn)品，將是半導(dǎo)體市場(chǎng)上最有前景的技術(shù)。到2019年，國(guó)內(nèi)智能傳感器市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到137億美元，本土化率將從2015年的13%提升到27%。
近年來(lái)，全球傳感器市場(chǎng)一直保持快速增長(zhǎng)，并收到了很多下游新興應(yīng)用的新增需求（消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)電子和醫(yī)療電子）拉動(dòng)。與此同時(shí)，在中國(guó)制造2025等政策的號(hào)召下，國(guó)內(nèi)智能傳感器產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈也在穩(wěn)步向中高端升級(jí)。
本期介紹傳感器的技術(shù)演變、國(guó)內(nèi)細(xì)分行業(yè)份額，以及四大下游新興需求點(diǎn)。
以下為智能內(nèi)參整理呈現(xiàn)的干貨：
進(jìn)擊的傳感器：智能化 集成化 微型化
*傳感器技術(shù)的發(fā)展歷程
傳感器的發(fā)展歷程的可大致分為三代：第一代是結(jié)構(gòu)型傳感器，它利用結(jié)構(gòu)參量變化來(lái)感受和轉(zhuǎn)化信號(hào)。第二代是上 70 年代發(fā)展起來(lái)的固體型傳感器，這種傳感器由半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構(gòu)成，是利用材料某些特性制成。第三代傳感器是2000年開(kāi)始逐漸發(fā)展的智能型傳感器。
*國(guó)內(nèi)2011年以來(lái)傳感器行業(yè)相關(guān)政策
自 2011 年國(guó)家推出《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》以來(lái)，智能傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迎來(lái)一波利好。根據(jù)中國(guó)信通院最新的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年智能傳感器就已取代傳統(tǒng)傳感器成為市場(chǎng)主流（占70%），2016年全球智能傳感器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)258億美元（1710億人民幣），預(yù)計(jì)2019年將達(dá)到378.5億美元，年均符合增長(zhǎng)率13.6%。
此外，美洲地區(qū)占據(jù)了全球市場(chǎng)的最大份額（2015年占45%，預(yù)計(jì)該優(yōu)勢(shì)將保持到2022年）；亞太地區(qū)（中國(guó)、日本、韓國(guó)、印度、澳大利亞）位居第二（23%），但在汽車和消費(fèi)電子領(lǐng)域等下游產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)下增長(zhǎng)最快。
*智能傳感器基本原理結(jié)構(gòu)圖
智能傳感器至今科學(xué)界尚無(wú)規(guī)范化的統(tǒng)一定義，簡(jiǎn)單概括，智能傳感器帶有微處理機(jī)，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物。由于微處理器充分發(fā)揮各種軟件的功能，可以完成硬件難以完成的任務(wù)，從而大大降低了傳感器制造的難度，提高傳感器的性能，降低成本。
*傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的感知層
在當(dāng)今這個(gè)信息化的時(shí)代，傳感器諸多的應(yīng)用場(chǎng)景需要更加快速地獲得更精準(zhǔn)更全面的信息。以物聯(lián)網(wǎng)為例，傳感器位于最關(guān)鍵的感知層，不僅像傳統(tǒng)傳感器一樣作為接收和傳遞信息的入口，更需要分析、處理、記憶、存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)的這些功能。而智能傳感器則可以充分滿足這些要求，其具體優(yōu)勢(shì)功能包括自補(bǔ)償與自診斷功能、信息存儲(chǔ)與記憶功能、自學(xué)習(xí)與自適應(yīng)功能、數(shù)字輸出功能。
*不同標(biāo)準(zhǔn)下分類的智能傳感器
智能傳感器的種類繁多，按照實(shí)現(xiàn)智能化的方式，可以分為三類：非集成式智能傳感器、混合式智能傳感器和集成化智能傳感器。這三類傳感器的技術(shù)難度依次增加，集成化的程度越高，傳感器智能化的程度就越高。
1、非集成式智能傳感器
*非集成化智能傳感器原理框圖
此類傳感器是在傳統(tǒng)傳感器后經(jīng)信號(hào)處理電路及有數(shù)據(jù)總線接口的微處理器而構(gòu)成，集成度較低，技術(shù)壁壘低，不適用于微型化產(chǎn)品領(lǐng)域，不屬于新型智能傳感器。
2、混合式智能傳感器
*混合實(shí)現(xiàn)智能傳感器原理框架圖
該方法即根據(jù)需求，將系統(tǒng)各集成化環(huán)節(jié)（敏感元件、信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)字總線接口）以不同組合方式集成在不同的芯片上，封裝在一個(gè)外殼內(nèi)，是智能傳感器的主要種類，被廣泛應(yīng)用。
3、集成化智能傳感器
*集成化智能傳感器原理框圖
即利用微機(jī)械加工技術(shù)（MEMS）和大規(guī)模集成電路（IC）工藝技術(shù)，利用硅作為基本材料制作敏感元件、信號(hào)調(diào)理電路、微處理單元，并將它們集成在一塊芯片上。這類傳感器具有多功能、一體化、精度高、適宜于大批量生產(chǎn)、體積小和便于使用等優(yōu)點(diǎn)，是智能傳感器繼續(xù)發(fā)展的方向。
MEMS傳感器是目前智能化程度最高的傳感器。MEMS技術(shù)是在傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料和工藝基礎(chǔ)上，微米操作范圍內(nèi)，將在一個(gè)硅片基礎(chǔ)上將傳感器、機(jī)械元件、致動(dòng)器與電子元件結(jié)合在一起的技術(shù)，是目前前沿微型傳感器的主流方案。
*2016全球智能傳感器各產(chǎn)品占比（單位：%）
智能傳感器產(chǎn)品種類繁多，工藝復(fù)雜，沒(méi)有完全相同的標(biāo)準(zhǔn)。這樣的產(chǎn)品特點(diǎn)意味著研發(fā)投入過(guò)大的話，單一類型產(chǎn)品的產(chǎn)量一旦不能擴(kuò)大就會(huì)導(dǎo)致虧損。全球市場(chǎng)的眾多產(chǎn)品中，CMOS圖像傳感器市占率最高，占據(jù)全球近 45%的市場(chǎng)份額，其次是指紋傳感器、壓力傳感器、射頻識(shí)別傳感器，三者市占率均為9%。
行業(yè)現(xiàn)狀：產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng) 技術(shù)壁壘高
根據(jù)中國(guó)高端芯片聯(lián)盟和中國(guó)信通院發(fā)布關(guān)于智能傳感器的產(chǎn)業(yè)地圖，產(chǎn)業(yè)鏈具體包括研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試、軟件、芯片及解決方案、系統(tǒng)/應(yīng)用這八個(gè)環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)的技術(shù)壁壘高。
在工藝和技術(shù)層面上，智能傳感器的設(shè)計(jì)、制造、封裝以及測(cè)試這四個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)和半導(dǎo)體集成電路行業(yè)的對(duì)應(yīng)環(huán)節(jié)都有許多相似之處，擁有IC經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)具有先天優(yōu)勢(shì)，紛紛切入傳感器領(lǐng)域。智能傳感器的設(shè)計(jì)、制造、封裝和測(cè)試環(huán)節(jié)的市場(chǎng)規(guī)模還未有詳盡的分環(huán)節(jié)統(tǒng)計(jì)，基于二者的產(chǎn)業(yè)相似性，智能傳感器設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)市場(chǎng)空間最大，封裝環(huán)節(jié)將成為國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空間增長(zhǎng)最快的環(huán)節(jié)。
盡管國(guó)內(nèi)整體技術(shù)水準(zhǔn)與國(guó)外頂尖技術(shù)還存在一定的差距，但是切入細(xì)分領(lǐng)域較早的技術(shù)型公司的自主研發(fā)能力經(jīng)過(guò)多年的積累已經(jīng)可以與國(guó)外媲美，培養(yǎng)穩(wěn)定的客戶群，部分產(chǎn)品甚至實(shí)現(xiàn)了出口。
*2016年全球MEMS傳感器公司營(yíng)收前三十排行榜
下游新興應(yīng)用塑造新爆點(diǎn)
智能傳感器的重點(diǎn)下游應(yīng)用領(lǐng)域分別是消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)電子和醫(yī)療電子，其相應(yīng)的市占率依次遞減。綜合市場(chǎng)規(guī)模的大小以及增長(zhǎng)速度兩方面考慮，廣證恒生認(rèn)為發(fā)展較快的新興應(yīng)用如指紋識(shí)別和智能駕駛將成為智能傳感器市場(chǎng)成長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿Γ醪桨l(fā)展的新興應(yīng)用如智能機(jī)器人和智能醫(yī)療器械將
*2016-2019年全球四大應(yīng)用領(lǐng)域的智能傳感器市場(chǎng)規(guī)模（單位：百萬(wàn)美元）
消費(fèi)電子：指紋識(shí)別需求擴(kuò)增
*指紋傳感器的主要類型及國(guó)際生產(chǎn)商
在消費(fèi)電子的細(xì)分領(lǐng)域中，指紋傳感器（包括光學(xué)指紋傳感器、電容式指紋傳感器、熱敏式指紋傳感器和超聲波指紋傳感器等）市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)速度最快。根據(jù)中國(guó)信通院的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2016年-2019年的年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到14.84%，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模2017年將超31億元，全球市場(chǎng)規(guī)模2022年有望達(dá)到47億美元。
汽車電子：車載智能提出高要求
*汽車各系統(tǒng)中的常見(jiàn)智能傳感器
汽車傳感器大多處于非常惡劣的運(yùn)行環(huán)境中，傳感器必須要有高穩(wěn)定、抗環(huán)境干擾和自適應(yīng)、自補(bǔ)償調(diào)整的能力。同時(shí)為了保證電子元器件和模塊能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，成本也需要降低。新型智能傳感器能從技術(shù)和成本上兩方面滿足上述需求。智能傳感器在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，如汽車動(dòng)力系統(tǒng)、安全行駛系統(tǒng)、車身系統(tǒng)。
*無(wú)人駕駛汽車上的傳感器系統(tǒng)
隨著無(wú)人駕駛的技術(shù)越來(lái)越成熟，智能傳感器不再局限于傳統(tǒng)汽車市場(chǎng)，而走向了智能汽車市場(chǎng)。實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知的傳感器有攝像頭（長(zhǎng)距攝像頭、環(huán)繞攝像頭和立體攝像頭）和雷達(dá)（超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)）。目前，國(guó)內(nèi)外公司采用兩類方案實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛：一種是攝像頭+毫米波雷達(dá)方案（特斯拉公司），另一種是激光雷達(dá)方案（谷歌和百度公司）。
*2005年-2030年全球應(yīng)用ADAS系統(tǒng)的傳感器模塊市場(chǎng)規(guī)模（單位：百萬(wàn)美元 ）
全球智能駕駛汽車中的傳感器模塊市場(chǎng)規(guī)模在2015年達(dá)到26億美元；Yole Development 預(yù)測(cè)，2017年市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)50 億美元，2030年360億美元。
從傳感器的類型來(lái)看，超聲波傳感器、360 度全景攝像頭以及前置攝像頭將一直是市場(chǎng)主流的傳感器，2030年預(yù)計(jì)市場(chǎng)規(guī)模分別達(dá)到 120 億美元、87 億美元、69 億美元；雷達(dá)從2015年開(kāi)始應(yīng)用于無(wú)人駕駛領(lǐng)域，技術(shù)壁壘較高，未來(lái)13年內(nèi)開(kāi)始“從零到一”的爆發(fā)式增長(zhǎng)，到2030年達(dá)到129億美元，其中遠(yuǎn)距雷達(dá)79億美元，短距雷達(dá)50億美元。
工業(yè)電子：機(jī)器的崛起
*2015年和2021年無(wú)人機(jī)和機(jī)器人在細(xì)分領(lǐng)域中的營(yíng)收占比（單位： % ）
近幾年來(lái)，機(jī)器人制造技術(shù)越來(lái)越成熟，商業(yè)進(jìn)程加快，其核心器件智能傳感器的市場(chǎng)空間也在不斷擴(kuò)大。根據(jù)Yole Development數(shù)據(jù)，2015年到2021年，機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將從270億美元增長(zhǎng)到460億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率9.4%。在所有類型的機(jī)器人中，應(yīng)用于國(guó)防、工業(yè)、消費(fèi)領(lǐng)域的機(jī)器人種類最多，相應(yīng)領(lǐng)域營(yíng)收占比也是最高的三項(xiàng)。
醫(yī)療電子：進(jìn)口替代空間大
*2008年-2016年全國(guó)醫(yī)療器械市場(chǎng)規(guī)模（單位：億元 ）
在醫(yī)療器械行業(yè)帶動(dòng)下，智能傳感器的需求將會(huì)擴(kuò)大。按照應(yīng)用形式分類，醫(yī)療傳感器可分為四類：植入式傳感器、體外傳感器、暫時(shí)植入體腔式傳感器、用于外部設(shè)備的傳感器。根據(jù)市場(chǎng)研究公司 Grand View Research 一份新的數(shù)據(jù)分析報(bào)告，2015年全球醫(yī)療傳感器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了 98 億美元，預(yù)計(jì)到 2024 年市場(chǎng)規(guī)模可增至185億美元。現(xiàn)在，我國(guó)在此領(lǐng)域的布局很少，大部分依賴進(jìn)口，處于起步階段，但是未來(lái)隨著技術(shù)不斷成熟，市場(chǎng)將迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。
智東西認(rèn)為，智能傳感器是技術(shù)演進(jìn)的結(jié)果，同時(shí)滿足了萬(wàn)物互聯(lián)對(duì)感知層提出的要求，預(yù)計(jì)將隨著智能消費(fèi)電子設(shè)備、（工業(yè)）物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)/自動(dòng)駕駛、智慧城市、智能醫(yī)療等新興理念迎來(lái)快速增長(zhǎng)。從行業(yè)的角度來(lái)看，智能傳感器的技術(shù)壁壘較高，細(xì)分環(huán)節(jié)多而分散，是有利于國(guó)內(nèi)中小企業(yè)發(fā)展的，加上半導(dǎo)體、集成電路相關(guān)的利好政策頻頻推出加速產(chǎn)研結(jié)合，資金充足的條件下，暫時(shí)落后的智能傳感器自主產(chǎn)業(yè)有望崛起，進(jìn)行中高端升級(jí)，把握新興應(yīng)用市場(chǎng)。
附：智能傳感器產(chǎn)業(yè)鏈八大環(huán)節(jié)的代表機(jī)構(gòu)及公司
本文來(lái)源于智東西。
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