一、行业定义
传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号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。
传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展,让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官,让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。
二、行业分类
传感器产品种类繁多,可以根据不同的标准进行分类。根据传感器感知外界信息所依据的基本效应可将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器;根据测量的用途不同可将传感器分为温度传感器、压力传感器、流量传感器、气体传感器、光学传感器、惯性传感器等。
图表1:传感器行业分类
三、行业产业链
产业链方面,MEMS传感器的产业链上游包括原材料,芯片设计等环节,其中MEMS传感器材料分半导体材料,陶瓷材料,金属材料和有机材料四大块。中游主要为MEMS传感器的制造,一般由芯片设计企业完成设计后交由第三方晶圆厂制造,此外MEMS行业还存在博世、意法半导体等大型IDM厂商。MEMS传感器下游广泛应用于汽车,通信,消费电子,工业产品等产业。
图表2:MEMS传感器产业链
四、市场规模
2020年全球传感器市场规模为1606.3亿美元,其中智能传感器358.1亿美元,占比22.29%,预计2023年全球传感器市场可达2032.2亿美元,其中智能传感器可达487.2亿美元。
图表3:2018-2023年全球传感器及智能传感器市场规模(单位:亿美元)
中国传感器市场约2200亿元,行业有1700多家企业,但产值超过1个亿的屈指可数,出货量较大的主要是硅麦等声学传感器,但是汽车、工控、可穿戴、物联网等,基本上都是国外品牌的市场。
在工业领域,应用MEMS传感器可以优化工业生产管理、提高工业生产效率、提升智能化生产水平。目前,我国正在积极推进工业智能传感器智慧应用,提升工业惯性传感器、气体传感器稳定性与可靠性,突破多传感器数据融合处理关键技术,增强数控机床、工业机器人、制造装备等深度感知和智慧决策能力,持续提升智能传感器在工业领域的应用水平。
工业传感器市场细分程度非常高,碎片化应用是典型特征:国外成型产品及在研种类共计近5万种,我国有6000多种。全球传感器市场中规模最大的三类传感器是流量传感器、压力传感器、温度传感器,分别占据全球传感器市场的21%、19%和14%。
图表4:2020年全球工业智能传感器产品数量占比(按类型)
四、行业竞争格局
美、日、德企主导传感器市场,国内企业竞争力弱:全球传感器市场的主要厂商有GE传感器、爱默生、西门子、博世、意法半导体、霍尼韦尔、ABB、日本横河、欧姆龙、施耐德电气、E+H等,中国传感器市场中70%左右的份额被这些外资企业占据。国内MEMS传感器行业的国产替代尚处于成长初期,MEMS国产企业正在加快追赶行业巨头。
美国以军促民,在MEMS技术综合实力方面具有领先优势;日本则在汽车电子用MEMS、机器人用MEMS等方向能力突出;欧盟在汽车电子用MEMS、消费电子用MEMS占有重要的市场份额。
全球智能传感器生产厂商以北美国家企业最多,市场份额占比超过40%,其次是欧洲和日本。国内MEMS传感器市场集中度更高,2020年CR3达到77%左右。
五、行业发展的机遇
新技术革命的到来,世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中,首先要解决的就是要获取准确可靠的信息,而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段,在现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种称重传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。因此可以说,没有众多的优良的传感器,现代化生产也就失去了基础。
在基础学科研究中,传感器更具有突出的地位,现代科学技术的发展,进入了许多新领域:例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙,微观上要观察小到厘米的粒子世界,纵向上要观察长达数十万年的天体演化,短到秒的瞬间反应,此外,还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究,如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。
显然,要获取大量人类感官无法直接获取的信息,没有相适应的称重传感器是不可能的,许多基础科学研究的障碍,首先就在于对象信息的获取存在困难,而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现,往往会导致该领域内的突破,一些传感器的发展,往往是一些边缘学科开发的先驱。
称重传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域,可以毫不夸张地说,从茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各种复杂的工程系统,几乎每一个现代化项目,都离不开各种各样的传感器。
随着市场的扩大,称重传感器的厂家也慢慢变得多了起来,如何在市场上能做的更好,不难分析得出,只有在不断的提高传感器的技术和服务才能走在市场顶端。随着新技术革命的来到,中国乃至全球都开始进入一个全新的信息时代。在利用信息的过程中,首先要解决的就是要获取准确可靠的信息,而传感器才是获取自然和生产领域中信息的最主要途径与手段。
在现代化工业生产以及自动化生产过程中,需要用到各种称重传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,称重传感器的功能是使设备工作在正常状态或最佳状态,并使生产出来的产品达到最好的质量。可以说,没有众多的优良的称重传感器,现代化生产也就失去了基础。如此看来,称重传感器将在这个智能化生产产业中是会有美好的发展前途。
六、面临的挑战
目前我国传感器产品约6000种左右,而国外已达20000多个,远远满足不了国内市场需求。中高端传感器进口占比达80%,传感器芯片进口更是达90%,国产化缺口巨大。其中数字化、智能化、微型化等高新技术产品严重短缺。国家重大装备所需高端产品主要依赖进口。而涉及国家安全和重大工程所需的传感器及智能化仪器仪表,国外对我国往往采取限制。
传感器技术产业渗透性强,其发展滞后局面已经对我国新兴产业的推进形成制约。由于我国传感器技术总体实力仍处于弱势,短时间内寻求全面突破恐不现实。因此,发展传感器技术应首先争取在局部形成突破,掌握一批具有自主知识产权的核心技术,通过这些关键性领域突破的辐射带动推动产业进步。事实上,我国传感器产业在某些领域已形成优势。先施科技、远望谷等企业在超高射频RFID产品领域占据国内90%的市场份额。根据湘财证券研究报告,汉威电子气体传感器国内市场占有率也高达60%,气体检测仪器仪表市场占有率达9%。
在众多应用领域,传感器虽然是不可或缺的关键器件,但它只能依附于大的产业系统而存在,在很多领域往往还需要量身定做,不少单个领域市场规模并不大,因此企业不应一味追求规模。
七、市场发展趋势
1、智能传感器、MEMS传感器成为企业发展重心
在结构型传感器、固体型传感器已经无法满足数字化时代对于数据采集、处理等流程的高需求之时,智能传感器、MEMS传感器*近几年都十分热门,在微小型化、智能化、多功能化和网络化的方向逐渐走向成熟。尤其是在2019年底,上海启动打造智能传感器产业基地,重点发展MEMS工艺,涵盖力、光、声、热、磁、环境等多种类传感器,这也标志着未来国内将在智能传感器、MEMS传感器领域发力。
2、传感器与集成电路融合发展将成为我国传感器制造重要趋势
传感器属于集成电路的细分领域,但是区别甚大,传感器的柔性化定制需求较大,并且研发周期较长,材料以及工艺较为复杂,大规模生产能力较弱。
在未来,通过设计工具、模型表达、可测性设置以及工艺整合等途径向集成电路靠拢,可利用MEMS和集成电路Ansys、Candence定制仿真平台的集成融合;同时,建立传感器生产制造的IP模型,实现规模化量产;再而采用素质化测试方式,实现数模的机理转化;通过利用这些适合国内国情的发展模式,实现传感器从设计到制造的快速升级。
3、传感器国产率将稳步上升
传感器作为影响国内物联网、工业4.0等产业快速发展的卡脖子技术之一,一直都是依赖国外产品。近几年,政策、资本都在关注传感器的发展,同时也涌现出了一批像奥松电子等一批国内传感器上等企业,兼具研发、设计、生产到应用的完整产业体系,传感器国产率将会稳步前进,根据统计,在2016-2020年期间,全球传感器市场复合增长率仅为11%,而我国传感器产业平均复合增长率达到了30%,这也是向全世界发出了高调的信号。
4、国内产业集群格局明显初步形成五大产业集群
早在2017年,我国传感器产业就已经初步形成了长三角、珠三角、东北、京津冀以及中部五大产业集群。根据数据统计,长三角区域的传感器上市企业占比38%,珠三角、京津冀、东北以及中部企业占比相当。
在工信部印发的《智能传感器产业三年行动指南(2017-2019年)》要求中表示,“集中力量打造以上海、江苏为重点的长三角产业集聚区”,同时,截止2020年1月,长三角地区已经聚集了50%以上的智能传感器企业,在此大环境下,国内智能传感器的中心无疑将落地长三角,而其他产业集群极有可能将会根据传感器其他细分领域进行深耕。
5、CMOS图像传感器竞争将进入后续阶段
由于车载应用、机器视觉、人脸识别和安防监控等物联网应用的迅速发展,以及智能手机多摄像头的普及,2019年CMOS图像传感器进入了市场急剧扩大的阶段,而作为CMOS图像传感器的龙头老大,占据50%以上市场份额的索尼主动承认自家产能不足。而抢占CMOS图像传感器市场份额将会是2020年有看头的大戏。
6、环境类、光学类传感器将成为重要推手,技术市场局势明显
这次疫情终让人们逐步重视起环境类传感器,加码在环保、卫生、人体健康等方面的环境类传感器应用,比如温湿度传感器、人感传感器、空气质量传感器等等。在环境保护、人体健康、智能家居、智慧城市等方面加速推进应用。鉴于此,广州奥松电子(ASAIR)2020年推出了集成式温湿度传感器-AHT20,它以3*3*1mm超小体积、I²C输出标准、广泛的应用前景和超高的性价比将为广大下游终端厂商提供优势选择。
7、传感器的定制化方案更深、更广
由于功能以及应用场景等因素,传感器本身自带定制化特性。传统的标准型传感器已经无法满足OEM的设计需求,同时也无法满足终端用户的偏好,在2019年,我们不乏看到一些智能手机厂商与索尼、三星等传感器企业合作定制传感器。
在物联网应用场景逐渐向广度和深度拓展,更多的功能和设计细节将会出现,具有传感器的定制方案以及柔性化生产能力的企业会在未来获得OEM厂商的青睐。
8、多传感器融合技术风头逐步显现
为人熟知,多传感器融合技术目前主要应用在自动驾驶和机器人领域,即使马斯克在2019年,怒怼激光雷达又贵又鸡肋,但是还是逃不脱自家超声波传感器、摄像头以及毫米波雷达的组合使用。自动驾驶**性需要传感器的冗余支持,以及多种传感器协同提升容错率,可以预见,在未来一段时间内,自动驾驶的多传感器融合将成为市场的主流,进一步大胆预测,在可穿戴设备、健康检测、智能家居等领域,多传感器融合技术将会得到进一步应用和发展。
9、国际并购、收购案件增多
传感器作为一个老牌行业,一直都位于各大产业发展的底层。所谓圈内人看门道,正是由于传感器是基础的行业,其产业资源相当厚实。动辄几十亿美元美元的收购、并购可不是闹着玩的,TE在2014年17亿美元收购MEAS,AMS在2019年46亿欧元收购欧司朗、索尼1.55亿收购东芝图像传感器部门,这些大宗收购案例都表明了大企业在数字化时代下,稳住自身的高市场份额。
未来来自中国传感器产业的大力发展,势必将对全球传感器企业的市场造成一定的冲击,同时,在物联网传感器大量应用的当下,还没有一家企业能够在某个领域成为霸主。为了稳固自身市场份额,压缩竞争对手的发展空间,更多涉足新形态领域,国际并购、收购案件将会持续增加。
10、传感器与集成电路融合发展将成为我国传感器制造重要趋势
传感器属于集成电路的细分领域,但是区别甚大,传感器的柔性化定制需求较大,并且研发周期较长,材料以及工艺较为复杂,大规模生产能力较弱。
在未来,通过设计工具、模型表达、可测性设置以及工艺整合等途径向集成电路靠拢,可利用MEMS和集成电路Ansys、Candence定制仿真平台的集成融合;同时,建立传感器生产制造的IP模型,实现规模化量产;再而采用素质化测试方式,实现数模的机理转化;通过利用这些适合国内国情的发展模式,实现传感器从设计到制造的快速升级。
