中国MEMS压力传感器行业概览

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MEMS 压力传感器是基于 MEMS 技术和半导体集成电路制造加工技术，以利用单晶硅硅片等传统半导体材料制作而成的芯片作为主要组成部分，将压强信号转化为电学信号的压力测量器件，广泛应用于汽车、消费电子、航空航天、医疗保健和工业控制等领域。
. Y  R3 d, |+ X* Z/ F$ X- H$ {MEMS 压力传感器行业内部发展将呈现以下趋势：
（1）MEMS 压力传感器集成度上升；
（2）MEMS 压力传感器行业垂直分工模式逐渐成为主流。
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中国 MEMS 压力传感器行业市场综述
5 x. M, y7 Y8 G' b. A) x# F/ z6 L% S# n1、MEMS 压力传感器的定义与分类
MEMS 压力传感器是基于 MEMS 技术和半导体集成电路制造加工技术，以利用单晶硅硅片（或称晶圆）等传统半导体材料制作而成的芯片作为主要组成部分，将压强信号转化为电学信号的压力测量器件。
+ o  M1 R9 v7 F0 n, g相比传统压力传感器，MEMS 压力传感器具备体积小、重量轻、功耗低、响应时间短、可批量化生产、成本低、易于集成等众多优点，广泛应用于汽车、消费电子、航空航天、医疗保健和工业控制等领域。
% S1 a4 e% i' E  }5 I' N根据作用原理差异，MEMS 压力传感器可分为压阻式、电容式、谐振式和压电式压力传感器等，其中压阻式传感器因其成本低、成熟度高等特点成为当前主流的 MEMS 传感器类型。
0 N) W  C4 F- n1 t（1）压阻式压力传感器主要由单晶硅弹性薄膜片、压敏电阻和高硼硅玻璃构成。其作用原理为通过压阻效应测量压力，即利用扩散或离子注入的掺杂技术将压敏电阻置于薄膜片上，形成惠斯顿电桥，当被测压力作用在薄膜片上时，薄膜片因应力发生形变，造成压敏电阻阻值变化，惠斯顿电桥因而失去平衡，导致平衡状态下电压为零的电桥得到输出电压，传感器基于该输出电压与被测压力形成的特定比例实现压力测量（见错误!未找到引用源。）。压阻式压力传感器的优点为结构简单、易于集成、易于测量，其缺点为易产生温漂现象，从而导致测量灵敏度下降，因此需使用硬件或软件算法对传感器进行温度补偿，抑制或消除温漂；
1 z- Q7 ^) I$ g（2）电容式压力传感器是一个通过压力变化引起电容量改变的传感器。其主要由两个电极板组成，其中一个电极板是由单晶硅或多晶硅等材料制成的、可在外部压力作用下产生形变的弹性薄膜片，另一个电极板固定于传感器外壳上，不产生弹性形变。该类传感器作用原理为当弹性膜片受到被测压力作用产生形变时，两个电极板间距发生改变，导致电极板之间的电容量产生变化，通过该变化实现压力测量（见错误!未找到引用源。）。相比压阻式压力传感器，电容式压力传感器灵敏度较高、功耗较低、温漂小，但是该传感器信号为电容信号，具备非线性特征，需匹配复杂的电路进行信号转换和线性度补偿，因此设计难度高；
（3）谐振式压力传感器是通过压力作用时谐振结构频率改变实现压力测量的传感器，主要由弹性薄膜片、谐振梁和高硼硅玻璃封装层构成。谐振式压力传感器作用原理为弹性薄膜片或谐振梁在静电或其他方法激励下产生谐振动并保持一定谐振频率，当弹性薄膜片或谐振梁受到压力作用时，谐振频率发生改变，传感器基于该变化量与被测压力形成的对应关系实现压力测量。
（4）压电式压力传感器是通过压电效应实现压力测量的传感器，由作为基底材料的二氧化硅薄膜硅片和作为压电薄膜的锆钛酸铅或铁酸铋等材料组成，主要结构包括叉指电极、压电薄膜、弹性薄膜等。压电式压力传感器作用原理为传感器硅片底部弹性薄膜在受到压力时产生形变，引起叉指电极和压电薄膜形变，导致电极之间产生电荷，传感器基于该电荷与被测压力形成的线性关系实现压力测量。
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; E$ y' X. h1 }3 w# r2.2 中国 MEMS 压力传感器行业商业模式
5 x- c" g3 T8 [. z中国 MEMS 压力传感器行业内企业商业模式包括：
/ Y2 v5 e6 Z5 ?: g. D$ X( @（1）外购芯片封测模式；
（2）垂直分工制造（Fabless）模式；
9 h1 c+ @" m5 |) U; F（3）垂直整合制造（IDM）模式：
) C4 l+ {8 j# N! R' ]# Y（1）外购芯片封测模式：该模式下中国本土 MEMS 压力传感器企业主要负责传感器销售环节，企业通过向外采购 MEMS 压力传感器主要组成部分，即海外传感器设计企业设计好的芯片和与传感器配套的其他芯片如 ASIC 信号调理电路芯片，自行或委托代工厂完成传感器的封装和测试，再将传感器成品销售给下游终端客户（见错误!未找到引用源。）。外购芯片封测模式技术门槛较低，采用该模式的中国本土传感器企业通常缺乏压力传感器自主设计能力。由于中国 MEMS 压力传感器行业起步较晚，本土企业在传感器设计方面的技术积累薄弱，本土企业多采用外购芯片封测模式。例如，某中国本土企业采购德国英飞凌等企业的传感器芯片和美国亚德诺等企业的传感器配套 ASIC 调理芯片，自主或交由 Silex、中芯国际等企业完成传感器封装测试工作，再将最终产品销往下游客户。

: s* S4 r! _/ p4 x% y/ ]$ c$ ]' r+ H1 S（2）Fabless 模式：与集成电路行业相似，Fabless 模式下中国本土 MEMS 压力传感器企业负责器件设计和销售环节，即企业自主完成 MEMS 压力传感器设计，将设计版图交由代工企业并委托其完成传感器器件制造环节，再将制造成品交由传感器封装测试代工企业完成封测环节，最终将传感器产品销往下游终端客户（见错误!未找到引用源。）。Fabless模式技术门槛较高、资金门槛要求较低，采用该模式的中国本土传感器企业通常具备芯片自主设计能力。Fabless 模式下，MEMS 压力传感器企业、制造代工企业、封装测试代工企业各自分工，传感器企业专注设计环节，制造代工企业专注制造环节，封装测试代工企业专注封装测试环节，行业生产效率大幅提高。此外，Fabless 模式下 MEMS 压力传感器设计企业决策效率高，能根据市场变化对产品规划做出快速调节。目前，采用 Fabless 模式的中国本土企业包括北京元芯、苏州敏芯微等。
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（3）IDM 模式：与集成电路行业相似，IDM 模式下的中国本土 MEMS 压力传感器企业自主完成包括器件设计、器件制造、封装测试及销售等产业链各环节，除自主设计传感器外，需配套大量传感器制造和封装测试所需设备，资金投入大，属于重资产企业。由于 IDM 模式对技术积累、生产规模和资金实力等方面要求高，采用该模式的企业均为全球大型 MEMS 压力传感器企业。采用 IDM 模式的企业具备产业链整合能力，设计、制造和销售等各环节不存在因产业链环节交接引起的衔接问题，并享受全产业链的附加值带来的差额利润。然而该模式的劣势明显，即企业资金投入庞大，资产折旧摊销成本高，相比可根据市场变化对产品规划做出快速反应的 Fabless 企业，IDM 企业对市场变化的反应较为迟钝。随着 MEMS 压力传感器行业器件制造和封装测试代工企业工艺技术的提高，行业内企业将更青睐于 Fabless 模式，专注于核心技术环节，注重轻资产运营，降低资金占用风险。
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