【導讀】傳感器作為信息時代的感知層，是海量數(shù)據(jù)的接收和傳遞信息的入口，是萬物互聯(lián)的重要基礎(chǔ)。有分析認為，未來幾年傳感器，特別是MEMS（微電子機械系統(tǒng)）產(chǎn)品，將是半導體市場上最有前景的技術(shù)。到2019年，國內(nèi)智能傳感器市場規(guī)模預計將達到137億美元，本土化率將從2015年的13%提升到27%。
近年來，全球傳感器市場一直保持快速增長，并收到了很多下游新興應(yīng)用的新增需求（消費電子、汽車電子、工業(yè)電子和醫(yī)療電子）拉動。與此同時，在中國制造2025等政策的號召下，國內(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。
本期介紹傳感器的技術(shù)演變、國內(nèi)細分行業(yè)份額，以及四大下游新興需求點。
以下為智能內(nèi)參整理呈現(xiàn)的干貨：
進擊的傳感器：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)參量變化來感受和轉(zhuǎn)化信號。第二代是上 70 年代發(fā)展起來的固體型傳感器，這種傳感器由半導體、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年開始逐漸發(fā)展的智能型傳感器。
*國內(nèi)2011年以來傳感器行業(yè)相關(guān)政策
自 2011 年國家推出《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》以來，智能傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迎來一波利好。根據(jù)中國信通院最新的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2015年智能傳感器就已取代傳統(tǒng)傳感器成為市場主流（占70%），2016年全球智能傳感器市場規(guī)模達258億美元（1710億人民幣），預計2019年將達到378.5億美元，年均符合增長率13.6%。
此外，美洲地區(qū)占據(jù)了全球市場的最大份額（2015年占45%，預計該優(yōu)勢將保持到2022年）；亞太地區(qū)（中國、日本、韓國、印度、澳大利亞）位居第二（23%），但在汽車和消費電子領(lǐng)域等下游產(chǎn)業(yè)的帶動下增長最快。
*智能傳感器基本原理結(jié)構(gòu)圖
智能傳感器至今科學界尚無規(guī)范化的統(tǒng)一定義，簡單概括，智能傳感器帶有微處理機，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
在當今這個信息化的時代，傳感器諸多的應(yīng)用場景需要更加快速地獲得更精準更全面的信息。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)勢功能包括自補償與自診斷功能、信息存儲與記憶功能、自學習與自適應(yīng)功能、數(shù)字輸出功能。
*不同標準下分類的智能傳感器
智能傳感器的種類繁多，按照實現(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，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)半導體材料和工藝基礎(chǔ)上，微米操作范圍內(nèi)，將在一個硅片基礎(chǔ)上將傳感器、機械元件、致動器與電子元件結(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，工藝復雜，沒有完全相同的標準。這樣的產(chǎn)品特點意味著研發(fā)投入過大的話，單一類型產(chǎn)品的產(chǎn)量一旦不能擴大就會導致虧損。全球市場的眾多產(chǎn)品中，CMOS圖像傳感器市占率最高，占據(jù)全球近 45%的市場份額，其次是指紋傳感器、壓力傳感器、射頻識別傳感器，三者市占率均為9%。
行業(yè)現(xiàn)狀：產(chǎn)業(yè)鏈長 技術(shù)壁壘高
根據(jù)中國高端芯片聯(lián)盟和中國信通院發(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、制造、封裝、測試、軟件、芯片及解決方案、系統(tǒng)/應(yīng)用這八個環(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、制造、封裝以及測試這四個關(guān)鍵環(huán)節(jié)和半導體集成電路行業(yè)的對應(yīng)環(huán)節(jié)都有許多相似之處，擁有IC經(jīng)驗的企業(yè)具有先天優(yōu)勢，紛紛切入傳感器領(lǐng)域。智能傳感器的設(shè)計、制造、封裝和測試環(huán)節(jié)的市場規(guī)模還未有詳盡的分環(huán)節(jié)統(tǒng)計，基于二者的產(chǎn)業(yè)相似性，智能傳感器設(shè)計環(huán)節(jié)市場空間最大，封裝環(huán)節(jié)將成為國內(nèi)市場空間增長最快的環(huán)節(jié)。
盡管國內(nèi)整體技術(shù)水準與國外頂尖技術(shù)還存在一定的差距，但是切入細分領(lǐng)域較早的技術(shù)型公司的自主研發(fā)能力經(jīng)過多年的積累已經(jīng)可以與國外媲美，培養(yǎng)穩(wěn)定的客戶群，部分產(chǎn)品甚至實現(xiàn)了出口。
*2016年全球MEMS傳感器公司營收前三十排行榜
下游新興應(yīng)用塑造新爆點
智能傳感器的重點下游應(yīng)用領(lǐng)域分別是消費電子、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。綜合市場規(guī)模的大小以及增長速度兩方面考慮，廣證恒生認為發(fā)展較快的新興應(yīng)用如指紋識別和智能駕駛將成為智能傳感器市場成長的主要動力，初步發(fā)展的新興應(yīng)用如智能機器人和智能醫(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規(guī)模（單位：百萬美元）
消費電子：指紋識別需求擴增
*指紋傳感器的主要類型及國際生產(chǎn)商
在消費電子的細分領(lǐng)域中，指紋傳感器（包括光學指紋傳感器、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）市場規(guī)模增長速度最快。根據(jù)中國信通院的數(shù)據(jù)，預計2016年-2019年的年均復合增長率達到14.84%，國內(nèi)市場規(guī)模2017年將超31億元，全球市場規(guī)模2022年有望達到47億美元。
汽車電子：車載智能提出高要求
*汽車各系統(tǒng)中的常見智能傳感器
汽車傳感器大多處于非常惡劣的運行環(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)、自補償調(diào)整的能力。同時為了保證電子元器件和模塊能實現(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，如汽車動力系統(tǒng)、安全行駛系統(tǒng)、車身系統(tǒng)。
*無人駕駛汽車上的傳感器系統(tǒng)
隨著無人駕駛的技術(shù)越來越成熟，智能傳感器不再局限于傳統(tǒng)汽車市場，而走向了智能汽車市場。實現(xiàn)環(huán)境感知的傳感器有攝像頭（長距攝像頭、環(huán)繞攝像頭和立體攝像頭）和雷達（超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達）。目前，國內(nèi)外公司采用兩類方案實現(xiàn)無人駕駛：一種是攝像頭+毫米波雷達方案（特斯拉公司），另一種是激光雷達方案（谷歌和百度公司）。
*2005年-2030年全球應(yīng)用ADAS系統(tǒng)的傳感器模塊市場規(guī)模（單位：百萬美元 ）
全球智能駕駛汽車中的傳感器模塊市場規(guī)模在2015年達到26億美元；Yole Development 預測，2017年市場規(guī)模將超過50 億美元，2030年360億美元。
從傳感器的類型來看，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主流的傳感器，2030年預計市場規(guī)模分別達到 120 億美元、87 億美元、69 億美元；雷達從2015年開始應(yīng)用于無人駕駛領(lǐng)域，技術(shù)壁壘較高，未來13年內(nèi)開始“從零到一”的爆發(fā)式增長，到2030年達到129億美元，其中遠距雷達79億美元，短距雷達50億美元。
工業(yè)電子：機器的崛起
*2015年和2021年無人機和機器人在細分領(lǐng)域中的營收占比（單位： % ）
近幾年來，機器人制造技術(shù)越來越成熟，商業(yè)進程加快，其核心器件智能傳感器的市場空間也在不斷擴大。根據(jù)Yole Development數(shù)據(jù)，2015年到2021年，機器人市場規(guī)模將從270億美元增長到460億美元，年均復合增長率9.4%。在所有類型的機器人中，應(yīng)用于國防、工業(yè)、消費領(lǐng)域的機器人種類最多，相應(yīng)領(lǐng)域營收占比也是最高的三項。
醫(yī)療電子：進口替代空間大
*2008年-2016年全國醫(yī)療器械市場規(guī)模（單位：億元 ）
在醫(yī)療器械行業(yè)帶動下，智能傳感器的需求將會擴大。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、暫時植入體腔式傳感器、用于外部設(shè)備的傳感器。根據(jù)市場研究公司 Grand View Research 一份新的數(shù)據(jù)分析報告，2015年全球醫(yī)療傳感器市場規(guī)模達到了 98 億美元，預計到 2024 年市場規(guī)?？稍鲋?85億美元?，F(xiàn)在，我國在此領(lǐng)域的布局很少，大部分依賴進口，處于起步階段，但是未來隨著技術(shù)不斷成熟，市場將迎來爆發(fā)式增長。
智東西認為，智能傳感器是技術(shù)演進的結(jié)果，同時滿足了萬物互聯(lián)對感知層提出的要求，預計將隨著智能消費電子設(shè)備、（工業(yè)）物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)/自動駕駛、智慧城市、智能醫(yī)療等新興理念迎來快速增長。從行業(yè)的角度來看，智能傳感器的技術(shù)壁壘較高，細分環(huán)節(jié)多而分散，是有利于國內(nèi)中小企業(yè)發(fā)展的，加上半導體、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，暫時落后的智能傳感器自主產(chǎn)業(yè)有望崛起，進行中高端升級，把握新興應(yīng)用市場。
附：智能傳感器產(chǎn)業(yè)鏈八大環(huán)節(jié)的代表機構(gòu)及公司
本文來源于智東西。
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