华强创投研究（6）：MEMS压力传感器行业深度研究报告

压力传感器(Pressure Transducer)通常由压力敏感元件和信号处理单元组成，是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。

传统的压力传感器以机械构型为主，以弹性元件的形变表征压力，但这种结构尺寸大、质量重，不能提供电学输出，所以常应用在传统工业领域中。

随着半导体技术快速发展，MEMS传感器广泛应用已成为未来趋势。MEMS（微型电子机械系统（Micro-Electro Mechanical System））技术逐步导入，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、通信接口、电源等集成于一块或多块芯片上，传感器逐步变得智能化、集成化、小型化，并逐渐替换了传统传感器。

MEMS压力传感器的核心结构为一层薄膜元件，受到压力时变形，形变会导致材料的电性能（电阻、电容）改变，之后输出响应的电信号进行压力数据计算。

对比其他通用的压力传感器，MEMS压力传感器具有微型化、重量轻、量程小、高精度、适合大批量和高效率的生产并应用于中低压的测量环境的特点。

MEMS压力传感器采用以硅为主的材料，电气性能优良，硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度与铝类似，热传导率接近钼和钨，能够实现宽温度范围下（-40℃至125℃）的中低压压力检测（-100kPa到3MPa），同时产品出厂的预校准能大幅简化客户系统设计。

若单个MEMS传感器芯片面积为5mm x 5mm，则一个8英寸(直径20厘米)硅片(wafer)可切割出约1000个MEMS传感器芯片，分摊到每个芯片的成本大幅度降低。

MEMS压力传感器类型多种多样，根据不同应用的需求进行不同品类的设计。行业内主流的划分方式有按照工作原理划分，按器件结构划分，按封装方式划分，按补偿方式划分，以及按应用领域划分。 

按照工作原理，MEMS压力传感器主要细分为电容式和电阻式。

电容式MEMS压力传感器的原理：当受到压力时，上下两个横隔(传感器横隔上部、传感器下部)之间的间距变化，导致隔板之间的电容变化，据此可以测算出压力大小。

电阻式MEMS压力传感器的原理：由一个带有硅薄膜的底座和安装在其上的电阻结构组成，当外力施加时，电压与压力大小成比例变化产生测量值。

通常情况下，压阻式传感器精度更高、线性度更好，而电容式传感器则具有更高的灵敏度、更低的能耗和更高的温度独立性。选择压阻式传感器或电容式传感器取决于具体应用的要求。

按结构划分，分为绝对压力传感器（测量压力相对于一个绝对真空的值），差压传感器（测量两个不同的压力之间的差值），表面压力传感器（测量压力传感器接触某个平面的力）。

按封装方式划分为，MEMS+硅凝胶传感器、扩散硅-不锈钢充油传感器和倒装焊传感器，主要解决腐蚀、导电性介质和高温介质的兼容问题，以及承受尖峰压力/爆破压力、大电压冲击、封装（热）应力的问题。

MEMS行业的第一次产业化浪潮可以追溯到上世纪80至90年代，当时汽车行业开始采用微机电系统技术。其中，MEMS压力传感器尤其受到汽车行业的青睐，因为车内系统需要可靠的压力测量技术来监测发动机、轮胎和空气袋等部件的性能。

MEMS压力传感器的第二次产业化浪潮在2000-2010左右，主要得益于消费电子行业的发展。随着智能手机、便携式电子设备和家居设备等电子产品的不断更新换代和推广，MEMS压力传感器成了这些电子产品中重要的核心元器件之一。

MEMS压力传感器的第三次产业化浪潮将会与工业4.0、智能家居、智慧城市、智慧医疗以及智慧农业等行业结合。

根据咨询机构Yole发布的报告来看，MEMS压力传感器行业整体需求空间较大。MEMS压力传感器体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性强、适于批量化生产、易于集成和实现智能化等优势，使之成为了MEMS产品中市场份额较大的细分市场之一。Yole预测，2019-2026年全球MEMS压力传感器市场规模从16.84亿美元增长至22.15亿美元，年均复合增长率约为5%；出货量从14.85亿颗增长至21.83亿颗，年均复合增长率为4.9%。

根据前瞻产业研究院数据，2020年我国MEMS压力传感器市场规模约为135亿元。在消费电子、可穿戴设备、无人机、医疗等行业高需求的推动下，结合国内MEMS压力传感器国产化进程加快，以及市场历年增长趋势，预测到2025年约接近300亿元。

目前，汽车、消费电子、医疗是MEMS压力传感器较大的应用领域。汽车产业占MEMS压力传感器市场销售额超40%，其次是消费电子，销售额占比约23%，医疗领域占17%，工业领域占约15%，其余市场如军用、航空航天等领域。 

上述图片虽对MEMS压力传感器市场结构拆解，但仍需对汽车、消费电子和医疗领域的具体应用和增长驱动力进行剖析。

1、汽车行业

汽车领域中压力传感器的应用十分广泛，包括发动机管理系统、舒适系统、传动系统和安全系统等方面。而在这些应用领域中，MEMS压力传感器因其尺寸小、灵敏度高、成本低等特点，在5-500kPa量程范围内的中低压力量程应用中占据主要地位。高端的汽车一般都会有上百个传感器，包括30-50个MEMS传感器，其中就有十个左右的MEMS压力传感器。

行业应用增长动力：整体来看，MEMS压力传感器在汽车行业的应用增长的驱动力主要来自新能车电池管理系统的应用，舒适系统、传动系统和安全系统等方面的考量，以及自动驾驶汽车、智能网联汽车等新应用前景的扩展。

对于传统燃油车，最重要的就是发动机管理系统，燃油车都由发动机控制模块（engine control module，ECM）与传感器和执行器一起组成发动机控制系统。MEMS压力传感器在其中最关键的应用是发动机控制系统中的输入控制设备MAP传感器（歧管绝对压力传感器）。该传感器能够侦测发动机中流动的空气情况，从而控制喷油时间和提前点火时间，以实现最佳的运行。此外还需要涡轮增压压力传感器EGR TMAP、尾气压差传感器DPF/GPF、油箱蒸发泄露压力传感器EVAP、碳罐脱附压力传感器、尾气回收系统压力传感器等进行配合。

近年来新能源汽车的加速可能意味着传统内燃机动力系统中压力传感器的减速，但可能会出现新的应用。电池管理系统中需要大量的压力传感器来监测电池的状态，以保证电池的安全性能。其中，监测电池温度的压力传感器非常关键，因为高温容易导致电池灾难性损坏和驾乘人员的安全风险。而压力传感器可以实时监测电池的温度变化，当出现异常温度时，会及时报警并采取相应的措施，如切断电池供电等，既可以保证电池的安全性能。

2、医疗行业

医用MEMS传感器作为医疗行业中的关键设备，其核心价值在于数据采集。MEMS压力传感器在医疗领域的最初应用主要是血压计等。随着小型化和集成要求的提升，MEMS压力传感器在不断拓展医疗的细分应用领域，并有效降低了错误产生率，从而提高了诊断的可靠性和精确性。MEMS压力传感器还具有低功耗特点，其适用于便携式远程监测设备和可穿戴式医疗设备，从而进一步提高医疗设备的便携性和可用性，为医疗行业的数字化转型提供了重要支撑和保障。

受新冠疫情影响，医疗设备需求增长是当下的一个重要趋势。呼吸机则是新冠疫情期间救治重症患者的重要设备，而压力传感器和流量计则是呼吸机中最为关键的传感器之一，用于监测患者的呼吸状态、氧气浓度等关键指标。这些传感器的需求量也因此倍增。

此外，MEMS压力传感器一个重要的应用为外科手术中使用的一次性低成本导管，同时也用于昂贵的设备中，如连续气道正压通气(CPAP)机中感测气道压力和氧气流量等指标。这些器件的应用潜力巨大，未来可能扩展到可植入传感器领域，可以用于心脏测量和监测颅内压力，或被嵌入导管、呼吸器和压力补偿器内，用于血液透析、腹腔灌注、人工通气和血压监测等医疗应用中。

3、消费电子

随着3D导航、运动检测和健康监测等应用的发展，MEMS压力传感器在消费电子领域使用广泛，成为智能手机、智能可穿戴设备标配。在智能手机中，MEMS压力传感器可感知触摸的压力，并实现不同手势功能；同时，能用于检测气压和高度实现更精准导航。在智能可穿戴设备中，MEMS压力传感器监测运动和健康指标，提供更精确数据。此外，MEMS压力传感器在无人机、航模等领域应用广泛，可提供海拔信息，与导航系统协同实现精准飞行控制。

4、工业领域

在工业领域，MEMS压力传感器的主要应用包括采暖通风及空调(HVAC)、水平面测量、各种工业过程与控制应用。行业应用增长动力主要来自，数字化、自动化、工业物联网的持续增长以及对监测和控制应用的需求是推动MEMS压力传感器需求的主要因素。

整体来看，外资企业几乎垄断了全球MEMS压力传感器市场，高筑的技术壁垒下本土玩家屈指可数，国产化率甚至不足5%。

在压力传感器领域，中高压压力传感器的总成及核心芯片、器件的市场份额几乎全部被森萨塔占据；差压压力传感器总成的市场份额主要被BOSCH（博世）、DENSO（电装）、Delphi（德尔福）、Sensata（森萨塔）等公司占据，核心芯片、器件的市场份额主要被NXP、Infineon、Melexis等公司占据，国内企业的市场占有率极低。

海外企业在MEMS压力传感器各个细分市场的头部位置已经非常稳固。在MEMS压力传感器领域，主要的市场竞争来自于欧美地区及日本企业，这些企业拥有强大的研发团队和生产技术，已经在技术创新和市场占有率方面占据了领先地位。

泰科电子是定制MEMS压力传感器系列的行业领导者，其传感器基于压阻式MEMS和硅应变计技术，可测量从小于1英寸水柱（<1.25 mbar）到100K psi（7K bar）的所有压力。

英飞凌MEMS压力传感器具有许多优势，如广泛的测量范围、高稳定性和精度、长期稳定性等。

森萨塔为全球汽车传感器巨头，在汽车传感器设计和制造方面有着超过40年的经验积累。森萨塔在中国所占据的市场份额大幅领先中资企业，中压、高压量程的压力传感器份额占比均超过60%，排气温度传感器占据了50%以上的市场份额。

意法半导体MEMS压力传感器应用于汽车、医疗和消费电子领域。其压力传感器采用专有的VENSENS MEMS技术，可以在传感元件上装配悬浮膜。其设计极为紧凑，且可靠性高，支持实现高精确度的压力测量。封装采用全模制封装全模制封装不因外部机械应力和热应力而引起性能退化。

霍尼韦尔MEMS压力传感器应用于工业、航空航天和医疗领域。其全系列产品提供增强的性能和可靠性，以及绝压、量规和密封量规测量；各种压力范围、端口样式、端接类型和输出。封装类型从微型表面贴装传感器到高端不锈钢隔离（用于严格的过程控制），压力范围从3psi到8,000psi和耐腐蚀性。

中国MEMS压力传感器市场竞争格局目前仍处于发展阶段。相较于欧美等发达国家，中国的MEMS压力传感器产业相对较为年轻，尚未完全成熟。从整体产业格局来看我国MEMS压力传感器企业过于分散，中小企业过多、规模化的IDM大企业较少，致使国内企业整体实力偏弱。

涉及MEMS压力传感器的国内上市公司主要有，敏芯股份（侧重汽车、医疗和工业领域）、纳芯微（侧重汽车、消费级领域）、保隆科技（侧重汽车发动机管理系统）、华培动力（侧重商用车），压力传感器业务的收入规模均在5亿元以内。

非上市公司中，国内企业主要有芯感智、飞恩微、龙微科技、胜脉电子、感芯微、北京智芯、美泰电子等。

1、MEMS晶圆加工工艺与传统IC有较多不同

MEMS技术基于已经相当成熟的微电子技术、集成电路技术及其加工工艺，其与传统的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，但是有些复杂的微结构难以用IC工艺实现，必须采用微加工技术制造。

微加工技术是MEMS技术的关键，其中，硅的体微加工技术用于制作三维结构，可以实现更加复杂的器件和系统。表面微加工技术则常用于制作可动结构，例如微机电系统中的微型电机、微泵、微阀等器件。通过在牺牲层薄膜上沉积结构层薄膜，然后去除牺牲层释放结构层，就能够形成可动结构。特殊微加工技术，则是一些特殊的微加工技术，如电化学加工、爆炸加工等，能够在特殊材料或复杂形状的器件上进行微加工。

除了上述两种微加工技术以外，MEMS制造还广泛地使用多种特殊加工方法，其中常见的方法包括键合、LIGA、电镀、软光刻、微模铸、微立体光刻与微电火花加工等。

2、MEMS压力传感器封装和测试环节的先进技术工艺，并需要对整体工艺的know-how有丰富的积累

对于MEMS压力传感器，封装测试和晶圆制造两个环节是等同重要的。封装是保证压力传感器能准确获取环境参数的前提，是成功实现商业化应用的关键因素。封测环节的核心要点包括，①机械支撑：设计避免热、机械冲击、抗粉尘的外壳以保护MEMS芯片；②环境隔离：避免外界环境对测量精度的影响；③传感接口：保证外界压力能够传递给压力敏感元件;④电学连接:提供完整的信号交互接口，主要有电源、信号线等；⑤系统散热处理。

MEMS压力传感器的中高端市场被国外垄断，主要来源于其封装测试设备和工艺更新节奏较慢，封测后的产品在高温，高湿气，高腐蚀气体中难以保证产品精度依然符合设计要求，主要性能指标仍和国外差1～2个数量级，使用寿命差2～3个数量级。此外，低应力无引线封装、温度补偿、高温专用电路（ASIC）芯片、多类型测控接口电路等关键技术亦是阻挡国内产品高端化的关键。

3、MEMS压力传感器产品高度定制化

MEMS压力传感器产品为非标准化产品。由于MEMS压力传感器中复杂的极微小型机械系统的存在，MEMS压力传感器的芯片设计和工艺研发必须紧密配合，由于MEMS传感器的应用场景多样，所处环境对于其中的极微小型机械系统而言较为恶劣，因此需要定制化开发晶圆和传感器模组的专业封测设备系统和测试流程。MEMS压力传感器公司则在芯片的研发和传感器销售的同时，需要深度参与晶圆代工和封测环节的工艺开发和持续优化调整的过程。

4、压力传感器种类数量多、细分应用领域市场规模小，企业体量较小

从MEMS压力传感器应用场景来看，分为汽车、消费电子（可穿戴设备、家电、无人机等）、医疗、工业等，不同应用场景的需求和传感器所处的环境不同，需要进行不同品类的设计，各应用领域的细分市场规模亦不大。

公开数据显示，我国现有约100家MEMS压力传感器企业，一线梯队企业产值过亿元的不多，多数在5000万元-1亿元的区间。由于MEMS压力传感器单颗价值量较小，客制化程度较高，多数企业会专注在细分市场领域，单个企业的营收规模亦偏小。

5、下游产品验证要求较高，特别是车规和医疗领域，准入门槛较高

（1）车规认证

车规级芯片产品需要满足更严苛的技术标准和门槛，需要通过更为严苛的测试，以满足汽车行业对于产品安全性、稳定性和使用寿命的苛刻要求。供应商如果想要进入汽车供应链，必须要经过一系列的验证测试，一般认证周期一般需要1-2年。

（2）医疗认证

医用MEMS传感器作为医疗行业中的关键设备，其核心价值在于数据采集。具体的认证标准如ISO 13485，侧重要求医疗器械领域的芯片生产企业建立和维护相应的质量管理体系。IEC 60601医疗电气设备安全标准，要求芯片在设计、制造和使用上符合相关的电气安全性能要求，并能在一定的电气环境下运作稳定可靠。FDA 510(k)针对医疗器械的市场准入认证，要求芯片生产企业根据相关法规和标准规定的安全性数据和证明文件提交到FDA进行评估和审批。

1、产品竞争力主要体现在量程、温域、精度、稳定性等方面

在分析MEMS压力传感器产品竞争力时，主要考虑压力量程、测量精度、工作温度范围、作业环境等，并需要考虑合理成本之上，能正常稳定运行，经久耐用。竞争力较强的产品，通常具备高精度、抗干扰、抗冲击、耐腐蚀和长期稳定性好的特点，压力范围较广，测量精度较高，宽温域工作，性能越好，测量结果越可靠，产品价值量就越高。竞争力较弱的压力传感器通常都有信号漂移、稳定性差、寿命短的问题。

2、材料和封装工艺创新是MEMS压力传感器发展的重要方向

材料方面，国内科研所已经在探索SiC高温压力传感器，采用碳化硅单晶材料的全MEMS工艺加工技术来制备敏感元件，具有体积小、耐高温、可满足微压力测量需求的特点。又如高精度石英谐振式压力传感器，采用全石英谐振式敏感芯片结构，利用石英MEMS工艺技术加工而成，具备精度高稳定性好、抗辐照、功耗低数字输出等优点，便于系统集成和应用开发。

封测方面，由于MEMS压力传感器需要与外界复杂环境进行接触，感知外部信号的变化，所以需要对成品的封装结构和封装工艺进行研发与设计，以降低产品失效的可能性。如低压MEMS芯片的高可靠性方案，需在芯片封测层面上进行了耐强酸，耐水汽，耐化学腐蚀的设计和流片保护工艺。中压类领域，可利用基于MEMS的硅-玻璃-陶瓷烧结技术，实现替代传统陶瓷电容中压传感器的方案。

3、持续外延并购成为MEMS压力传感器公司平台化的重要途径

由于MEMS压力传感器通常按不同的下游应用场景进行工艺和封装模块设计，因此企业要想快速拓展不同领域的业务，就需要进行外延并购。例如，森萨塔公司迄今已经收购了超过10家公司，包括霍尼韦尔车载传感器业务、胎压监测传感器供应商喜莱德、MEMS控制元件及执行器头部企业CST。这些收购的目标公司业务范围均为传感器单体或传感控制整体解决方案。通过持续的并购整合，森萨塔公司在压力传感器市场覆盖范围不断突破，2012年推出新型压差传感器（DPS），帮助减少柴油机尾气排放；2013年，推出工业用充油式微机电传感器；2014年推出防冻尿素压力传感器，并参与修订汽车工程师协会的全球SENT（协议输出）标准。目前，公司的传感器产品已经涉及汽车、商用车、重型机械、工业、航空等领域，形成了较为完整的产业链条。

目前国内MEMS芯片、ASIC芯片需要依靠进口，对外依赖度高。MEMS技术属于高精度压力传感器的主流制造技术，但外资企业几乎垄断了全球MEMS压力传感器市场，高筑的技术壁垒下本土企业较少，部分领域国产化率甚至不足5%，国内90%以上中高端MEMS传感器芯片需要靠进口，这方面比传统芯片产业更依赖进口。国内本土MEMS压力传感器企业发展面临高端研发人员缺失、产业链尚未形成、企业盈利难等问题。从产业格局来看我国整体传感器企业过于分散，中小企业过多、规模化的IDM大企业较少，致使国内传感器市场整体实力太弱。因此，现在是挖掘和投资早期MEMS压力传感器企业的较好时点，后续随着行业格局清晰，才会逐步迎来行业内大范围的并购整合。

从股权投资角度来看，对MEMS压力传感器行业及公司判断，可以密切关注以下几方面的因素：

1、重点考虑在位于产业聚集区域的企业，以便形成产业协同

国内MEMS压力传感器产业聚集主要在长三角区域，以苏州、无锡为核心城市，由于这些地区汽车配套产业发达，逐步形成了包括热敏、磁敏、光电、温度、气敏等较为完备的传感器生产体系及产业配套。此外，长三角区域还有较多的MEMS晶圆厂和封测厂，如中芯国际、中芯绍兴、华润上华、华虹宏力、上海先进半导体、苏州固锝、苏州日月新等，与MEMS压力传感器设计企业形成产业协同。

2、研发团队需具备较强的科研背景和熟练的工程技术

压力MEMS传感器行业具有较高的技术门槛，国内科研院所在完善国内MEMS行业的研发体系方面提供了技术基础和人才基础。在分析企业的核心研发团队时，可重点关注核心技术人员是否来自国内MEMS领域相关的重点科研院所或实验室。同时，头部厂商研发技术实力较强，亦可关注核心技术人员是否出自如博世、英飞凌、森萨塔、泰科电子等头部厂商特别是其在国内设立的研发中心。

此外，压力MEMS研发过程需要涉及到多个工艺制备技术，如微加工、标定、封测等。团队需要精通这些技术的应用和优化，才能保证MEMS器件的品质和性能。

3、关注压力MEMS产品核心竞争力指标，如量程、温域、精度、稳定性

分析企业产品布局时，由于MEMS压力传感器的应用场景千差万别，细分市场规模不大，产品定制化程度高，所以企业需具备多应用场景、宽测量范围、高环境耐受度的产品布局，以拓展企业的订单数量。

分析企业产品竞争力时，需要关注在不同应用场景下的MEMS压力传感器的压力量程、测量精度（热零点漂移和热灵敏度漂移系数及非线性误差）、工作温度范围、产品稳定新能（抗干扰、抗冲击、耐腐蚀）能否满足下游应用需求，产品是否通过相关的行业标准认证，是否具备高性价比和高测试效率。

4、鉴于压力MEMS高度定制化，具备封测产线的企业降本增效能力强

MEMS传感器与传统IC制造有较多不同之处，如微米尺度机械设计、微加工技术、定制化封装和标定系统设计，因此企业需深度参与晶圆代工和封测环节的工艺开发和持续优化调整的过程中，特别是在微/纳米结构设计、封装和测试等各环节需具备核心技术和自主研发能力。对于Fabless传感器芯片企业，封测成本几乎与MEMS晶圆代工成本占比相当，需具备专门的封装、测试生产线，以增强特殊结构产品的封测竞争力，并降低产品成本。

5、具备吸收整合不同技术团队及产品平台化拓展能力

丰富的产品矩阵可以帮助企业满足下游客户如汽车、医疗、消费电子、家居、工业等各种应用场景的不同需求，因此，企业在做好单一应用场景的MEMS压力传感器产品的同时，需考虑拓展不同MEMS压力传感器品类，这就要求企业具备较强的MEMS产品平台搭建和外部MEMS产业资源整合能力，通过外延式并购或引进外部技术团队，增强技术壁垒，突破企业盈利规模的天花板。

主要参考文献：

[1]相关公司公告和官网.

[2]中国传感器（技术、产业）发展蓝皮书.

[3]MEMS PRESSURE SENSORS - TECHNOLOGY AND MARKET TRENDS.YOLE

[4]2022年中国汽车传感器行业研究报告.行行查.

[5]MEMS传感器市场报告.麦姆斯咨询.

[6]洞察2022：中国MEMS传感器行业竞争格局及市场份额.前瞻产业研究院.

[7]中国MEMS传感器行业现状深度调研与投资趋势研究报告.观研天下.