【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，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
下游新興應用塑造新爆點
智能傳感器的重點下游應用領(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)展的新興應用如智能機器人和智能醫(yī)療器械將
*2016-2019年全球四大應用領(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、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，應用于國防、工業(yè)、消費領(lǐng)域的機器人種類最多，相應領(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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