本文來自公眾號【信熹資本】，這是一篇整理的非常細(xì)致的傳感器產(chǎn)業(yè)介紹內(nèi)容，涵蓋了傳感器的相關(guān)概念、發(fā)展歷史、分類方式、產(chǎn)業(yè)鏈和市場情況等信息。與其他籠統(tǒng)介紹傳感器產(chǎn)業(yè)的研報(bào)資料不同，本文具體而微，詳細(xì)說明了各種傳感器的情況，每個(gè)分類、每個(gè)特性、每個(gè)術(shù)語、每個(gè)環(huán)節(jié)，本文都一一解析清楚，幾乎都介紹的明明白白，顯然經(jīng)過長時(shí)間的資料收集。

   本文有助于我們厘清很多傳感器概念上的問題，窺視不同傳感器領(lǐng)域的難點(diǎn)和痛點(diǎn)。譬如航天級、軍工級、工業(yè)級、醫(yī)療級、科研級、消費(fèi)級等傳感器有什么不同的需求？電阻式、電容式、電感式、光電式傳感器的區(qū)別？MEMS芯片生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)需要用到什么設(shè)備？每個(gè)流程怎樣？……等等

此外文中部分突出觀點(diǎn)有：

大多數(shù)創(chuàng)業(yè)公司都會(huì)選擇單一傳感器作為早期的創(chuàng)業(yè)方向；傳感器開始從曾經(jīng)的純模擬工作方式轉(zhuǎn)向數(shù)字傳輸方式；在傳感器的開發(fā)過程中，通常會(huì)先從傳感器的敏感材料入手；傳感器各細(xì)分市場的割裂度更高，且發(fā)展變化的速度相對沒那么快，更容易培養(yǎng)出小而美的企業(yè)；當(dāng)半導(dǎo)體傳感器廠商發(fā)展到較大規(guī)模后，一般會(huì)傾向于自建部分產(chǎn)能，形成“核心產(chǎn)品依靠IDM，邊緣產(chǎn)品或產(chǎn)能調(diào)節(jié)依靠代工廠”的生產(chǎn)模式，既可以降低生產(chǎn)成本，又可以加固技術(shù)壁壘。；對知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)力度不足，導(dǎo)致消費(fèi)電子傳感器廠商普遍毛利較低，且容易到市場瓶頸；消費(fèi)電子傳感器的主要機(jī)會(huì)在于還未被市場驗(yàn)證、具有顯著創(chuàng)新性的傳感器……

一、行業(yè)背景

人類歷史繼經(jīng)歷了18世紀(jì)以“機(jī)械化”為核心的第一次工業(yè)革命、19世紀(jì)以“電氣化”為核心的第二次工業(yè)革命和20世紀(jì)以“信息化”、“自動(dòng)化”為核心的第三次工業(yè)革命，當(dāng)下正處在以“智能化”為核心的第四次工業(yè)革命過程中，圍繞著“智能化”的各個(gè)環(huán)節(jié)正展現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的生命力。

 圖1 | 歷次工業(yè)革命進(jìn)展（來源：網(wǎng)絡(luò)公開資料）

我們認(rèn)為，“智能化”是指機(jī)器或系統(tǒng)在行為過程中具備更強(qiáng)的智慧性，包括認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)能力、記憶能力、判斷力等，其具有以下幾個(gè)主要特征：

? 一是具有更強(qiáng)的感知能力，即具有能夠感知外部世界、獲取外部信息的能力，這是產(chǎn)生智能活動(dòng)的前提條件和必要條件；

? 二是具有記憶和思維能力，即能夠存儲(chǔ)感知到的外部信息及由思維產(chǎn)生的知識，同時(shí)能夠利用已有的知識對信息進(jìn)行分析、計(jì)算、比較、判斷、聯(lián)想、決策；

? 三是具有學(xué)習(xí)能力和自適應(yīng)能力，即通過與環(huán)境的相互作用，不斷學(xué)習(xí)積累知識，使自己能夠適應(yīng)環(huán)境變化；

? 四是具有行為決策能力，即對外界的刺激作出反應(yīng)，形成決策并傳達(dá)相應(yīng)的信息。

和第三次工業(yè)革命相比較，曾經(jīng)的“信息化”更多關(guān)注信息層面的收集和管理，“自動(dòng)化”更關(guān)注執(zhí)行層面的可靠和穩(wěn)定，這些都為如今的“智能化”的發(fā)展打下基礎(chǔ)。“智能化”更關(guān)注整個(gè)系統(tǒng)的智慧性，依賴于各部分技術(shù)能力的提升，例如人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、感知技術(shù)等。

二、智能感知與感知技術(shù)

智能感知成為本次工業(yè)革命的重要驅(qū)動(dòng)力量。智能感知是指：為了滿足人類的需求，系統(tǒng)能動(dòng)地感知外界事物，利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)進(jìn)行認(rèn)知、決策并執(zhí)行的過程。

“智能化”需要依靠各種智能感知系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。一切智能感知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)都可以概括為“感知”、“計(jì)算”和“執(zhí)行”三個(gè)子系統(tǒng)，不同子系統(tǒng)之間通過“通信”相連接，從而實(shí)現(xiàn)各種功能。

圖2 | 智能感知系統(tǒng)的基本構(gòu)成部分（來源：信熹資本整理）

 其中，“感知”子系統(tǒng)即感知技術(shù)，其功能實(shí)現(xiàn)主要依賴于傳感器。傳感器將現(xiàn)實(shí)世界的信號，轉(zhuǎn)換為數(shù)字計(jì)算機(jī)可以理解的信號，就像各種感官系統(tǒng)在人類感受物理世界過程中發(fā)揮的功能一樣。傳感器是計(jì)算機(jī)感受和理解現(xiàn)實(shí)世界的第一步，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)，是“智能化”時(shí)代的重要基礎(chǔ)設(shè)施。

三、傳感器的相關(guān)概念

傳感器，英文Sensor，由Sense一詞演變而來，最早出現(xiàn)于20世紀(jì)30年代，在“信息化”、“自動(dòng)化”時(shí)代背景下傳感器就已經(jīng)成為重要角色，當(dāng)進(jìn)入到“智能化”時(shí)代時(shí)，其重要性進(jìn)一步凸顯，逐漸得到更多關(guān)注。

我們認(rèn)為，雖然傳感器一詞覆蓋的范圍不斷擴(kuò)大，品類日漸豐富，但所有傳感器都有這樣的共同本質(zhì)：傳感器是一種檢測裝置——能夠感受到被測量的信息，并將感受到的信息按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。

圖3 | 傳感器的主要構(gòu)成部分（來源：信熹資本整理）

 傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成。其中：

? 敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分，常見可測量的信息如溫度、光強(qiáng)、壓力等。

? 轉(zhuǎn)換元件是將上述非電量轉(zhuǎn)換成電參量，如電阻、電壓、電流等。

? 轉(zhuǎn)換電路的作用是將轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換成便于處理、顯示、記錄和控制的部分，如放大、濾波、調(diào)制等。

這三個(gè)部分的不同設(shè)計(jì)又分別不同程度上影響了傳感器的成本及各項(xiàng)指標(biāo)，并適合于不同的應(yīng)用場景。敏感元件決定了傳感器基本的工作原理，對性能產(chǎn)生最根本的影響。轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路的存在是為了使敏感元件更好地工作。為了發(fā)揮敏感元件的最優(yōu)性能，同時(shí)滿足下游應(yīng)用場景的需求，往往需要對轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)。

以MEMS麥克風(fēng)為例，其典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。聲波信號先作用于MEMS芯片，MEMS芯片部分包含了“敏感元件”和“轉(zhuǎn)化元件”，通過金線連接到包含“轉(zhuǎn)換電路”的ASIC芯片中，最后輸出音頻電信號。其他結(jié)構(gòu)主要輔助傳感器更穩(wěn)定、可靠地工作。

圖4 | MEMS麥克風(fēng)典型產(chǎn)品構(gòu)造（來源：歌爾微電子招股說明書）

 傳感器常見的性能評價(jià)指標(biāo)可以分為靜態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)兩類。

其中，靜態(tài)指標(biāo)主要考核被測量在穩(wěn)定狀態(tài)下傳感器的性能，包括分辨率、靈敏度、線性度、重復(fù)性、遲滯、穩(wěn)定性等。

① 分辨率：傳感器能夠檢測到的最小輸入變化量，即只有輸入變化量超過一定閾值時(shí)，傳感器的輸出量才會(huì)產(chǎn)生變化。分辨率越小，說明傳感器對被測量的分辨能力越強(qiáng)。

② 靈敏度：傳感器輸出變化量與輸入變化量之比，某些情況下可以簡單理解為信號放大的倍數(shù)。靈敏度越高，說明傳感器對被測量變化的響應(yīng)越大，越有利于信號處理。但靈敏度過高也會(huì)導(dǎo)致噪聲干擾增加，影響測量精度。

③ 線性度：傳感器輸出與輸入成正比的范圍。線性度越高，說明傳感器輸出與輸入之間的關(guān)系越簡單，越容易校準(zhǔn)和計(jì)算。

④ 重復(fù)性：傳感器在同一條件下，對同一輸入按同一方向進(jìn)行多次測量時(shí)，輸出之間的差異程度。重復(fù)性越好，說明傳感器輸出越穩(wěn)定，隨機(jī)誤差越小。

⑤ 遲滯：傳感器對正向（輸入增大）和反向（輸入減小）輸入的輸出之間的不一致程度。遲滯越小，說明傳感器輸出越對稱，滯后誤差越小。

⑥ 穩(wěn)定性：傳感器在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)保持性能不變的能力。穩(wěn)定性受到溫度、濕度、機(jī)械振動(dòng)、電磁干擾等環(huán)境因素的影響。穩(wěn)定性越好，說明傳感器輸出越可靠，系統(tǒng)誤差越小。

動(dòng)態(tài)指標(biāo)主要考察被測量在變化狀態(tài)下傳感器的性能，包括采樣頻率、階躍響應(yīng)等。

① 采樣頻率：采樣頻率是指傳感器在單位時(shí)間內(nèi)可以采樣的測量結(jié)果的多少。采樣頻率反映了該傳感器的快速反應(yīng)能力，是動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)中最重要的一個(gè)。對于被測量快速變化的場合，采樣頻率是必須要充分考慮的技術(shù)指標(biāo)之一。

② 階躍響應(yīng)：傳感器對階躍輸入信號（即瞬間從零變?yōu)橐欢ㄖ档男盘枺┑妮敵鲎兓^程。階躍響應(yīng)反映了傳感器的動(dòng)態(tài)特性，如上升時(shí)間、峰值時(shí)間、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間等。階躍響應(yīng)越快，說明傳感器對突變信號的響應(yīng)越及時(shí)，動(dòng)態(tài)誤差越小。

傳感器的發(fā)展歷史，就是一部不斷在提升性能和降低生產(chǎn)成本之間來回進(jìn)行選擇的歷史。當(dāng)前幾乎每種傳感器都存在多種技術(shù)路徑去實(shí)現(xiàn)，往往具有不同程度的性能和成本優(yōu)勢，也因此適用于不同的應(yīng)用場景。

以紅外探測器為例，目前最為廣泛使用的可以分為制冷型和非制冷型兩種，這兩種傳感器最主要的區(qū)別在于敏感元件材料的不同，進(jìn)一步導(dǎo)致成本和性能的差異，從而適用于不同的應(yīng)用場景。長期來看，由于底層原理的限制，各種技術(shù)路線只能在局部指標(biāo)上做最優(yōu)解，很難出現(xiàn)哪種技術(shù)路線完全取代另一種的情況。

表1 | 制冷型和非制冷型紅外探測器的對比（來源：信熹資本整理）

四、傳感器的發(fā)展歷史

傳感器的起源可以追溯到人類最早的測量工具，如溫度計(jì)、壓力計(jì)、度量衡等。這些工具都是利用物質(zhì)的某些物理性質(zhì)（如熱脹冷縮、彈性變形、比重差異等）來反映被測量的信息，并通過人眼或其他輔助設(shè)備來讀取。這些原始的傳感器雖然只能測量一些基本的物理量，而且精度和可靠性都不高，但是它們?yōu)楹髞韨鞲衅骷夹g(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

根據(jù)不同的技術(shù)特征和應(yīng)用領(lǐng)域，傳感器的發(fā)展可以分為以下幾個(gè)階段：

? 機(jī)械化時(shí)代（人類出現(xiàn)-1870年前后）：這一時(shí)期出現(xiàn)了最早的機(jī)械式傳感器，如指南車、骨尺、天平、日晷儀、地動(dòng)儀等。這些傳感器都是利用機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)原理來實(shí)現(xiàn)檢測功能，主要應(yīng)用于方向、長度、重量、時(shí)間和地震等方面。

? 電氣化時(shí)代（1870年-1940年）：這一時(shí)期出現(xiàn)了最早的電氣式傳感器，如熱電偶、磁電偶、光電管、光敏電阻、霍爾元件、磁阻元件等。這些傳感器都是利用電學(xué)效應(yīng)和電路原理來實(shí)現(xiàn)檢測功能，主要應(yīng)用于溫度、電流、電壓、光強(qiáng)、磁場等方面。

? 半導(dǎo)體化時(shí)代（1940年-1970年）：這一時(shí)期出現(xiàn)了最早的半導(dǎo)體式傳感器，如半導(dǎo)體熱電偶、PN結(jié)溫度傳感器、集成溫度傳感器、聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器、微波傳感器等。這些傳感器都是利用半導(dǎo)體材料和集成電路技術(shù)來實(shí)現(xiàn)檢測功能，主要應(yīng)用于溫度、光強(qiáng)、距離等方面。

? 微機(jī)械化時(shí)代（1970年-2010年）：這一時(shí)期出現(xiàn)了最早的微機(jī)械式（MEMS）傳感器，如微機(jī)械陀螺儀、微機(jī)械加速度計(jì)、微機(jī)械壓力傳感器等。這些傳感器都是利用微機(jī)械技術(shù)和微加工技術(shù)來實(shí)現(xiàn)檢測功能，主要應(yīng)用于角速度、加速度、壓力等方面。

? 智能化時(shí)代（2010年至今）：這一時(shí)期出現(xiàn)了更先進(jìn)的智能式傳感器，傳感器集成的功能日益豐富，不僅傳統(tǒng)測量性能進(jìn)一步提升，同時(shí)開始集成更多計(jì)算能力，將更多數(shù)據(jù)處理工作放在邊緣端，減少對中心處理器的依賴，即“邊緣計(jì)算”。

智能化時(shí)代前，傳感器的發(fā)展更多關(guān)注于傳感器原有功能的提升，傳感器更像一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體。進(jìn)入智能化時(shí)代后，下游應(yīng)用場景的需求開始被更多考慮，傳感器更多作為一個(gè)智能化系統(tǒng)的一部分開始發(fā)展。

這里需要注意，并不是進(jìn)入智能化時(shí)代后，半導(dǎo)體化時(shí)代和微機(jī)械化時(shí)代下的傳感器便不再發(fā)展了，各種技術(shù)路線的傳感器依然處在不斷迭代發(fā)展的過程中。傳感器不僅在向內(nèi)進(jìn)行提升，同時(shí)在向外進(jìn)行鏈接擴(kuò)展。

總結(jié)起來，傳感器在發(fā)展過程中體現(xiàn)出的主要趨勢是多功能化、高性能化、低成本化、微型化，這也將是未來傳感器的發(fā)展主要方向。

? 多功能化：傳感器能夠集成多種功能，如測量多種參數(shù)、處理數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)信息、通信交互等，提高了傳感器的效率和靈活性。

? 高性能化：傳感器能夠提高測量的精度、靈敏度、穩(wěn)定性和可靠性，降低測量的誤差和干擾，滿足更高的測量要求。

? 低成本化：傳感器能夠采用新型材料和新型工藝制造，降低生產(chǎn)成本和維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。

? 微型化：傳感器能夠以更小的體積實(shí)現(xiàn)同水平的性能，可滿足更多應(yīng)用場景的體積需求。一般來說，體積越小也意味著量產(chǎn)后成本越低、實(shí)際使用中功耗越低。

五、傳感器的分類

傳感器的分類有多種方式，從不同的角度有不同的分類方式。當(dāng)使用者在選擇使用哪種傳感器時(shí)，會(huì)根據(jù)檢測變量、應(yīng)用場景、輸出量的性質(zhì)等，選擇相匹配的傳感器。當(dāng)研發(fā)企業(yè)在選擇設(shè)計(jì)、生產(chǎn)傳感器時(shí)，更多會(huì)考慮到敏感材料和轉(zhuǎn)換原理等。

表2 | 傳感器的主要分類方式（來源：信熹資本整理） 

1. 按照檢測變量分類

最清晰、直觀的傳感器分類方式是基于檢測變量進(jìn)行分類。

傳感器的的細(xì)分行業(yè)一般是根據(jù)檢測變量不同進(jìn)行劃分，因此這種分類方式可以更方便我們進(jìn)行細(xì)分行業(yè)的研究，這一方法在分析傳感器行業(yè)的中早期創(chuàng)業(yè)公司時(shí)會(huì)顯得尤為關(guān)鍵。

大多數(shù)創(chuàng)業(yè)公司都會(huì)選擇單一傳感器作為早期的創(chuàng)業(yè)方向，這時(shí)候就需要從檢測變量出發(fā)，尋找對應(yīng)以及相近的細(xì)分行業(yè)，直接分析對應(yīng)的細(xì)分行業(yè)可以對現(xiàn)有的市場規(guī)模、競爭格局建立認(rèn)知和判斷，間接分析相近的細(xì)分行業(yè)可以對可拓展的市場規(guī)模、潛在競爭對手進(jìn)行預(yù)測和分析。

這一分析方式對于已經(jīng)進(jìn)入成熟階段的傳感器巨頭公司來說，重要程度會(huì)有所減弱，這是由于巨頭公司往往會(huì)選擇對同一技術(shù)平臺的傳感器進(jìn)行廣泛布局，單一細(xì)分市場對公司業(yè)績影響程度有限，技術(shù)平臺能力對于公司的重要性會(huì)增加。

1) 位置/運(yùn)動(dòng)傳感器

用于測量物體的位置、位移、速度、加速度等參數(shù)，如加速度計(jì)、陀螺儀、光電編碼器、超聲波雷達(dá)、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)等，這類傳感器目前廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制、姿態(tài)識別、自動(dòng)駕駛等場景。

? 加速度計(jì)：利用慣性質(zhì)量在受加速度時(shí)會(huì)產(chǎn)生位移的特性，將物體的加速度轉(zhuǎn)換為位移信號，再經(jīng)過電容或壓阻式變換器轉(zhuǎn)換為電容或電阻信號，再經(jīng)過調(diào)理電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號。

? 陀螺儀：利用回轉(zhuǎn)體或振動(dòng)體在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的科里奧利力或進(jìn)動(dòng)角，將物體的角速度或角位移轉(zhuǎn)換為電容或電阻信號，再經(jīng)過檢測電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號。

? 光電編碼器：利用光電效應(yīng)，將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成電信號，輸出脈沖或編碼。

? 超聲波傳雷達(dá)：利用超聲波的反射、折射、干涉等特性，將物體的距離、速度或形狀轉(zhuǎn)換為超聲波信號，再經(jīng)過超聲波探頭轉(zhuǎn)換為電信號，輸出模擬或數(shù)字信號。

? 激光雷達(dá)：以激光作為信號源，由激光器發(fā)射出的激光束來探測目標(biāo)的距離、方位、高度、速度、姿態(tài)等特征量，將目標(biāo)空間位置轉(zhuǎn)換成電信號，輸出點(diǎn)云或圖像。脈沖式激光雷達(dá)利用反射激光的時(shí)間間隔來計(jì)算相對距離；而連續(xù)波激光雷達(dá)則通過計(jì)算反射光與反射光之間的相位差得到目標(biāo)距離。

? 毫米波雷達(dá)：以毫米波作為信號源，由天線發(fā)射出的毫米波束，來探測目標(biāo)的距離、方位、高度、速度、姿態(tài)等特征量，將目標(biāo)空間位置轉(zhuǎn)換成電信號。

2) 力傳感器

用于測量物體的力、壓力、重量、扭矩等參數(shù)，如壓電式傳感器、壓阻式傳感器等。

? 壓電式傳感器：利用壓電材料在受力時(shí)會(huì)產(chǎn)生極化而導(dǎo)致表面帶電的特性，將物體的力、壓力、重量或振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電荷信號，再經(jīng)過積分或放大器轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號。

? 壓阻式傳感器：利用壓阻材料在受力時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓阻效應(yīng)而導(dǎo)致電阻值變化的特性，將物體的力、壓力、重量或振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電阻信號，再經(jīng)過電橋或放大器轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號。

3) 溫度傳感器

用于測量物體或環(huán)境的溫度，如熱電偶、熱敏電阻、紅外傳感器等。

? 熱電偶：利用兩種不同金屬材料在溫度不同時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱電勢差的特性，將物體或環(huán)境的溫度轉(zhuǎn)換為熱電勢信號，再經(jīng)過溫度計(jì)或放大器轉(zhuǎn)換為溫度值或電壓信號。

? 熱敏電阻：利用金屬材料在溫度變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生正溫度系數(shù)（PTC）或負(fù)溫度系數(shù)（NTC）而導(dǎo)致電阻值變化的特性，將物體或環(huán)境的溫度轉(zhuǎn)換為電阻信號，再經(jīng)過分壓或放大器轉(zhuǎn)換為溫度值或電壓信號。

? 紅外傳感器：通過感應(yīng)目標(biāo)輻射的紅外線，利用紅外線的物理性質(zhì)來進(jìn)行測量。紅外傳感器根據(jù)探測機(jī)理可分成為基于光電效應(yīng)的光子探測器和基于熱效應(yīng)的熱探測器。

4) 光學(xué)傳感器

用于測量光的強(qiáng)度、波長、相位等參數(shù)，如光電二極管、光敏電阻、光纖傳感器等。

? 光電二極管：利用光電效應(yīng)，當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對而導(dǎo)致電流變化的特性，將光的強(qiáng)度或顏色轉(zhuǎn)換為電流信號，再經(jīng)過分壓或放大器轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)值或電壓信號。

? 光敏電阻：利用光阻效應(yīng)，當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料時(shí)，會(huì)改變其導(dǎo)電率而導(dǎo)致電阻值變化的特性，將光的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電阻信號，再經(jīng)過分壓或放大器轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)值或電壓信號。

? 光纖傳感器：利用光纖的傳輸、反射、干涉等特性，將物體的位置、位移、速度、溫度、壓力、應(yīng)變等參數(shù)轉(zhuǎn)換為光信號，再經(jīng)過光電元件轉(zhuǎn)換為電信號，輸出模擬或數(shù)字信號。

5) 聲音傳感器

用于測量聲音的強(qiáng)度、頻率、相位等參數(shù)，如麥克風(fēng)、聲納傳感器、超聲波傳感器等。

? 麥克風(fēng)：利用聲波對振動(dòng)膜的作用而產(chǎn)生電動(dòng)勢的特性，將聲音的強(qiáng)度或頻率轉(zhuǎn)換為電壓信號，再經(jīng)過濾波或放大器轉(zhuǎn)換為聲音值或頻率信號。

? 聲納傳感器：利用聲波的反射、折射、干涉等特性，將物體的距離、速度或形狀轉(zhuǎn)換為聲波信號，再經(jīng)過聲波探頭轉(zhuǎn)換為電信號，輸出模擬或數(shù)字信號。

6) 磁場傳感器

用于測量磁場的強(qiáng)度、方向、變化等參數(shù)，如霍爾效應(yīng)傳感器、磁阻效應(yīng)傳感器、磁致伸縮效應(yīng)傳感器等。

? 霍爾效應(yīng)傳感器：利用霍爾效應(yīng)，當(dāng)導(dǎo)體通過恒定電流并置于磁場中時(shí)，會(huì)在垂直于電流和磁場方向的兩端產(chǎn)生電壓差，這個(gè)電壓差與磁場強(qiáng)度成正比，輸出電壓信號。

? 磁阻效應(yīng)傳感器：利用磁阻效應(yīng)，當(dāng)導(dǎo)體通過恒定電流并置于磁場中時(shí)，會(huì)在垂直于電流和磁場方向的兩端產(chǎn)生電壓差，這個(gè)電壓差與磁場強(qiáng)度成正比，輸出電壓信號。

? 磁致伸縮效應(yīng)傳感器：利用磁致伸縮效應(yīng)，當(dāng)鐵磁材料置于磁場中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生沿著磁場方向的伸縮變形，這個(gè)變形與磁場強(qiáng)度成正比，輸出位移或應(yīng)變信號。

7) 氣體傳感器

用于測量氣體的成分、濃度、質(zhì)量等參數(shù)，如氣敏電阻、氣敏二極管、光電氣體傳感器等。

? 氣敏電阻：利用氣敏材料在吸附氣體時(shí)會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)電率變化而導(dǎo)致電阻值變化的特性，將氣體的成分或濃度轉(zhuǎn)換為電阻信號，再經(jīng)過分壓或放大器轉(zhuǎn)換為氣體值或電壓信號。

? 氣敏二極管：利用氣敏材料在吸附氣體時(shí)會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)通效應(yīng)而導(dǎo)致二極管導(dǎo)通的特性，將氣體的成分或濃度轉(zhuǎn)換為二極管導(dǎo)通狀態(tài)，再經(jīng)過分壓或放大器轉(zhuǎn)換為氣體值或電壓信號。

? 光電氣體傳感器：利用不同氣體對不同波段的光有不同的吸收特征，將氣體的種類及濃度轉(zhuǎn)換為光譜吸收信號，再經(jīng)過光電元件或光譜儀轉(zhuǎn)換為電信號或光譜信號。

8) 濕度傳感器

用于測量物體或環(huán)境的濕度，如電容式濕度傳感器、電阻式濕度傳感器、熱濕敏電阻等。

? 電阻式濕度傳感器：利用濕敏材料在吸附水分子時(shí)會(huì)產(chǎn)生電阻率變化而導(dǎo)致電阻值變化的特性，將濕度轉(zhuǎn)換為電阻信號，再經(jīng)過分壓或放大器轉(zhuǎn)換為濕度值或電壓信號。常用的濕敏材料有金屬氧化物、硅、陶瓷等。

? 電容式濕度傳感器：利用濕敏材料在吸附水分子時(shí)會(huì)改變其介電常數(shù)而導(dǎo)致電容量變化的特性，將濕度轉(zhuǎn)換為電容信號，再經(jīng)過分壓或放大器轉(zhuǎn)換為濕度值或電壓信號。常用的濕敏材料有高分子薄膜、聚苯乙烯、聚酰亞胺等。

9) 生化傳感器

用于測量生物或化學(xué)物質(zhì)的活性、濃度、反應(yīng)速率等參數(shù)，如酶電極、抗體電極、DNA芯片等。

? 酶電極：利用酶與底物反應(yīng)產(chǎn)生可測量的物質(zhì)的特性，將生物或化學(xué)物質(zhì)的活性或濃度轉(zhuǎn)換為反應(yīng)物質(zhì)的濃度，再經(jīng)過其他傳感器進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電信號。

? 抗體電極：利用抗體與抗原結(jié)合產(chǎn)生可測量的物質(zhì)（如pH）的特性，將生物或化學(xué)物質(zhì)的活性或濃度轉(zhuǎn)換為反應(yīng)物質(zhì)的濃度，再經(jīng)過其他傳感器（如pH傳感器）轉(zhuǎn)換為電信號。

? DNA芯片：利用DNA與互補(bǔ)序列結(jié)合產(chǎn)生可測量的物質(zhì)（如熒光）的特性，將生物或化學(xué)物質(zhì)的活性或濃度轉(zhuǎn)換為反應(yīng)物質(zhì)的濃度，再經(jīng)過其他傳感器（如熒光傳感器）轉(zhuǎn)換為電信號。

2. 按照應(yīng)用場景不同

由于傳感器的應(yīng)用存在顯著的行業(yè)特征，在發(fā)展過程中，也逐漸分化出針對不同應(yīng)用場景的傳感器類別，雖然這不是一種嚴(yán)格的分類標(biāo)準(zhǔn)，但是對于傳感器的選用有很重要的價(jià)值。不同場景對應(yīng)的傳感器具有明顯的性能、檢測標(biāo)準(zhǔn)、使用環(huán)境、價(jià)格區(qū)間的區(qū)別。

為了更直觀地比較不同應(yīng)用場景下的傳感器的特點(diǎn)和差異，我們可以用一個(gè)表格來進(jìn)行橫向?qū)Ρ取?/span>表格中列出了六個(gè)等級的傳感器在精度、穩(wěn)定性、可靠性、耐久性、成本和應(yīng)用領(lǐng)域等方面的大致情況。

表3 | 不同應(yīng)用場景下對傳感器的不同性能要求（來源：信熹資本整理）

1) 航天級

航天級傳感器是指用于航天領(lǐng)域的高端傳感器，它們具有極高的精度、穩(wěn)定性、可靠性和耐久性，能夠適應(yīng)極端的溫度、壓力、濕度、輻射等環(huán)境條件，同時(shí)也需要具有輕質(zhì)化、小型化和低功耗等特點(diǎn)。

航天級傳感器通常需要經(jīng)過嚴(yán)格的設(shè)計(jì)、制造、測試和認(rèn)證過程，成本也相對較高。航天級傳感器廣泛應(yīng)用于航天飛行器、衛(wèi)星、火箭、導(dǎo)彈等系統(tǒng)中，用于測量位置、速度、加速度、姿態(tài)、溫度、壓力等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)飛行控制、導(dǎo)航定位、通信鏈路等功能。

2) 軍工級

軍工級傳感器是指用于軍事領(lǐng)域的高性能傳感器，它們具有較高的精度、穩(wěn)定性、可靠性和耐久性，能夠適應(yīng)復(fù)雜和惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境，同時(shí)也具有抗干擾、抗破壞和保密等特點(diǎn)。

軍工級傳感器通常需要滿足一定的軍用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，成本也相對較高。軍工級傳感器廣泛應(yīng)用于武器裝備、作戰(zhàn)平臺、指揮控制等系統(tǒng)中，用于測量目標(biāo)信息、環(huán)境信息、裝備狀態(tài)等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)偵察、火力打擊、防御攔截等功能。

3) 工業(yè)級

工業(yè)級傳感器是指用于工業(yè)領(lǐng)域的傳感器，它們具有較好的精度、穩(wěn)定性、可靠性和耐久性，能夠適應(yīng)一般的工作環(huán)境，同時(shí)也具有成本效益、易于安裝和維護(hù)等特點(diǎn)。

工業(yè)級傳感器通常需要滿足一定的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，成本也相對適中。工業(yè)級傳感器廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、電力能源、化工石油、冶金礦山等行業(yè)中，用于測量溫度、壓力、流量、位移、力、扭矩等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化、過程控制、質(zhì)量檢測等功能。

4) 醫(yī)療級

醫(yī)療級傳感器是指用于醫(yī)療領(lǐng)域的專用傳感器，它們具有較高的精度、靈敏度、安全性和舒適性，能夠適應(yīng)人體的生理特性和醫(yī)療要求，同時(shí)也更多考慮無創(chuàng)性、生物相容性和智能化等特點(diǎn)。

醫(yī)療級傳感器通常需要滿足一定的醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，成本也相對較高。醫(yī)療級傳感器廣泛應(yīng)用于醫(yī)療診斷、治療監(jiān)護(hù)、健康管理等領(lǐng)域中，用于測量人體的溫度、血壓、血氧、心率、腦電、肌電等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)醫(yī)療服務(wù)和健康管理。

 5) 科研級

科研級傳感器是指用于科學(xué)研究領(lǐng)域的高精密傳感器，它們具有極高的精度、靈敏度、穩(wěn)定性和可靠性，能夠適應(yīng)各種特殊的實(shí)驗(yàn)條件和要求，同時(shí)也具有創(chuàng)新性、多功能性和可定制性等特點(diǎn)。

科研級傳感器通常需要經(jīng)過精密的設(shè)計(jì)、制造、校準(zhǔn)和驗(yàn)證過程，成本也相對較高。科研級傳感器廣泛應(yīng)用于物理學(xué)、化學(xué)學(xué)、生物學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)和前沿科學(xué)領(lǐng)域中，用于測量微觀世界和宏觀世界中各種復(fù)雜和微妙的現(xiàn)象和規(guī)律。

6) 消費(fèi)級

消費(fèi)級傳感器是指用于消費(fèi)品領(lǐng)域的普通傳感器，它們具有一定的精度、穩(wěn)定性、可靠性和耐久性，能夠適應(yīng)日常生活環(huán)境，同時(shí)也具有低成本、小型化和低功耗等特點(diǎn)。

消費(fèi)級傳感器通常需要滿足一定的消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，成本也相對較低。消費(fèi)級傳感器廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦、智能穿戴等消費(fèi)電子產(chǎn)品中，用于測量位置、方向、光線、聲音等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、環(huán)境適應(yīng)、功能增強(qiáng)等功能。

3. 按照輸出量的性質(zhì)分類

從上世紀(jì)90年代開始，傳感器開始從曾經(jīng)的純模擬工作方式轉(zhuǎn)向數(shù)字傳輸方式，發(fā)展到現(xiàn)在，數(shù)字傳感器在許多領(lǐng)域已經(jīng)十分盛行。不過目前在不少應(yīng)用場景下，模擬傳感器的優(yōu)勢還依然存在。

我們認(rèn)為，隨著“智能化”的發(fā)展，模擬傳感器的適用場景將逐步減少。得益于數(shù)字傳感器使用方便、更容易在后端實(shí)現(xiàn)功能集成等優(yōu)點(diǎn)，其更加適應(yīng)當(dāng)今智能化發(fā)展的需求，已經(jīng)越來越成為傳感器的主流。甚至于出現(xiàn)一些傳感器公司，其技術(shù)能力的優(yōu)勢在于設(shè)計(jì)性能更強(qiáng)、功耗更低的ADC（英文全稱為Analog to Digtal Converter，中文名稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號），在前端敏感元件并無特殊優(yōu)勢積累，依然可以在市場上占據(jù)一席之地。

1) 模擬傳感器

模擬傳感器是指輸出連續(xù)變化的模擬信號的傳感器，一般是電壓、電流等物理量。模擬傳感器的優(yōu)點(diǎn)是輸出信號與輸入量之間有直接的對應(yīng)關(guān)系，可以反映輸入量的變化過程和細(xì)節(jié)。模擬傳感器的缺點(diǎn)是輸出信號容易受到干擾和噪聲的影響，需要進(jìn)行放大、濾波、調(diào)理等處理，而且不便于數(shù)字化處理和遠(yuǎn)距離傳輸。

2) 數(shù)字傳感器

數(shù)字傳感器是指輸出離散變化的數(shù)字信號的傳感器。數(shù)字信號可以是二進(jìn)制碼、脈沖序列、頻率等物理量，也可以是編碼后的數(shù)據(jù)。

相較于模擬傳感器，數(shù)字傳感器一般是增加了模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其優(yōu)點(diǎn)是輸出信號具有較強(qiáng)的抗干擾能力，不需要進(jìn)行復(fù)雜的信號處理，而且便于數(shù)字化處理和遠(yuǎn)距離傳輸。數(shù)字傳感器的缺點(diǎn)是輸出信號不能反映輸入量的連續(xù)變化過程和細(xì)節(jié)，而且需要進(jìn)行采樣、量化、編碼等轉(zhuǎn)換過程，相應(yīng)的成本就會(huì)更高。

4. 按照敏感材料不同

新類型傳感器的開發(fā)從某種意義上講就是對傳感器材料的開發(fā)。在傳感器的開發(fā)過程中，通常會(huì)先從傳感器的敏感材料入手，例如：

? 挖掘現(xiàn)有材料的新效應(yīng)、新現(xiàn)象或新反應(yīng)；

? 隨著新材料的問世，重新利用早期發(fā)現(xiàn)的各種效應(yīng)、現(xiàn)象或反應(yīng)；

? 伴隨新材料的出現(xiàn)，利用新發(fā)現(xiàn)的各種新效應(yīng)、新現(xiàn)象或新反應(yīng)。

確定了前端的敏感材料，才可以繼續(xù)推進(jìn)后續(xù)的構(gòu)型設(shè)計(jì)及生產(chǎn)。

1) 金屬類材料

金屬類材料傳感器是一種利用金屬材料的電學(xué)特性及其各種物理、化學(xué)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)非電量轉(zhuǎn)換為電量的固態(tài)元件。金屬材料包括銅、鋁、鐵等常見金屬和鉑、鎳等貴金屬。

金屬材料具有良好的導(dǎo)電性能和敏感性能，同時(shí)也具有較高的強(qiáng)度和韌性等優(yōu)點(diǎn)。金屬材料可以實(shí)現(xiàn)多種效應(yīng)，如電阻效應(yīng)、熱電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)等。金屬類材料常用于制作熱敏電阻和熱電偶等傳感器，還可以用于制作壓力傳感器、形變傳感器等。

2) 半導(dǎo)體材料

半導(dǎo)體材料傳感器是一種利用半導(dǎo)體材料的固態(tài)物理特性及其各種物理、化學(xué)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)非電量轉(zhuǎn)換為電量的固態(tài)元件。半導(dǎo)體材料包括硅、鍺、鎵砷等。

半導(dǎo)體材料具有良好的敏感性、靈敏度和響應(yīng)速度，同時(shí)也具有小型化、集成化和低功耗等優(yōu)點(diǎn)。半導(dǎo)體材料可以實(shí)現(xiàn)多種效應(yīng)，如壓阻效應(yīng)、霍爾效應(yīng)、光電效應(yīng)、熱電效應(yīng)等。因此，半導(dǎo)體材料傳感器可以用于測量溫度、壓力、流量、位移、力、扭矩、加速度、磁場、光強(qiáng)等多種參數(shù)。

3) 陶瓷類材料

陶瓷類材料傳感器是一種利用陶瓷材料的電學(xué)特性及其各種物理、化學(xué)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)非電量轉(zhuǎn)換為電量的固態(tài)元件。陶瓷材料包括氧化物陶瓷（如氧化鋁）、氮化物陶瓷（如氮化硅）、碳化物陶瓷（如碳化硅）等。

陶瓷材料具有良好的穩(wěn)定性、耐高溫性和耐腐蝕性，同時(shí)也具有高強(qiáng)度和高硬度等優(yōu)點(diǎn)。陶瓷材料可以實(shí)現(xiàn)多種效應(yīng)，如壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)、磁電效應(yīng)、電阻效應(yīng)等。陶瓷材料常用于制作壓力傳感器、濕度傳感器和氧氣傳感器等。

4) 高分子類材料

高分子類材料傳感器是一種利用高分子材料的電學(xué)特性及其各種物理、化學(xué)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)非電量轉(zhuǎn)換為電量的固態(tài)元件。高分子材料包括有機(jī)高分子材料（如聚苯乙烯）、無機(jī)高分子材料（如聚合物基復(fù)合材料）等。

高分子材料具有良好的可塑性和可加工性，同時(shí)也具有低成本和可生物降解等優(yōu)點(diǎn)。高分子類材料常用于制作應(yīng)力、形變、濕度、溫度和氣體濃度等傳感器，其在柔性傳感器上的應(yīng)用也存在廣闊前景。

5. 按照轉(zhuǎn)換原理不同

通過使用不同敏感材料或差異化的電路設(shè)計(jì)，利用不同的轉(zhuǎn)換原理，也可以得到不同性能的傳感器。一般來說，即使是針對同一檢測變量，不同轉(zhuǎn)換原理的傳感器之間依然存在較高的技術(shù)壁壘，且對應(yīng)不同的易用場景，使得細(xì)分市場進(jìn)一步被分割。

1) 電阻式傳感器

是一種利用電阻元件的電阻值隨著溫度、壓力、應(yīng)變等因素變化而變化的原理，將非電量轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。例如，溫度敏電阻（RTD）和壓阻式應(yīng)變計(jì)（SG）等。

2) 電容式傳感器

是一種利用電容元件的電容值隨著距離、介質(zhì)、濕度等因素變化而變化的原理，將非電量轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。例如，電容式位移傳感器和電容式濕度傳感器等。

3) 電感式傳感器

是一種利用電感元件的自感或互感隨著位移、速度、磁場等因素變化而變化的原理，將非電量轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。例如，線圈式位移傳感器和差動(dòng)變壓器（LVDT）等。

4) 光電式傳感器

是一種利用光源和光敏元件之間的光強(qiáng)或光波長隨著位移、速度、顏色等因素變化而變化的原理，將非電量轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。例如，光敏二極管（PD）和光敏三極管（PT）等。

5) 光柵式傳感器

是一種利用光柵和光敏元件之間的干涉條紋隨著位移或角度變化而變化的原理，將非電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的傳感器。例如，光柵尺和光柵編碼器等。

6) 壓電式傳感器

是一種利用某些材料在受到壓力或振動(dòng)時(shí)，在其兩端產(chǎn)生一個(gè)與之成正比的電壓的原理，將非電量轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。例如，壓電陶瓷和壓電石英晶體等。

6. 小結(jié)

對于傳感器投資來說，傳感器的分類是第一步。明確了傳感器的分類，才能清晰地對行業(yè)格局進(jìn)行梳理分析。

傳感器的分類方式繁多，不同分類方式又互相交叉，又存在明顯的差異，導(dǎo)致行業(yè)格局劃分極其細(xì)分。

例如有的企業(yè)專門做車規(guī)級的陀螺儀，有的專門做消費(fèi)級的陀螺儀，雖然兩種企業(yè)的技術(shù)能力有交叉，但是車規(guī)級更關(guān)注可靠性，消費(fèi)級更關(guān)注低成本、大規(guī)模量產(chǎn)，同一個(gè)企業(yè)想把兩種產(chǎn)品同時(shí)做好難度較大。這使得大多數(shù)細(xì)分領(lǐng)域的天花板都較為有限，小則可能幾個(gè)億的市場規(guī)模，多則可能上百億的市場規(guī)模，多數(shù)在幾十億的市場空間。

以上行業(yè)特征導(dǎo)致傳感器行業(yè)的投資邏輯存在一定特殊性。不同于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)以及現(xiàn)在人工智能、大芯片等大行業(yè)的投資邏輯，傳感器各細(xì)分市場的割裂度更高，且發(fā)展變化的速度相對沒那么快，更容易培養(yǎng)出小而美的企業(yè)。

對于投資機(jī)構(gòu)來說，選擇深耕于傳感器行業(yè)，需要更強(qiáng)的資源和能力支持，更需要建立起對行業(yè)的深度認(rèn)知，盡可能去解決小眾行業(yè)中更嚴(yán)重的信息不對稱問題。只有提前捕捉到行業(yè)的變化，才能提高投資決策的準(zhǔn)確性。這樣才能在早期階段完成投資布局，即使被投企業(yè)未來只能成長為小而美的企業(yè)，那也有望獲得可觀的投資收益。

六、傳感器的產(chǎn)業(yè)鏈情況

作為一種成熟的電子元器件，傳感器已經(jīng)形成了較清晰的產(chǎn)業(yè)鏈。

? 上游主要包括各類傳感器制造所需原材料、生產(chǎn)設(shè)備、設(shè)計(jì)軟件的供應(yīng)，常規(guī)材料包括半導(dǎo)體材料、陶瓷材料、金屬材料以及高分子類材料等，常規(guī)設(shè)備包括各類半導(dǎo)體工藝設(shè)備、封裝測試設(shè)備等。

? 中游主要是各類傳感器的加工制造和封裝測試等。傳感器種類繁多，每種傳感器對應(yīng)的工藝存在不同，一般來說包括敏感元件本體的加工、信號輸出電路的連接、整體傳感器系統(tǒng)的封裝以及后續(xù)的標(biāo)定和測試。

? 下游主要是各類應(yīng)用場景，客戶根據(jù)自己的性能、成本要求選擇對應(yīng)的傳感器，集成到對應(yīng)的終端設(shè)備中去，并進(jìn)行相應(yīng)的性能優(yōu)化和功能實(shí)現(xiàn)。

圖1 | 傳感器產(chǎn)業(yè)鏈的一般構(gòu)成（來源：信熹資本整理）

例如，以MEMS壓力傳感器為例：

? 壓力傳感器的核心部件是壓力芯片，最常見的是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)來測量壓力的。壓力芯片的加工采用硅晶片，利用光刻技術(shù)、腐蝕技術(shù)、擴(kuò)散注入離子技術(shù)等，制造出壓力芯片。

? 壓力傳感器的封裝部件是彈性體，它是用來承受外界壓力并將其傳遞給壓力芯片的。彈性體的制作包括彈性體鋼杯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與機(jī)械加工、去應(yīng)力熱處理、研磨拋光等過程。

? 壓力傳感器的電路部件是電阻膜和引線膜，它們是用來形成惠斯登電橋和連接電氣引腳的。電阻膜和引線膜的制作采用離子束濺射淀積技術(shù)，在金屬彈性體表面制造粘附力強(qiáng)、膜層均勻、致密、性能穩(wěn)定的多層薄膜，并采用半導(dǎo)體光刻和腐蝕或者離子束刻蝕工藝將其刻蝕成所需圖形。

? 壓力傳感器的組裝部件是粘片、金絲球焊和膜片焊接，它們是用來將壓力芯片、彈性體和電路部件連接成一個(gè)完整的傳感器單元的。粘片是將壓力芯片和燒結(jié)基座、絕緣墊和燒結(jié)基座粘接在一起；金絲球焊是將芯片的電氣引腳與燒結(jié)基座的電氣引腳連接起來；膜片焊接是將感壓膜片和燒結(jié)基座焊接在一起。

? 壓力傳感器的后處理部件是充油、密封、壓力沖擊、老化、補(bǔ)償測試、調(diào)阻和檢驗(yàn)等，它們是用來提高傳感器的可靠性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的。充油是在傳感器內(nèi)部注入油液，以保護(hù)壓力芯片和提高靈敏度；密封是在傳感器外部加上保護(hù)罩或膠水，以防止外界環(huán)境對傳感器造成干擾；壓力沖擊是對傳感器施加高低交變壓力，以消除殘余應(yīng)力；老化是對傳感器進(jìn)行長時(shí)間穩(wěn)定工作，以消除初始漂移；補(bǔ)償測試是對傳感器進(jìn)行溫度、線性、靈敏度等方面的測試，以確定其性能參數(shù)；調(diào)阻是對傳感器的電阻進(jìn)行微調(diào)，以達(dá)到最佳的輸出電壓；檢驗(yàn)是對傳感器進(jìn)行最終的質(zhì)量檢查，以確保其符合標(biāo)準(zhǔn)。

傳感器的產(chǎn)業(yè)鏈主要受上游材料類型影響。上游材料不同，對應(yīng)的生產(chǎn)制造工藝也存在明顯區(qū)別，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)成上存在明顯差異。由于不同類型傳感器的材料和工藝的存在明顯區(qū)別，傳感器廠商往往更傾向于IDM（Integrated Design and Manufacture，垂直整合制造）的生產(chǎn)經(jīng)營模式，即自己全面負(fù)責(zé)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和測試，對于某些更特殊類型的傳感器，甚至上游材料的生產(chǎn)和加工都需要由企業(yè)自己完成。

與其他類型的傳感器相比，半導(dǎo)體傳感器在生產(chǎn)過程中工藝相通點(diǎn)更多，且與傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝大量重合，因此也逐漸形成與傳統(tǒng)半導(dǎo)體行業(yè)類似的產(chǎn)業(yè)鏈，誕生了專門的傳感器設(shè)計(jì)廠商（即Fabless）、晶圓代工廠（即Foundry）和芯片封裝廠。

我們將主要關(guān)注半導(dǎo)體傳感器的產(chǎn)業(yè)鏈，其現(xiàn)在是、在未來可見的數(shù)十年內(nèi)也依然會(huì)是最重要的傳感器類型。

表1 | 半導(dǎo)體傳感器產(chǎn)業(yè)鏈主要構(gòu)成（來源：信熹資本整理）

以下主要分析MEMS半導(dǎo)體傳感器產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)。

1、 上游：材料

與芯片類似，MEMS傳感器的基礎(chǔ)材料是Si晶圓。一些特殊應(yīng)用會(huì)使用玻璃、高分子聚合物、金屬等，二氧化鈦（TiO2）、二氧化錫（SnO2）和氧化鋅（ZnO）等金屬氧化物也逐漸成為有吸引力的材料。

另外，MEMS傳感器開始更多使用基于Si的SOI晶圓。SOI是Silicon On Insulator的縮寫，是指在氧化膜上形成了單晶硅層的硅晶圓。在MEMS中可以使用氧化膜層作為硅蝕刻的阻擋層，因此能夠形成復(fù)雜的三維立體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的功能。

圖2 | SOI晶圓示意圖（來源：網(wǎng)絡(luò)公開資料）

2、上游：設(shè)計(jì)及仿真軟件

MEMS傳感器的設(shè)計(jì)是多層次和跨領(lǐng)域的，存在極高的難度。為了解決這些問題，商業(yè)化的設(shè)計(jì)及仿真軟件出現(xiàn)，其顯著提升了設(shè)計(jì)人員的工作效率：（1）有助于設(shè)計(jì)人員理解微小范圍內(nèi)的力、熱、電磁等能量之間的相互作用，方便在虛擬設(shè)計(jì)階段優(yōu)化MEMS結(jié)構(gòu)和工藝，減少試制和測試成本；（2）使用成熟pdk（工藝設(shè)計(jì)套件）和工藝，縮短設(shè)計(jì)周期，增強(qiáng)市場競爭力。

MEMS所需要的建模和仿真相應(yīng)自上向下的設(shè)計(jì)方法可以分為三個(gè)不同的層次。

? 工藝模擬：目的是通過建立每一步的物理模型，采用合適的數(shù)值算法，模擬出MEMS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

? 器件模擬：工藝模擬得到MEMS器件結(jié)構(gòu)，根據(jù)其工作原理，建立相應(yīng)的方程，通過有限元、邊界源和差分方法模擬出MEMS器件的性能；

? 宏模型與系統(tǒng)級模擬：系統(tǒng)級模擬要求MEMS器件的模型簡單，且能反映器件的材料特性和幾何特征。

目前MEMS設(shè)計(jì)仿真軟件基本被海外廠商壟斷，主要包括TannerPro，Ansoft HFSS，CoventorWare，ANSYS，IntelliSense等。

圖3 | CoventorWare設(shè)計(jì)流程示意圖（來源：CoventorWare）

3、上游：生產(chǎn)設(shè)備

MEMS傳感器的生產(chǎn)工藝與半導(dǎo)體工藝類似，因此需要的生產(chǎn)設(shè)備也基本相通：

? 光刻設(shè)備：光刻設(shè)備是用于在硅片或其他襯底上形成所需的圖案的設(shè)備，主要包括光刻機(jī)、光掩模、光阻涂布機(jī)、曝光機(jī)、顯影機(jī)等。光刻設(shè)備的功能是將設(shè)計(jì)好的傳感器結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為可見的圖形，為后續(xù)的刻蝕和沉積工藝提供基礎(chǔ)。光刻設(shè)備的主要生產(chǎn)廠商有荷蘭的阿斯麥（ASML）等。

? 刻蝕設(shè)備：刻蝕設(shè)備是用于去除多余的材料，形成所需的微結(jié)構(gòu)的設(shè)備，主要包括濕法刻蝕設(shè)備（如酸堿槽）、干法刻蝕設(shè)備（如反應(yīng)離子刻蝕機(jī)）、深反應(yīng)離子刻蝕機(jī)（DRIE）等。刻蝕設(shè)備的功能是將光刻后的圖形轉(zhuǎn)換為實(shí)際的三維結(jié)構(gòu)，為傳感器提供所需的功能和性能。刻蝕設(shè)備的主要生產(chǎn)廠商有美國的泛林半導(dǎo)體（Lam Research）、美國的應(yīng)用材料（Applied Materials）等。

? 沉積設(shè)備：沉積設(shè)備是用于在硅片或其他襯底上沉積所需的材料，形成所需的層或膜的設(shè)備，主要包括物理氣相沉積設(shè)備（如濺射機(jī)）、化學(xué)氣相沉積設(shè)備（如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積機(jī)）、原子層沉積設(shè)備（ALD）等。沉積設(shè)備的功能是在傳感器結(jié)構(gòu)上添加所需的材料，以提供所需的電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等特性。沉積設(shè)備的主要生產(chǎn)廠商包括美國的應(yīng)用材料（Applied Materials）、美國的泛林半導(dǎo)體（Lam Research）和日本的東京電子（TEL）等。

? 封裝設(shè)備：封裝設(shè)備是用于將傳感器芯片與外部電路連接，并封裝在外殼中，以保護(hù)傳感器免受環(huán)境影響的設(shè)備，主要包括鍵合機(jī)、焊接機(jī)、注塑機(jī)、封膠機(jī)等。封裝設(shè)備的功能是將制作好的傳感器芯片與外部電路連接，并提供適當(dāng)?shù)慕涌诤捅Ｗo(hù)措施，以保證傳感器正常工作和使用壽命。封裝設(shè)備的典型供應(yīng)商包括日本川崎（KAWASAKI）、美國的太平洋科技（ASM Pacific）等。

? 測試設(shè)備：測試設(shè)備是用于對傳感器進(jìn)行功能和性能的測試的設(shè)備，主要包括電參數(shù)測試儀、力學(xué)參數(shù)測試儀、溫度參數(shù)測試儀、環(huán)境參數(shù)測試儀等。測試設(shè)備的功能是對封裝好的傳感器進(jìn)行各種參數(shù)的測量和校準(zhǔn)，以檢驗(yàn)其是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。測試設(shè)備的主要生產(chǎn)廠商有美國的安捷倫（Agilent）、美國的泰克（Tektronix）、日本的安立（Anritsu）等。

4、中游：設(shè)計(jì)

MEMS傳感器的設(shè)計(jì)一般包括系統(tǒng)級設(shè)計(jì)、器件級設(shè)計(jì)和工藝級設(shè)計(jì)三層。

圖4 | MEMS設(shè)計(jì)流程（來源：網(wǎng)絡(luò)公開資料）

? 系統(tǒng)級設(shè)計(jì)面向用戶的需求，研究的對象是由MEMS器件與信號提取、信號反饋等相關(guān)電子電路組成的微系統(tǒng)，著重研究系統(tǒng)的整體行為特性與性能，承擔(dān)產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)方案制定等設(shè)計(jì)任務(wù)，為器件級設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

圖5 | 某種MEMS壓力傳感器的系統(tǒng)級構(gòu)成（來源：納芯微）

? 器件級設(shè)計(jì)是根據(jù)MEMS器件的實(shí)體模型來研究其行為特性和物理特性，完成MEMS器件的實(shí)體設(shè)計(jì)、分析和優(yōu)化，為器件的工藝、版圖設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，并且從中提取器件的行為模型，進(jìn)一步進(jìn)行系統(tǒng)級的行為仿真，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案。

圖6 | 某種MEMS壓力傳感器的器件級構(gòu)成（來源：網(wǎng)絡(luò)公開資料）

? 工藝級設(shè)計(jì)主要包括器件的掩模版圖設(shè)計(jì)和工藝流程設(shè)計(jì)，是MEMS器件加工前的最后一步，其主要任務(wù)包括基于實(shí)體模型的工藝定義，基于實(shí)體的版圖生成以及加工工藝仿真。

每一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都對傳感器的最終性能有顯著影響。得益于設(shè)計(jì)仿真軟件的成熟以及專業(yè)代工模式的發(fā)展，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)得以有獨(dú)立存在的可能。

我們定義的傳感器廠商，其基礎(chǔ)是有設(shè)計(jì)能力，其他環(huán)節(jié)則可以交由產(chǎn)業(yè)鏈的其他環(huán)節(jié)去完成。同一技術(shù)路線下不同傳感器廠商之間的區(qū)別主要在于材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不同，不僅可以通過專利去保護(hù)，而且也很難被逆向工程出來，其中存在大量的know-how，每一個(gè)細(xì)小的環(huán)節(jié)都會(huì)影響到最終的性能表現(xiàn)。

5、中游：加工制造

MEMS傳感器的加工工藝可依據(jù)材料分為硅基和非硅基兩種路線。硅基MEMS加工技術(shù)以集成電路加工技術(shù)為基礎(chǔ)，具有批量化、成本低、集成度高等優(yōu)勢；非硅基加工技術(shù)包括LIGA、準(zhǔn)LIGA（即X光同步輻射光刻、電鑄成型及注塑工藝）和精密加工技術(shù)，非硅基加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可動(dòng)微結(jié)構(gòu)能夠擁有更大縱向尺寸，但批量能力差、重復(fù)性差、加工成本高。

表2 | 主要的MEMS工藝（來源：果殼硬科技）

隨著加工工藝逐漸成熟穩(wěn)定，專業(yè)的半導(dǎo)體代工廠也開始進(jìn)入MEMS代工方向。這其中既有幫助早期企業(yè)進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證的研發(fā)線（也可稱為中試線，不適合于量產(chǎn)），也有幫助企業(yè)進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的量產(chǎn)線。量產(chǎn)線中既有臺積電、中芯國際的傳統(tǒng)半導(dǎo)體代工廠，也有賽微電子等專業(yè)從事MEMS傳感器代工的廠商。

值得一提的是，大多數(shù)半導(dǎo)體傳感器只需要成熟的制程即可以完成生產(chǎn)，例如只需要90nm、180nm節(jié)點(diǎn)，只需要8寸晶圓，使用更高規(guī)格的工藝節(jié)點(diǎn)不一定會(huì)帶來性價(jià)比的提升，這與高性能計(jì)算芯片存在顯著不同。

在高性能計(jì)算芯片上，得益于物理層面的優(yōu)勢，5nm、7nm芯片的性價(jià)比顯著高于28nm，因此也使得光刻機(jī)成為擺在制造前面的第一道門檻。而傳感器所需的成熟制程對光刻機(jī)的精度要求小一個(gè)量級，因?yàn)槠潢P(guān)鍵點(diǎn)在于微機(jī)械結(jié)構(gòu)的搭建，而微機(jī)械結(jié)構(gòu)不一定因?yàn)轶w積越小就會(huì)性能更好，在性能和體積之間一般存在一個(gè)平衡點(diǎn)。

MEMS傳感器特殊工藝的第一個(gè)好處是基本不會(huì)受到半導(dǎo)體設(shè)備禁運(yùn)的影響，其生產(chǎn)的難點(diǎn)主要在于各種特殊加工工藝；第二個(gè)好處是建設(shè)和運(yùn)營一條產(chǎn)線所需投入的固定成本較低，建設(shè)一個(gè)12寸晶圓廠最少需要投入數(shù)十億元，而建設(shè)一個(gè)8寸晶圓廠只需要幾億元。

也正是因?yàn)檫@個(gè)原因，當(dāng)半導(dǎo)體傳感器廠商發(fā)展到較大規(guī)模后，例如銷售規(guī)模達(dá)到過億美元時(shí)，一般會(huì)傾向于自建部分產(chǎn)能，形成“核心產(chǎn)品依靠IDM，邊緣產(chǎn)品或產(chǎn)能調(diào)節(jié)依靠代工廠”的生產(chǎn)模式，既可以降低生產(chǎn)成本，又可以加固技術(shù)壁壘。

6、中游：封裝

封裝是MEMS研發(fā)過程的重要環(huán)節(jié)，其決定了MEMS 傳感器的體積、可靠性以及成本。根據(jù) Yole 的研究，目前MEMS傳感器成本中，封裝約占 30%~40%，IC 約占 40%~50%，足以體現(xiàn)封裝的重要性。

由于結(jié)構(gòu)和應(yīng)用環(huán)境的不同，傳感器的封裝過程與傳統(tǒng)集成電路也存在明顯不同。MEMS封裝建立在IC封裝基礎(chǔ)之上，并衍生出新的封裝技術(shù)和工藝，例如陽極鍵合、硅熔融鍵合、硅通孔（TSV）、玻璃通孔（TGV）等，進(jìn)而反哺IC封裝。

MEMS的封裝過程的主要挑戰(zhàn)在于不同應(yīng)用場景下封裝的要求顯著不同，例如消費(fèi)類應(yīng)用需要低成本封裝，汽車和航空行業(yè)需要耐高溫和抗惡劣氣候的高可靠性封裝，裸露在大氣環(huán)境下需要的開放式封裝，以及需要抽真空的密閉式封裝等等。而IC器件的工作環(huán)境通常較好，一般在常溫、常壓下。

表3 | MEMS傳感器與集成電路封裝環(huán)節(jié)的差異（來源：網(wǎng)絡(luò)公開資料）

MEMS封裝可以分為芯片級封裝、器件級封裝、系統(tǒng)級封裝三個(gè)層級，各級別封裝在技術(shù)層面相互關(guān)聯(lián)，具體應(yīng)用需要根據(jù)“可制造性、成本、功能”進(jìn)行權(quán)衡。從產(chǎn)業(yè)鏈分工來看，不同層級的封裝可能是由不同的廠商完成。例如有的fabless廠商會(huì)委托專業(yè)的封裝廠完成芯片級封裝、器件級封裝，自己或者交給下游終端廠商完成系統(tǒng)級封裝。

圖7 | MEMS封裝流程（來源：網(wǎng)絡(luò)公開資料）

7、中游：測試

由于封裝占整個(gè)系統(tǒng)的成本較高，因此使得MEMS傳感器的測試也較傳統(tǒng)集成電路更為復(fù)雜。在最終封裝之后測出器件失效不但費(fèi)錢，還浪費(fèi)了R&D、工藝過程和代工時(shí)間，因此晶圓級測試的重要性更為凸顯。

MEMS產(chǎn)品開發(fā)生命周期的三個(gè)階段都有其獨(dú)特的測試目標(biāo)和對測試結(jié)果的不同要求。

? 產(chǎn)品R&D階段：驗(yàn)證器件可以工作和可以生產(chǎn)。在這一階段，采用晶圓級測試可以獲得早期器件特征，降低開發(fā)時(shí)間和成本。

? 產(chǎn)品試量產(chǎn)階段：驗(yàn)證器件以較高成品率量產(chǎn)的能力，開發(fā)出可量產(chǎn)的設(shè)備方案以及用于量產(chǎn)的測試方案。通過采用晶圓級測試可以降低開發(fā)時(shí)間和成本。

? 量產(chǎn)階段：最大化吞吐量和降低成本。由于一般MEMS產(chǎn)品的成品率比IC產(chǎn)品要低很多，晶圓級測試可以極大地降低MEMS量產(chǎn)產(chǎn)品的封裝成本。封裝后進(jìn)行成品測試，篩選不良產(chǎn)品，確保上市產(chǎn)品性能良好。

晶圓級測試對傳感器廠商來說實(shí)現(xiàn)難度較高，或者投入較大，一般可以交給代工廠完成。不過封裝后的標(biāo)定和測試一般由傳感器廠商自己完成，這是由于傳感器廠商對傳感器的各種性能表現(xiàn)和調(diào)教有更深刻的理解，甚至很多廠商會(huì)自己開發(fā)專門的測試設(shè)備，以進(jìn)一步提高測試效率。

七、市場情況

根據(jù)Statista，2022年全球傳感器市場規(guī)模為2512.9億美元（約1.79萬億人民幣）。受疫情影響，全球傳感器市場經(jīng)歷了大幅波動(dòng)。2020、2021和2022年同比增速分別為-13%、62%、10%。相比之下，中國市場增速相對穩(wěn)定，3年增速分別為14%、20%、19%，維持在20%上下。整體來看，中國市場占全球傳感器市場的比例維持在20%上下。

圖8 | 全球、中國傳感器市場規(guī)模及增速（億美元）（來源：Statista，中商產(chǎn)業(yè)研究院）

從細(xì)分市場來看，全球傳感器市場可以按照應(yīng)用領(lǐng)域分為汽車、工業(yè)、消費(fèi)電子、醫(yī)療、通信、安防六大細(xì)分市場，具體占比都在15-25%之間波動(dòng)。我們認(rèn)為，未來這幾個(gè)主要的細(xì)分市場中，均存在廣泛的機(jī)會(huì)，這里主要以汽車、工業(yè)、醫(yī)療和消費(fèi)電子為代表介紹。

1、 汽車傳感器

汽車上的傳感器有很多種，主要分為車身感知傳感器和環(huán)境感知傳感器兩大類。

車身感知傳感器提高了單車自身的信息化水平，使車輛具備感知自身的能力；按照輸入的被測量不同主要分為壓力傳感器、位置傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、角速度傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和液位傳感器等。

? 壓力傳感器：用于測量汽車輪胎的氣壓，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣壓力和排氣壓力，制動(dòng)系統(tǒng)的液壓壓力等。

? 位置傳感器：用于測量汽車油門踏板的位置，轉(zhuǎn)向角度，變速箱的檔位，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸和凸輪軸的轉(zhuǎn)速和相位等。

? 溫度傳感器：用于測量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的溫度，空調(diào)系統(tǒng)的溫度，排氣溫度等。

? 加速度和角速度傳感器：用于檢測汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如加速度，減速度，側(cè)傾角，橫擺角等。也用于安全氣囊的觸發(fā)和電子穩(wěn)定程序（ESP）的控制。

? 空氣流量和氣體濃度傳感器：用于測量進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量和含氧量，以調(diào)節(jié)燃油噴射量和點(diǎn)火時(shí)刻。也用于檢測排放控制系統(tǒng)的效果和排放污染物的含量。\

圖9 | 車身感知傳感器分布（來源：網(wǎng)絡(luò)公開資料）

? 液位傳感器：用于測量汽車油箱內(nèi)的燃油液位，制動(dòng)液液位等。

環(huán)境感知傳感器是無人駕駛車輛的“眼睛”。目前應(yīng)用于環(huán)境感知的主流傳感器產(chǎn)品主要包括激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)和攝像頭四類，紅外成像也表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

? 激光雷達(dá)：用于掃描汽車周圍的環(huán)境，生成高精度的三維點(diǎn)云地圖。可用于無人駕駛系統(tǒng)中進(jìn)行障礙物檢測，道路識別，導(dǎo)航規(guī)劃等。

? 毫米波雷達(dá)：用于探測汽車前方或后方的障礙物或其他車輛的距離和相對速度。可用于自適應(yīng)巡航控制（ACC），自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB），盲點(diǎn)監(jiān)測（BSD），變道輔助（LCA）等駕駛輔助功能中。

? 超聲波雷達(dá)：用于探測汽車周圍近距離內(nèi)的障礙物或停車位。可用于倒車?yán)走_(dá)（PDC），自動(dòng)泊車（APA），行人檢測（PD）等ADAS中。

? 攝像頭：用于捕捉汽車周圍的圖像信息。可用于行人識別（PR），交通標(biāo)志識別（TSR），道路線識別（LDW），自適應(yīng)遠(yuǎn)近光燈（AFS）等ADAS中。

圖10 | 環(huán)境感知傳感器（來源：睿創(chuàng)微納）

新能源汽車的滲透率提升以及自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，帶來了汽車傳感器市場的變革。例如，液位傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)壓力傳感器的市場規(guī)模正在持續(xù)縮小，而與電動(dòng)化相關(guān)的傳感器（如電池監(jiān)測系統(tǒng)、電流傳感器等）、自動(dòng)駕駛相關(guān)的環(huán)境感知傳感器則正進(jìn)入發(fā)展的快車道。

根據(jù)分析機(jī)構(gòu)預(yù)估，全球激光雷達(dá)市場將從2022年的3.17億美元在2028年增長到44.77億美元（來源于Yole），全球毫米波雷達(dá)市場將從2023年的45.09億美元在2027年增長到近90億美元（來源于ICV），全球車載攝像頭的市場將從2022年的204億美元在2026年增長到355億美元（來源于ICV）。

這兩類傳感器的市場格局也存在較大的差異：

在傳統(tǒng)的車身感知傳感器類別中，全球汽車傳感器90%以上的市場份額被博世、德爾福、森薩塔、霍尼韋爾等國際零部件巨頭瓜分。中國的汽車傳感器產(chǎn)品與國外同類產(chǎn)品相比，技術(shù)水平相差較大，高端汽車傳感器嚴(yán)重依賴進(jìn)口。國內(nèi)美泰科技、美芯半導(dǎo)體、昆山雙橋等企業(yè)均在積極布局汽車電子領(lǐng)域，并取得一定進(jìn)展。

但國內(nèi)汽車傳感器整體技術(shù)水平還相對較弱，普遍存在準(zhǔn)確度低、分解能力差、信號精度不高、抗干擾性弱等問題。未來隨著國產(chǎn)傳感器廠商技術(shù)的進(jìn)步和車廠對國產(chǎn)化的進(jìn)一步要求，行業(yè)內(nèi)廠商依然有很大的機(jī)會(huì)。

在新興的環(huán)境感知傳感器類別中，國內(nèi)企業(yè)和國際巨頭的差距更小一些。例如在激光雷達(dá)傳感器上，得益于下游車廠的激進(jìn)競爭策略，以禾賽為代表的國產(chǎn)激光雷達(dá)廠商已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模出貨，在出貨量上遙遙領(lǐng)先。

根據(jù)國際權(quán)威研究機(jī)構(gòu)Yole Group最新發(fā)布的《2023年全球車載激光雷達(dá)市場與技術(shù)報(bào)告》，2022年，禾賽以近50%的市場份額連續(xù)兩年穩(wěn)居全球車載激光雷達(dá)總營收榜首，并且其市場份額從2021年的42%進(jìn)一步擴(kuò)大至47%。圖達(dá)通則依靠蔚來汽車的持續(xù)出貨，以15%的市場份額奪得第二名，法雷奧、速騰聚創(chuàng)分別以13%、9%的市場份額位列第三、第四。

圖11 | 2021年和2022年全球激光雷達(dá)市場份額對比圖（來源：Yole）

在毫米波雷達(dá)上，國內(nèi)已經(jīng)涌現(xiàn)出眾多雷達(dá)終端廠商，已經(jīng)開始在對安全性要求較低的角雷達(dá)上實(shí)現(xiàn)快速替代，在前向雷達(dá)、4D成像雷達(dá)的進(jìn)展上也逐漸逼近國際巨頭。在毫米波雷達(dá)核心芯片上，也已經(jīng)涌現(xiàn)出多家初創(chuàng)公司，包括加特蘭、牧野微等。隨著芯片廠商的崛起，將逐步形成基于國內(nèi)廠商的雷達(dá)生態(tài)圈。

在超聲波雷達(dá)和攝像頭上，國內(nèi)廠商基本已經(jīng)可以與國際廠商持平，代表性廠商有奧迪威（超聲波雷達(dá)）和韋爾股份（攝像頭），已經(jīng)很難有初創(chuàng)公司的機(jī)會(huì)。

2、工業(yè)傳感器

工業(yè)傳感器實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測、控制、報(bào)警、數(shù)據(jù)采集、智能化、定位和質(zhì)量控制等功能。它們能夠準(zhǔn)確測量物理量和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制和調(diào)節(jié)，監(jiān)測危險(xiǎn)情況并觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，采集和分析數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能化決策和學(xué)習(xí)，進(jìn)行定位和追蹤，并用于質(zhì)量控制和檢測。這些功能使其在制造、能源、物流、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

當(dāng)前常用的工業(yè)傳感器主要包括以下幾種：

? 溫度傳感器：用于測量物體或環(huán)境的溫度，工業(yè)中常用于監(jiān)測和控制流程中的溫度，例如冷卻系統(tǒng)、熱處理、加熱設(shè)備等。

? 壓力傳感器：用于測量物體或介質(zhì)的壓力，工業(yè)中常用于監(jiān)測和控制流體或氣體系統(tǒng)的壓力，例如供水系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣體儲(chǔ)存和輸送等。

? 流量傳感器：用于測量液體或氣體的流量速度，工業(yè)中常用于流體控制、供應(yīng)鏈管理、能源監(jiān)測等領(lǐng)域。

? 液位傳感器：用于測量液體的高度或深度，工業(yè)中常用于儲(chǔ)罐、水池、河流和管道等液體儲(chǔ)存和輸送系統(tǒng)中，以監(jiān)測和控制液位變化。

? 濕度傳感器：用于測量環(huán)境中的濕度水分含量，工業(yè)中常用于監(jiān)測和控制空調(diào)、制冷設(shè)備、溫室和干燥室等環(huán)境濕度。

? 光電傳感器：用于檢測光線的存在、強(qiáng)度和位置，工業(yè)中常用于自動(dòng)化生產(chǎn)線、物料檢測、機(jī)器人導(dǎo)航等應(yīng)用。

? 加速度傳感器：用于測量物體的加速度或振動(dòng)，工業(yè)中常用于故障診斷、結(jié)構(gòu)監(jiān)測和機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測等。

? 磁力傳感器：用于測量磁場的強(qiáng)度或方向，工業(yè)中常用于位置檢測、接近開關(guān)、電機(jī)控制等應(yīng)用。

? 氣體傳感器：用于檢測空氣中特定氣體的濃度，工業(yè)中常用于環(huán)境監(jiān)測、室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測、氣體泄漏檢測等。

未來隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)智能化的進(jìn)一步發(fā)展，工業(yè)傳感器的市場將保持穩(wěn)定增長。根據(jù)MarketsandMarkets的報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，全球工業(yè)傳感器市場規(guī)模預(yù)計(jì)將從2021年的206億美元增長到2026年的319億美元，復(fù)合增長率達(dá)到9.1%。

從市場格局來看，國際領(lǐng)先的工業(yè)傳感器企業(yè)起步較早，積累了豐富的技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。相較而言，我國工業(yè)傳感器產(chǎn)業(yè)起步較晚，國內(nèi)大多數(shù)工業(yè)傳感器企業(yè)處于中低端領(lǐng)域市場，相較于國外巨頭的研究能力不足，技術(shù)基礎(chǔ)較為薄弱。在高端工業(yè)傳感領(lǐng)域，90%產(chǎn)品依賴進(jìn)口。

近年來，由于國產(chǎn)廠商產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)步以及交貨周期更短等原因，2017年以來本土工業(yè)傳感器市場份額呈現(xiàn)持續(xù)提升趨勢，未來本土工業(yè)傳感器產(chǎn)品擁有廣闊的國產(chǎn)替代空間。

3、醫(yī)療傳感器

醫(yī)療傳感器被用于輔助診斷、實(shí)時(shí)監(jiān)測患者的生命體征、評估疾病狀況、康復(fù)訓(xùn)練等，從而提高醫(yī)療質(zhì)量、提供個(gè)性化的醫(yī)療護(hù)理和改善患者體驗(yàn)。

根據(jù)測量的變量和在醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)的功能，醫(yī)療傳感器可以分為以下幾類：

? 生理參數(shù)傳感器：用于測量人體生理參數(shù)，如心率、血壓、體溫、呼吸等，廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、急診、手術(shù)室以及家庭醫(yī)療設(shè)備。

? 血液參數(shù)傳感器：用于測量血液中的各種成分和指標(biāo)，如血糖、血氧飽和度、血紅蛋白濃度等，常用于糖尿病管理、心血管疾病監(jiān)測和手術(shù)過程中的血氧監(jiān)測。

? 運(yùn)動(dòng)參數(shù)傳感器：用于測量身體運(yùn)動(dòng)和姿勢，如加速度計(jì)、陀螺儀等，常用于運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、康復(fù)治療和姿勢監(jiān)測。

? 圖像傳感器：用于捕捉和處理圖像信息，如X射線、超聲波和光學(xué)傳感器，在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域中用于診斷和監(jiān)測疾病，如X射線斷層掃描（CT）、核磁共振成像（MRI）和超聲波檢查。

? 化學(xué)傳感器：用于檢測生物體內(nèi)的化學(xué)成分和分子指標(biāo)，如藥物濃度、電解質(zhì)濃度等，常用于藥物監(jiān)測、血液分析和疾病診斷。

醫(yī)療傳感器的主要市場在于醫(yī)療設(shè)備。醫(yī)療儀器設(shè)備領(lǐng)域是一個(gè)萬億元的大市場，醫(yī)療領(lǐng)域的傳感器應(yīng)用比例也大幅增長，給傳感器企業(yè)帶來相當(dāng)大的機(jī)遇。例如，之前因?yàn)橐咔閷?dǎo)致了醫(yī)療設(shè)備呼吸機(jī)的緊缺，帶來了流量傳感器、壓力傳感器、溫濕度傳感器等幾大類傳感器的需求。對于制造此類傳感器的廠商來說，便是將自家優(yōu)質(zhì)的傳感器推向醫(yī)療市場的機(jī)會(huì)。

但是，傳感器的性能和質(zhì)量都會(huì)直接關(guān)系到醫(yī)療設(shè)備的可靠性，具有高重復(fù)性、高精確度和高可靠性的傳感器生產(chǎn)技術(shù)主要掌握在國外企業(yè)手里，例如霍尼韋爾、羅姆、泰科等。

國產(chǎn)傳感器的精度和可靠性與國際一流供應(yīng)商相比，產(chǎn)品性能還有較大的提升空間，考慮到醫(yī)療行業(yè)的高要求、嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)，只會(huì)選擇雖然價(jià)格更高但品質(zhì)一流的國外品牌，國產(chǎn)傳感器幾乎沒有太多市場份額。因此，長遠(yuǎn)來看，國內(nèi)傳感器企業(yè)想要進(jìn)入醫(yī)療行業(yè)還面臨諸多挑戰(zhàn)，而且需要國內(nèi)醫(yī)療設(shè)備廠商的主動(dòng)導(dǎo)入。

相較于汽車傳感器和工業(yè)傳感器市場，醫(yī)療傳感器也存在更多的新型技術(shù)的機(jī)會(huì)，例如實(shí)現(xiàn)通過傳感器的小型化和低成本實(shí)現(xiàn)高端醫(yī)療檢測設(shè)備的日常化，市場邏輯將更偏向于消費(fèi)電子領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)該種技術(shù)突破的企業(yè)將更有可能迎來爆發(fā)式的收入增長。

4、消費(fèi)電子傳感器

消費(fèi)電子傳感器的應(yīng)用使得消費(fèi)電子設(shè)備更加智能化、便捷和個(gè)性化，提供了豐富的交互和體驗(yàn)方式，以滿足用戶的各種需求和期望，如今智能手機(jī)、智能手表等設(shè)備中集成傳感器數(shù)量不斷增加，被期待成為下一代交互終端的“AR眼鏡”、“VR眼鏡”更是離不開各類傳感器的支持。

當(dāng)前常用的消費(fèi)電子傳感器主要包括以下幾種：

? 觸摸傳感器：用于測量人體接觸或靠近感應(yīng)面的觸摸動(dòng)作和參數(shù)。在消費(fèi)電子中，觸摸傳感器常用于智能手機(jī)、平板電腦、觸摸屏顯示器、游戲控制器等，實(shí)現(xiàn)觸摸輸入、手勢識別、指紋識別等功能。

? 圖像傳感器：用于捕捉光學(xué)圖像。在消費(fèi)電子中，圖像傳感器常用于圖像和視頻的捕捉、識別和分析，以實(shí)現(xiàn)照片拍攝、視頻錄制、人臉識別、手勢識別和環(huán)境感知等功能。

? 聲音傳感器：用于測量聲音或聲波。在消費(fèi)電子中，聲音傳感器常用于聲音錄制、語音識別、噪音檢測、聲音分析和聲音定位等功能，為消費(fèi)電子設(shè)備提供了聲音相關(guān)的感知、交互和控制能力。

? 加速度傳感器：用于測量物體的加速度和傾斜角度。在消費(fèi)電子中，加速度傳感器常用于屏幕旋轉(zhuǎn)、運(yùn)動(dòng)檢測、手勢識別等功能。

? 陀螺儀傳感器：用于測量物體的旋轉(zhuǎn)和角速度。在消費(fèi)電子中，陀螺儀傳感器常用于虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）設(shè)備、游戲控制器、圖像穩(wěn)定等應(yīng)用。

? 磁力傳感器：用于測量磁場的強(qiáng)度和方向。在消費(fèi)電子中，磁力傳感器常用于指南針、地理定位、翻蓋手機(jī)的屏幕關(guān)閉等功能。

? 光傳感器：用于測量光的強(qiáng)度和亮度。在消費(fèi)電子中，光傳感器常用于環(huán)境亮度調(diào)節(jié)、光線感應(yīng)開關(guān)、屏幕亮度調(diào)節(jié)等功能。

? 溫度傳感器：用于測量環(huán)境或設(shè)備的溫度。在消費(fèi)電子中，溫度傳感器常用于電池溫度監(jiān)測、溫控設(shè)備、電子溫度計(jì)等應(yīng)用。

? 濕度傳感器：用于測量環(huán)境的濕度水分含量。在消費(fèi)電子中，濕度傳感器常用于空調(diào)、加濕器、智能家居等應(yīng)用。

? 氣壓傳感器：用于測量大氣壓力。在消費(fèi)電子中，氣壓傳感器常用于氣壓計(jì)、高度計(jì)、室內(nèi)定位等應(yīng)用。

? 距離傳感器：用于測量物體和障礙物的距離。在消費(fèi)電子中，距離傳感器常用于觸摸屏、近場通信、障礙物檢測等功能。

? 心率傳感器：用于測量人體的心率。在消費(fèi)電子中，心率傳感器常用于智能手環(huán)、智能手表、健康監(jiān)測設(shè)備等應(yīng)用。

根據(jù)Research and Markets預(yù)測，全球消費(fèi)電子傳感器市場規(guī)模將從2022年的328億美元到2030年增長到763億美元，復(fù)合增長率達(dá)到11.1%。

我們認(rèn)為，由于消費(fèi)電子市場的特殊性，其發(fā)展的波動(dòng)性會(huì)較其他市場更為顯著，正如過去一年發(fā)生的那樣，但是消費(fèi)電子市場更容易出現(xiàn)爆發(fā)性的增長機(jī)會(huì)。例如，iPhone引領(lǐng)智能手機(jī)浪潮曾帶動(dòng)消費(fèi)電子傳感器市場迎來一次跳躍式增長，未來被寄予成為下一代移動(dòng)終端的AR/VR眼鏡同樣將為市場帶來巨大變化。

圖12 | Apple Vision Pro中配置的大量傳感器（來源：網(wǎng)絡(luò)公開資料）

從市場格局看，全球消費(fèi)電子市場主要由國際巨頭企業(yè)把控，其中包括：慣性傳感器龍頭博世、意法半導(dǎo)體等；音頻傳感器巨頭樓氏電子等；CMOS圖像傳感器巨頭索尼等。

中國本土企業(yè)近年發(fā)展較快，但由于起步晚、技術(shù)積累弱等因素，整體仍存在企業(yè)規(guī)模較小、產(chǎn)品線單一、解決方案供給能力弱等問題。

另外，近年來消費(fèi)電子傳感器的競爭已經(jīng)逐漸趨向紅海，一旦有某國內(nèi)廠商突破了某類傳感器的技術(shù)壁壘、打開被國際巨頭壟斷的市場，多數(shù)時(shí)候其他國內(nèi)同類廠商均能夠快速跟進(jìn)，由于消費(fèi)電子是對成本極其敏感的市場，隨后市場就走向惡性競爭。這其中很大一部分原因是對知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)力度不足，導(dǎo)致消費(fèi)電子傳感器廠商普遍毛利較低，且容易到市場瓶頸。

消費(fèi)電子傳感器的主要機(jī)會(huì)在于還未被市場驗(yàn)證、具有顯著創(chuàng)新性的傳感器，在開發(fā)階段便和下游廠商共同合作，建立起深入的關(guān)系綁定和顯著的技術(shù)壁壘，并率先實(shí)現(xiàn)低成本量產(chǎn)，才能夠最大可能避免后續(xù)的惡性競爭。