近年來,要加快科技自立自強步伐,解決外國“卡脖子”問題。以成為中國高科技產業重要問題。卡脖子看上去是一個技術節點,是一個孤立問題。但實際上,卡脖子是由于系統性失靈所造成的,它涉及到多家供應商和不同行業的連接。 作為信息產業和數字經濟的底層硬件,中國80%以上中高端傳感器需要靠進口,卡脖子問題卻是十分隱秘,許多大眾都并不知曉。中國傳感器的卡脖子困境,很多時候不是技術原因,而是來自上游和下游的雙重壓迫。 中國傳感器產業亟需領頭羊,這是一股重要的力量,尤其是可以推動自主創新,帶動行業一起補齊向上爬升的短板。文末附部分領域國產傳感器領頭羊企業名單及簡介。 傳感器,中國制造的雞肋,為什么需要領頭羊?傳感器,是中國制造大而不強的一種溫度計。它以近3萬種的類別,覆蓋所有產業和國民經濟的每個角落。它可以精確地衡量出壓力、溫度、濃度,也同樣可以精確地記載中國制造的軟肋。 在手機射頻傳感器領域,幾乎都是美國博通、Qorvo的天下;在工業測量領域,則是博世、霍尼韋爾的地盤。在智能手機和智能網聯汽車現在越來越火爆的MEMS傳感器,博世獨占天下20%。中國僅僅在少量的傳感器領域,如消費者傳感器的耳機用MEMS傳感器,有歌爾、瑞聲等廠家搶回來一部分地盤。在絕大部分工業領域的高端場合,基本都是淪陷。 在化工廠應用廣泛的差壓變送器,中國有兩家儀表廠商的出貨量超過30萬臺,但它們所使用的傳感器,分別來自日本橫河和美國艾默生。而唯一能夠提供第三方的傳感器,則在2019年被美國一家公司收購。如果一旦斷供,化工廠將面臨停產的風險。
這種類似的風險,潛藏在儀表、工業母機、大型裝備等各個角落。作為集機械、光、電于一體的傳感器,可能是基礎零部件領域最弱勢的一個行業。傳感器,彰顯了中國基礎零部件發展的軟肋。 傳感器的前面高度依靠芯片、材料、電子信號板的突破,而后面則需要依靠儀表制造商、工程集成商,才能最終到達用戶。因此,傳感器要靠這個行業自己的力量來發展其實是孤單無助的。 據天津大學精儀學院兼職教授林雪萍舉例,全球海洋運輸的低速船用發動機完全被兩家壟斷:德國的MAN和芬蘭的瓦錫蘭。調速器是船舶發動機的心臟,而這兩家往往指定美國的WOODWARD電子調速器,而后者則往往只采用挪威最大的軍火商與海工設備制造商——康士伯的傳感器。MAN是船用低速發動機的壟斷者,對專利授權制造都有嚴格的要求,不允許輕易更換零部件;而美國Woodward的電子調速器,幾乎壟斷了船用低速機;康士伯的轉速傳感器,則是在皇冠上的珍珠。 因此,國產傳感器廠商即使僥幸打破船用核心傳感器的技術壟斷,做出成品來,那么這些成品要賣給誰呢?外圍至少還有兩層壟斷需要打破!
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國產傳感器,輸在起跑線上的“不公平”競爭 傳感器產業細分賽道眾多,各種傳感器之間技術壁壘極高,甚至有“如隔山”的說法。企業進入不同的傳感器賽道,需要極大的研發投入,而如果專注于某一傳感器領域往往市場容量不足,難以做大。 因此,國產傳感器企業需要尋求國際化,傳感器的市場是高度國際化的,沒有國際化市場的支撐,傳感器廠家很難形成規模效應,就很難分擔研發成本,博世、霍尼韋爾、意法半導體、英飛凌、基恩士、SICK等等全球傳感器巨頭,無一不是這個全球化市場的佼佼者。 據相關數據顯示,全球現有傳感器種類超過3萬種,常規使用大約2.6萬多種,而全球直接從事傳感器研制與生產的企業有超過6500多家。其中,美國、歐洲均超過1000余家,日本有800余家,而中國則超過1700多家。
6500多家對應3萬種傳感器產品,這意味著有一些大傳感器公司生產了絕大部分品類的傳感器。譬如博世,世界上最大的汽車傳感器供應商,幾乎能夠提供汽車需要的所有傳感器種類,其MEMS傳感器產量已超180億顆;霍尼韋爾,世界上最大的工業傳感器供應商,霍尼韋爾傳感與控制擁有超過 50000 種產品,涵蓋20多個系列。
為什么只有大公司能生產這么多品類的傳感器?這是因為,傳感器市場碎片化嚴重,擁有傳感器需求的用戶分布于全球各個角落,只有博世、霍尼韋爾等等國際巨頭,才有能力在全球進行傳感器市場營銷,從而進入全球各地客戶的選型列表中,將各種各樣的傳感器產品送到用戶供應鏈里。
而1700多家中國傳感器廠商,產值過億元的不超過10%,大部分傳感器企業掙扎于盈虧線間,國際市場已先被巨頭們占領,國產傳感器廠商體量弱小無力開拓國際市場。 此外,中國產業界長期以來忽視傳感器制造工藝的重視,導致中國傳感產業在發展中遭遇設計工具缺乏、可靠性設計水平低、設計人才培養環節缺失等困境,同時,還存在產業化投入低、研發成果受限于成本無法推向市場等問題。
最終,面對這場輸在起跑線上的“不公平”競爭,國產傳感器產業呈現出缺乏領頭羊企業、整體市場份額偏低的整體落后局面。而博世、霍尼韋爾、基恩士等傳感器領頭羊,則帶領了當地傳感器產業的發展,美國、德國、日本等國家傳感器產業興盛不衰。 而近日,中國最大的傳感器產品選型平臺傳感器專家網,與全球規模最大的電子產品供應鏈平臺四方維(英文名稱“Supplyframe”)合作,打造完整的全球傳感器供應鏈體系,將億萬國產傳感器產品帶入國際市場,有望拉近與國際傳感器巨頭間的競爭差距,相關情況可參看《四方維公司和中國傳感器與物聯網產業聯盟達成戰略合作》 國產傳感器領頭羊的重大作用 歌爾股份、瑞聲科技多年來位列中國MEMS傳感器營收TOP 2,也是國產MEMS聲學傳感器領頭羊企業,雖然受限于上游公司對供應鏈控制的原因,兩家企業使用的MEMS芯片大部分來自英飛凌、歐姆龍等巨頭,但正因為這些國產企業多年來在中國本土的發展,一定程度上培育了本土的MEMS供應鏈。 尤其是兩家企業相繼打入蘋果公司、三星等國際電子巨頭的供應鏈,打通了國產傳感器在消費電子應用的產業鏈,帶動了一批國產傳感器整體解決方案提供商的崛起。 從傳感器產業的垂直方向來看,最有代表性的企業是國產MEMS聲學傳感器領頭羊企業敏芯股份,其深入參與、主導推動了中國MEMS產業鏈構建,被贊譽為產業拓荒者。 2008 年,敏芯打通“4 寸代工廠-自有的微細加工平臺-小規模封裝代工廠”的小產業鏈,從零開始探索在中國本土化構建MEMS產業鏈。
基于這條小MEMS產業鏈的基礎上,2009年,敏芯發現作坊式的小產業鏈達不到量產標準,于是開始與中國芯片代工巨頭——中芯國際合作,將整個 MEMS 產業鏈升級到 8 寸,并于次年實現8寸 MEMS晶圓的量產,敏芯微是當時 SMIC 三個 MEMS 產品量產客戶之 一,更是當時國內少有的 MEMS 芯片量產客戶,為中國MEMS產業拓荒出一片天地。后來,中芯國際將相關MEMS芯片生產工藝全面授權給了紹興中芯集成,中芯集成成為中國大陸規模最大的MEMS代工廠。相關情況參看《國內最大MEMS代工廠成功上市!》 2011 年,敏芯微在華潤上華(CSMC)實現第一代的 6 寸產品的量產,成功導入了包括 SENSA 工藝在內的多種 MEMS 芯片加工工藝,并提交客戶驗證;2012 年,敏芯微改變商業模式,從出 MEMS 套片轉為出 MEMS 麥克風成品。 2014 年,敏芯微開始與華天科技合作,并成功轉移敏芯獨有知識產權的 OCLGA 封裝等多種麥克風封裝技術,在雙方合作下,華天科技成為中國本土具有MEMS封裝能力的封測大廠,今天華天科技已是中國大陸第三大、全球第五大的封測企業。
2015 年初,敏芯微聯手中芯國際推出全球最小的商業化三軸加速度傳感器,該傳感器采用具有國際先進水平的 CMOS 集成 MEMS 器件制造技術和基于硅片通孔(TSV)的晶圓級封裝(WLCSP)技術,提升了國產MEMS芯片技術水平。 2020年8月,敏芯股份登陸上海證券交易所科創板,成為中國MEMS芯片第一股,是目前中國屈指可數掌握多品類MEMS芯片設計和制造工藝能力的企業。 從歌爾股份、瑞聲科技、敏芯股份等例子上,我們可以看到國產傳感器領頭羊對打造本土傳感器產業供應鏈的巨大貢獻!尤其是敏芯股份,更是一步步開拓了本土MEMS芯片產業化之路。 中金公司:全球產業鏈重塑的背景下,國產傳感器產業鏈有望誕生優秀的龍頭公司 此前,我國知名券商中金公司,發布了針對半導體市場的系列研究報告,以《“芯”機遇》系列報告命名,其中第一期專門分析的,就是中國的傳感器市場——《“芯”機遇系列一:萬物智聯,入口傳感升級》。(相關內容參看《中國傳感器產業迎來史上最黃金的一年!》)認為“全球產業鏈重塑的背景下,我們認為國產傳感器產業鏈有望誕生優秀的龍頭公司。”
我國占全球主要消費市場,但傳感器產業鏈缺乏龍頭。A股上市公司中,營收規模由大到小依次是圖像傳感器芯片廠商韋爾股份、傳感器/存儲/MCU芯片生態化布局的兆易創新、無線通信射頻前端芯片廠商卓勝微、聲學傳感器封裝/模組的國產龍頭歌爾微電子(已提交IPO申報),FY21營收分別為241億元、85億元、46億元和31億元。而在模擬芯片和汽車傳感器領域,國產龍頭圣邦股份和保隆科技等FY21收入僅分別為22億元和39億元。
全球產業鏈重塑的背景下,我們認為國產傳感器產業鏈有望誕生優秀的龍頭公司。我國物聯網和新能源汽車需求旺盛,關鍵芯片生產所需的材料、工藝和設備國產化能力強,我們認為新形勢下有望實現供需內循環。
部分國產傳感器細分領域領頭羊企業相關傳感器企業介紹&產品選型可在下方小程序查看國產MEMS慣性傳感器領頭羊企業
士蘭微
士蘭微是國內主要的芯片IDM企業,目前已經具備了在6英寸、8英寸芯片生產線上實現MEMS傳感器批量制造的能力,并建立了自己的MEMS封測生產線。目前士蘭微慣性傳感器主要為三軸加速度傳感器等,已在智能手機、平板電腦、智能手環、智能門鎖、行車記錄儀、TWS耳機等領域廣泛應用。
美新半導體
美新半導體有限公司成立于1999年,是中國最早的IDM模式慣性傳感器開發商。2020年美新獲得mCube獨家授權的慣性傳感器芯片技術,全面布局電容式加速度計和陀螺儀領域。其加速度計產品涵蓋小尺寸、低功耗等豐富組合,已廣泛應用于智能手機、筆電/平板、智能手表/手環、汽車、TWS耳機、智能門鎖等場景。
明皜傳感
蘇州明皜傳感科技股份有限公司成立于2011年,主要從事MEMS傳感器的研發、設計和生產,并提供相關技術服務。主要產品為加速度計傳感器等,主要應用于消費電子領域。目前明皜傳感正在上交所科創板IPO中,相關情況參看《3天內,5家國產傳感器公司IPO獲受理!》
矽睿科技
上海矽睿科技股份有限公司成立于2012年,目前慣性傳感器產品包含三軸加速度傳感器、六軸IMU及高精度慣導模塊等,主要應用于智能手機,可穿戴設備、AR/VR、汽車及無人機產品等。矽睿科技此前已進行IPO輔導,擬近期遞交IPO招股書。相關情況參看《7家企業密集啟動上市輔導》
深迪半導體
深迪半導體(上海)有限公司成立于2008年,專注于為消費電子及汽車電子市場設計和生產低成本、高性價比、低功耗、小尺寸的商用MEMS陀螺儀芯片。目前深迪已推出了商用Z軸MEMS陀螺儀、三軸MEMS陀螺儀、三軸MEMS磁傳感器、汽車工業級Z軸MEMS陀螺儀等產品。
國產紅外傳感器領頭羊企業高德紅外武漢高德紅外股份有限公司創立于1999年,是中國最大的紅外傳感器企業,完整掌握了紅外探測器芯片在內的紅外傳感產業鏈核心技術,在全球紅外熱成像市場中排名第二,已建成覆蓋底層紅外核心器件至頂層完整光電系統的全產業鏈研制基地。 海康威視海康威視是全球最大的安防產品及行業解決方案提供商,擁有豐富的紅外熱成像監控產品,經過十多年熱成像技術研發,海康熱成像全力打造從探測器、機芯、組件到整機集成的一站式自研產品。旗下子公司海康微影運營一條8英寸MEMS芯片產線。 睿創微納煙臺睿創微納技術有限公司是一家領先的、專業從事非制冷紅外成像與MEMS傳感技術開發的高新技術企業,致力于專用集成電路、紅外成像傳感器及MEMS傳感器設計與制造技術。 大立科技大立科技是專業從事非制冷紅外焦平面探測器、紅外熱成像系統、智能巡檢機器人、慣性導航光電產品研制的高新技術企業。是國內少數技術自主可控、完全知識產權、獨立研發;從生產熱成像核心器件、機芯組件到整機系統制造,并具有完整產業鏈的專業制造商之一。是國內唯一實現量產雙技術路線(非晶硅與氧化釩)非制冷焦平面紅外探測器的紅外企業。
國產圖像傳感器領頭羊企業韋爾股份(豪威科技)韋爾股份是中國最大的圖像傳感器企業,也是中國最大的傳感器公司。相關情況參看《中國最大傳感器企業是?最大MEMS公司是?》韋爾股份CMOS圖像傳感器全球市占率第三,僅次于索尼和三星。
格科微格科微是中國第二大CMOS圖像傳感器企業,其CMOS圖像傳感器產品2021年出貨量排名全球第一,銷售額排名全球第四。 思特威格科微是中國第三大CMOS圖像傳感器企業,產品廣泛應用在安防監控、機器視覺、智能車載電子等眾多高科技應用領域。 比亞迪半導體中國新能源汽車品牌比亞迪旗下企業,主要從事比亞迪汽車所需車規級半導體的生產工作,比亞迪半導體CMOS圖像傳感器營收在國內廠商中排名第四。 長光辰芯長光辰芯由長春光機所孵化而來,后者有新中國“光學的搖籃”之稱。長光辰芯主攻機器視覺、科學儀器和專業影像等高科技視覺領域,在機器視覺、科學儀器等領域CMOS圖像傳感器中排名國內第一。目前長光辰芯正在上交所科創板IPO中,相關情況參看《3天內,5家國產傳感器公司IPO獲受理!》
國產MEMS聲學傳感器領頭羊企業歌爾微電子歌爾微電子是一家以MEMS器件及微系統模組研發、生產與銷售為主的半導體公司,由歌爾股份獨立出來,以營收計算,歌爾微是中國&全球最大的MEMS聲學傳感器企業,多年蟬聯中國MEMS傳感器第一。瑞聲科技中國第二大、全球第三大的MEMS聲學傳感器企業,同時也是中國第二大的MEMS傳感器企業。 敏芯股份敏芯股份是中國大陸第三大的MEMS聲學傳感器企業,此外,以MEMS聲學傳感器芯片出貨量計算,敏芯股份是中國最大的MEMS聲學傳感器芯片廠商,全球第三大MEMS聲學傳感器芯片公司,僅次于英飛凌、樓氏電子。
國產氣體傳感器領頭羊企業漢威科技漢威科技是中國最大的氣體傳感器企業,是國內最早從事氣體傳感器研究、生產的廠家之一,目前漢威科技生產200多個品種的各類傳感器,可檢測氣體300余種,產品占國內氣體傳感器市場數量的70%。漢威科技旗下擁有煒盛傳感、能斯達等子公司。 華工科技華工科技脫胎于中國知名學府——華中科技大學,是“中國激光第一股”、中國高校成果產業化的先行者、首批國家創新型企業。 四方光電四方光電創建于2003年,是一家從事氣體傳感器、氣體分析儀器研發、生產和銷售的企業,形成了包括光學(紅外、紫外、光散射、激光拉曼)、超聲波、MEMS金屬氧化物半導體 (MOX)、電化學、陶瓷厚膜工藝高溫固體電解質等原理的氣體傳感技術平臺。國產激光雷達領頭羊企業禾賽科技禾賽科技2014 年成立于中國上海,是一家全球化的激光雷達研發與制造企業,中國第一家上市的國產激光雷達企業,2022年,禾賽科技的出貨量排名全球第一,占據了60%的市場份額。(相關情況參看《國產激光雷達第一股誕生!》) 速騰聚創RoboSense速騰聚創是全球領先的智能激光雷達系統科技企業,目前正尋求港股上市,有望成為第二家上市的國產激光雷達企業。(相關情況參看《百億激光雷達獨角獸IPO》) 華為華為進軍智能汽車產業,造了激光雷達、毫米波雷達等智能汽車核心傳感器,目前華為激光雷達已進入全球廠商前列,華為激光雷達的整車廠(OEM)合作數量達10家,僅次于另一家中國激光雷達企業速騰聚創,排名全球第二。大疆覽沃屬于無人機巨頭大疆的車載激光雷達子公司,進入全球激光雷達市場前列。
本文部分資料來源:
知識自動化《林雪萍 | 卡脖子破解需要領頭羊》及相關內容
中金公司《“芯”機遇系列一:萬物智聯,入口傳感升級》
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審核編輯 黃宇
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