【導讀】傳感器作為信息時代的感知層，是海量數據的接收和傳遞信息的入口，是萬物互聯的重要基礎。有分析認為，未來幾年傳感器，特別是MEMS（微電子機械系統）產品，將是半導體市場上最有前景的技術。到2019年，國內智能傳感器市場規模預計將達到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、工業電子和醫療電子）拉動。與此同時，在中國制造2025等政策的號召下，國內智能傳感器產業生態圈也在穩步向中高端升級。
本期介紹傳感器的技術演變、國內細分行業份額，以及四大下游新興需求點。
以下為智能內參整理呈現的干貨：
進擊的傳感器：智能化 集成化 微型化
*傳感器技術的發展歷程
傳感器的發展歷程的可大致分為三代：第一代是結構型傳感器，它利用結構參量變化來感受和轉化信號。第二代是上 70 年代發展起來的固體型傳感器，這種傳感器由半導體、電介質、磁性材料等固體元件構成，是利用材料某些特性制成。第三代傳感器是2000年開始逐漸發展的智能型傳感器。
*國內2011年以來傳感器行業相關政策
自 2011 年國家推出《物聯網“十二五”發展規劃》以來，智能傳感器產業的發展迎來一波利好。根據中國信通院最新的數據統計，2015年智能傳感器就已取代傳統傳感器成為市場主流（占70%），2016年全球智能傳感器市場規模達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，美洲地區占據了全球市場的最大份額（2015年占45%，預計該優勢將保持到2022年）；亞太地區（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域等下游產業的帶動下增長最快。
*智能傳感器基本原理結構圖
智能傳感器至今科學界尚無規范化的統一定義，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合的產物。由于微處理器充分發揮各種軟件的功能，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。
*傳感器是物聯網的感知層
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。以物聯網為例，傳感器位于最關鍵的感知層，不僅像傳統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、存儲海量數據的這些功能。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傳感器后經信號處理電路及有數據總線接口的微處理器而構成，集成度較低，技術壁壘低，不適用于微型化產品領域，不屬于新型智能傳感器。
2、混合式智能傳感器
*混合實現智能傳感器原理框架圖
該方法即根據需求，將系統各集成化環節（敏感元件、信號調理電路、數字總線接口）以不同組合方式集成在不同的芯片上，封裝在一個外殼內，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（MEMS）和大規模集成電路（IC）工藝技術，利用硅作為基本材料制作敏感元件、信號調理電路、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、體積小和便于使用等優點，是智能傳感器繼續發展的方向。
MEMS傳感器是目前智能化程度最高的傳感器。MEMS技術是在傳統半導體材料和工藝基礎上，微米操作范圍內，將在一個硅片基礎上將傳感器、機械元件、致動器與電子元件結合在一起的技術，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品占比（單位：%）
智能傳感器產品種類繁多，工藝復雜，沒有完全相同的標準。這樣的產品特點意味著研發投入過大的話，單一類型產品的產量一旦不能擴大就會導致虧損。全球市場的眾多產品中，CMOS圖像傳感器市占率最高，占據全球近 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%。
行業現狀：產業鏈長 技術壁壘高
根據中國高端芯片聯盟和中國信通院發布關于智能傳感器的產業地圖，產業鏈具體包括研發、設計、制造、封裝、測試、軟件、芯片及解決方案、系統/應用這八個環節，各環節的技術壁壘高。
在工藝和技術層面上，智能傳感器的設計、制造、封裝以及測試這四個關鍵環節和半導體集成電路行業的對應環節都有許多相似之處，擁有IC經驗的企業具有先天優勢，紛紛切入傳感器領域。智能傳感器的設計、制造、封裝和測試環節的市場規模還未有詳盡的分環節統計，基于二者的產業相似性，智能傳感器設計環節市場空間最大，封裝環節將成為國內市場空間增長最快的環節。
盡管國內整體技術水準與國外頂尖技術還存在一定的差距，但是切入細分領域較早的技術型公司的自主研發能力經過多年的積累已經可以與國外媲美，培養穩定的客戶群，部分產品甚至實現了出口。
*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域分別是消費電子、汽車電子、工業電子和醫療電子，其相應的市占率依次遞減。綜合市場規模的大小以及增長速度兩方面考慮，廣證恒生認為發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，初步發展的新興應用如智能機器人和智能醫療器械將
*2016-2019年全球四大應用領域的智能傳感器市場規模（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商
在消費電子的細分領域中，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）市場規模增長速度最快。根據中國信通院的數據，預計2016年-2019年的年均復合增長率達到14.84%，國內市場規模2017年將超31億元，全球市場規模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境中，傳感器必須要有高穩定、抗環境干擾和自適應、自補償調整的能力。同時為了保證電子元器件和模塊能實現大規模生產，成本也需要降低。新型智能傳感器能從技術和成本上兩方面滿足上述需求。智能傳感器在汽車領域的應用已經非常廣泛，如汽車動力系統、安全行駛系統、車身系統。
*無人駕駛汽車上的傳感器系統
隨著無人駕駛的技術越來越成熟，智能傳感器不再局限于傳統汽車市場，而走向了智能汽車市場。實現環境感知的傳感器有攝像頭（長距攝像頭、環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，國內外公司采用兩類方案實現無人駕駛：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系統的傳感器模塊市場規模（單位：百萬美元 ）
全球智能駕駛汽車中的傳感器模塊市場規模在2015年達到26億美元；Yole Development 預測，2017年市場規模將超過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域，技術壁壘較高，未來13年內開始“從零到一”的爆發式增長，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。
工業電子：機器的崛起
*2015年和2021年無人機和機器人在細分領域中的營收占比（單位： % ）
近幾年來，機器人制造技術越來越成熟，商業進程加快，其核心器件智能傳感器的市場空間也在不斷擴大。根據Yole Development數據，2015年到2021年，機器人市場規模將從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、消費領域的機器人種類最多，相應領域營收占比也是最高的三項。
醫療電子：進口替代空間大
*2008年-2016年全國醫療器械市場規模（單位：億元 ）
在醫療器械行業帶動下，智能傳感器的需求將會擴大。按照應用形式分類，醫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、用于外部設備的傳感器。根據市場研究公司 Grand View Research 一份新的數據分析報告，2015年全球醫療傳感器市場規模達到了 98 億美元，預計到 2024 年市場規模可增至185億美元。現在，我國在此領域的布局很少，大部分依賴進口，處于起步階段，但是未來隨著技術不斷成熟，市場將迎來爆發式增長。
智東西認為，智能傳感器是技術演進的結果，同時滿足了萬物互聯對感知層提出的要求，預計將隨著智能消費電子設備、（工業）物聯網、車聯網/自動駕駛、智慧城市、智能醫療等新興理念迎來快速增長。從行業的角度來看，智能傳感器的技術壁壘較高，細分環節多而分散，是有利于國內中小企業發展的，加上半導體、集成電路相關的利好政策頻頻推出加速產研結合，資金充足的條件下，暫時落后的智能傳感器自主產業有望崛起，進行中高端升級，把握新興應用市場。
附：智能傳感器產業鏈八大環節的代表機構及公司
本文來源于智東西。
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