陀螺儀是一種測量角速率的裝置,廣泛應用于導航定位、姿態(tài)感知等領域,其中MEMS陀螺儀通過科里奧利力原理和電容變化來檢測旋轉(zhuǎn)運動。陀螺儀是測量角速率的一種器,主要用于導航定位、姿態(tài)感知、狀態(tài)監(jiān)測、平臺穩(wěn)定等應用領域。MEMS陀螺儀陀螺儀利用科里奧利力原理——旋轉(zhuǎn)物體在有徑向運動時所受到的切向力。MEMS陀螺儀通常是用兩個方向的可移動電容板,通過電容變化來測量科里奧利力。MEMS陀螺儀的工作原理是傳感器的外框在旋轉(zhuǎn)運動期間沿相反方向擺動,當物體旋轉(zhuǎn)時,內(nèi)部梳狀結構一部分產(chǎn)生偏轉(zhuǎn),改變梳狀結構間的距離,從而改變電容,測量出轉(zhuǎn)角。
MEMS慣性器件市場規(guī)模龐大且增長迅速,其主要應用于消費電子和汽車領域,包括手機、AR/VR控制、無人機、汽車導航、電子穩(wěn)定器、狀態(tài)監(jiān)測以及自動駕駛等眾多高科技領域。MEMS慣性器件市場規(guī)模大且增速迅速。消費電子和汽車是MEMS慣性傳感器主要終端應用領域,具體應用領域還涉及:手機導航、防抖、游戲姿態(tài)控制、AR/VR控制、相機防抖、姿態(tài)控制、消費級無人機姿態(tài)感知、控制、汽車、航海輔助導航、船舶、列車電子穩(wěn)定器、礦山隧道、地下鐵路、石油勘探等、設備狀態(tài)監(jiān)測、汽車自動駕駛、航空航天等。
2018年至2027年,全球MEMS慣性傳感器市場銷售額預計以6.39%的復合年增長率增長,其中同期MEMS加速度計市場銷售額增速更為顯著,達到6.72%。根據(jù)Yole的統(tǒng)計,全球MEMS慣性傳感器市場規(guī)模從2018年的銷售額28.31億美元、銷售量31.21億顆增長至2021年的銷售額35.09億美元、銷售量39.39億顆,預計該市場將于2027年增長至銷售額49.43億美元、銷售量60.60億顆,2018年至2027年銷售額及銷售量的復合增長率分別為6.39%和7.65%。其中,全球MEMS加速度計的市場規(guī)模從2018年的銷售額9.14億美元、銷售量10.23億顆增長至2021年的銷售額12.19億美元、銷售量15.37億顆,預計該市場將于2027年增長至銷售額16.41億美元、銷售量24.28億顆,2018年至2027年銷售額及銷售量的復合增長率分別為6.72%和10.08%。
中國MEMS慣性傳感器行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分為三個環(huán)節(jié),上游包括材料、設備及EDA;中游包括設計、晶圓制造、封測等,其中晶圓制造又可分為MEMS晶圓制造企業(yè)和IDM企業(yè)兩類;下游終端廠商覆蓋消費電子、汽車、工業(yè)、醫(yī)療、航天等多個領域。中國MEMS慣性傳感器行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈是一個高度專業(yè)化和分工明確的系統(tǒng)。上游環(huán)節(jié)專注于提供關鍵材料、精密設備和先進的電子設計自動化工具。中游環(huán)節(jié)涵蓋設計、晶圓制造和封裝測試,其中晶圓制造分為專注于MEMS的企業(yè)和集成設備制造商。下游則連接到廣泛的終端市場,包括消費電子、汽車、工業(yè)、醫(yī)療和航天等。
2021年全球高性能MEMS慣性傳感器市場規(guī)模約為7億美元,市場高度集中,Honeywell、 ADI和Northrop Grumman/Litef等三家行業(yè)巨頭占據(jù)了 超過50%的市場份額。根據(jù)Yole統(tǒng)計數(shù)據(jù),2021年全世界高性能MEMS慣性傳感器市場規(guī)模約7億美元,世界MEMS慣性產(chǎn)品銷售額集中在Honeywell、ADI、Northrop Grumman/Litef等行業(yè)巨頭手中。
圖表:中國高性能MEMS慣性傳感器主要由國外提供(2021年)
數(shù)據(jù)來源:Yole
高性能MEMS慣性傳感器擁有低成本、小型化、集成化的優(yōu)勢,未來將替代兩光傳感器。目前,市場上大量使用的陀螺儀主要包括激光陀螺儀、光纖陀螺儀和MEMS陀螺儀,雖然MEMS陀螺儀精度較激光陀螺儀與光纖陀螺儀低,但仍具有廣闊的應用場景。隨著高性能MEMS陀螺儀的精度不斷提升,并依托成本的優(yōu)勢,可逐步應用于中低精度兩光陀螺的應用領域。同時,由于高性能MEMS陀螺儀具有小體積、高集成、抗高過載的優(yōu)勢,可以解決光纖陀螺和激光陀螺由于體積較大、抗沖擊能力弱的問題,滿足高可靠、無人系統(tǒng)等領域智能化升級的要求,進一步拓展高性能MEMS陀螺儀的增量市場。
MEMS慣性傳感器在自動駕駛汽車領域具有廣闊前景,隨著汽車智能化提升對于環(huán)境感知能力要求的提升,GNSS+IMU的組合導航系統(tǒng)需求快速增加。組合導航系統(tǒng)通過衛(wèi)星導航+慣性導航的組合為車輛提供實時、可靠的定位及姿態(tài)檢測信息,是向更高階自動駕駛等級邁進過程中的關鍵傳感器之一。公司慣性器件產(chǎn)品可應用于自動駕駛領域。根據(jù)iimedia估計,2025年全球無人駕駛汽車市場規(guī)模將突破1,200億美元,2021-2025年復合增長率為46.78%,增長潛力較大。
MEMS產(chǎn)品在無人系統(tǒng)領域也有廣泛的應用場景及廣闊的市場空間。利用慣性器件及捷聯(lián)慣性導航技術,可以為無人系統(tǒng)提供精確的速度、位置和姿態(tài)等信息,從而實現(xiàn)其精確的導航定位和姿態(tài)控制。無人系統(tǒng)包含無人機、無人車、無人船、無人潛航器以及機器人等多種無人平臺,其中尤以無人機的應用最為廣泛。根據(jù)Drone IndustryInsight數(shù)據(jù),2020年全球無人機市場規(guī)模為209億美元,預計到2026年全球無人機市場規(guī)模將達413億美元,2020-2026年復合增長率為12.02%。Frost&Sullivan估計,2020年中國民用無人機行業(yè)整體市場規(guī)模達599億元,發(fā)展?jié)摿Υ蟆?/p>