2022年汽车传感器行业产业链及细分产业研究 期待国产汽车传感器实现弯道超车

微机电技术应用和智能驾驶的升级推动了汽车传感器的发展，从各类传感器产业链拆解分析来看：①MEMS传感器封测成本通常占总成本一半以上，设计制造与国外差距明显，封装环节通常由传统IC封装企业代工，国内较为领先；②车载摄像头以CIS为主，有望受益于驾驶自动化水平提升；③超声波雷达发展较为成熟，有望受益于自动泊车应用；④毫米波雷达技术壁垒较高，国内厂商当前已在整机和SOC芯片实现突破；⑤混合固态激光雷达是市场当下主流方案，固态化、芯片化架构是未来的发展趋势。

1、MEMS传感器：设计制造差距明显

MEMS传感器研发周期长，对半导体制程先进与否不敏感，封测成本占比通常超过总成本一半。MEMS的工作原理是将输入的物理信号通过传感器转化为电信号，经信号处理后最终由执行器与外界产生作用，在设计研发方面，MEMS将产品的工艺流程、机电结构、包括封装和测试在内的验证相互交联在一起，往往需要数年时间完成多个设计闭环才能量产；制造方面，MEMS对半导体制程的先进与否并不敏感，基础材料的属性是决定产品性能的根本因素，生产工艺会影响产品的精度及良率；封装方面，MEMS通常分为芯片级、器件级和系统级封装三个层次，大多采用非标准工艺，由传统IC封装企业代工，封装的成本能占到总成本的40%以上；测试方面，MEMS与集成电路相比要求更高、测试的复杂程度更大，测试方法因MEMS传感器的种类而有差别，各厂商通常采用自研方法进行测试，封测成本通常能占到总成本的一半以上。

MEMS传感器产业链分为设计研发、生产制造、封装测试、系统应用四个环节。上游主要是设计、原材料与设备，中游是制造与封测，下游是消费电子、汽车电子等系统应用的终端产品。

国内企业在设计、制造、测试设备等环节与海外企业相比仍有差距，核心竞争力有待提高。国内MEMS产业形成从前端设计到后端封装测试的完整链条，国内各环节龙头发展迅速，但在数量和规模上与海外依然存在差距。设计环节国内企业产品线单一、规模偏小，多数企业年收入低于1亿美元，商业化MEMS设计工具方面处于真空状态；制造方面工艺水平差距明显，仅能制备压力传感器等低端产品，尚未建立压电材料等高端制造工艺线，出货量有限；封装环节国内企业在技术上致力于三维封装等第四代技术的研发；中国大陆全球市场份额可达20.7%，仅次于中国台湾的42%，是全球第二大芯片封装基地；测试环节国内高质量测试设备企业较少，高端设备仍被国外龙头垄断。整体看产业链各环节与海外企业相比仍有差距，核心竞争力有待提高。

未来MEMS传感器或将向更大晶圆尺寸、新敏感材料、纳米加工技术方向演进，呈现多项功能高度集成化和组合化的趋势。目前业界普遍应用6英寸、8英寸的晶圆制造工艺，更大尺寸的晶圆能够有效降低成本、提高产量；薄膜型压电材料具备工艺一致性、高可靠性、高良率、体积小的优势，可有效提高MEMS传感器的技术水平；传感器向更小尺寸演进的趋势，有望推动微电子加工技术特别是纳米加工技术的快速发展；在更小空间上的设计、降低成本、降低功耗的驱动下，MEMS传感器或将实现在同一衬底上集成多种敏感元器件、制成能够检测多个参量的多功能组合，向多项功能高度集成化和组合化的趋势发展。

2、车载摄像头：CIS和车载镜头有望持续扩张

车载摄像头主要由镜头组、图像传感器（CIS）、数字图像信号处理（DSP）组成，其中CIS成本占比最高。据ONSEMI披露，车载摄像头中图像传感器的成本占比可达50%，模组封装和镜头组占比分别为25%、14%；三者均处于产业链中游位置，其中图像传感器是是车载摄像头核心技术。镜头组、胶合材料、图像传感器经封装构成镜头模组，镜头模组将光电信号传递至DSP进行图像信号处理；DSP将模拟信号转化为数字信号，并与镜头模组封装集成，形成终端系统。DSP市场的海外厂商集中度较高，车载摄像头模组封装格局较为分散，海外厂商占据主导地位。

CIS是手机、汽车等领域的主流图像传感器。图像传感器主要有CCD（电荷耦合器件）和CMOS两种，与CCD图像传感器相比CIS（CMOS图像传感器）具有省电节能、价格便宜、便于与其他硅器件集成的优点，在消费电子市场上CIS实现了对CCD的替代。CCD仅在卫星、医疗等专业领域继续使用，CIS广泛应用于手机、汽车、医疗、安防、工业、其他消费电子等下游领域。据ICVTank数据2021年全球车载CIS总收入38.1亿美元，预计2026年有望达90.7亿美元，CAGR为18.94%。

自动驾驶、ADAS技术推动车载摄像头量价齐升，高像素CIS有望在汽车上普及。在市场格局方面，按照出货量、销售额两个口径分别统计，2020年，索尼、三星、豪威科技、格科微、SK海力士占据全球CIS业务的主要市场份额，中国厂商已具备国际化的实力；据安森美，其在汽车CMOS图像传感的全球市场市占率达到60%、在ADAS领域市占率达80%，在全球市场居主导地位。车载摄像头对CIS在技术上的更高要求已有显现：在2015年之前，车载CIS主要用于倒车影像与行车记录仪，对像素要求不高，普遍在30-72万之间；2015年之后，随着自动驾驶、ADAS技术的兴起，单个汽车摄像头的安装数量不断增加，同时在高灵敏度、高动态范围、消除LED闪光等性能上有了更高的需求，价值量不断提升。考虑蔚来ET7搭载11颗800万像素高清摄像头，我们认为高像素的CIS有望在汽车上普及。

受益于车载镜头需求增长，车载镜头市场有望持续扩张。光学镜头是光学成像系统中的必备组件，直接影响成像质量和算法实现效果。据TSR，2018-2022年全球光学镜头市场收入有望从59.16亿美元增长至88亿美元，其中车载镜头营业收入有望达到16.13亿美元；2017-2022年全球车载镜头出货量有望从11738.4万件增长至23468.9万件。从车载镜头出货量看，舜宇光学稳居第一。

3、超声波雷达：产业链较为成熟，有望受益于自动泊车应用

车载超声波雷达发展较为成熟，已实现国产化，上游芯片环节仍存在差距。超声波雷达的产业链包括上游芯片和传感器及结构件制造商、中游超声波雷达制造商、下游汽车厂商。其中芯片环节的技术含量最高，国内与国外企业仍存在差距。如中国企业奥迪威可自主研发和生产应用超声波雷达的换能芯片，但在研发投入规模和发明专利数量等方面与国外厂商存在差距。总体上超声波雷达发展较为成熟，是自动泊车方案的主流传感器，有望随自动泊车应用推广受益。

4、毫米波雷达：国外企业技术领先，国内已经实现量产

毫米波雷达技术壁垒较高，国内厂商处于追赶状态。毫米波雷达的产业链上游包括MMIC单片微波集成电路、基带数字信号处理芯片、天线高频PCB板。每一部分均存在技术壁垒，国内厂商处于追赶的状态。MMIC具备低噪声功率放大、混频、检波、调制、移相等功能，具备低噪声、低损耗、大动态范围、大功率、宽频带、强抗电磁辐射能力的特点，目前全球市场份额主要被恩智浦（NXP）、英飞凌、德州仪器（TI）等公司占据。天线高频PCB板的工作原理是将高频PCB板集成在普通PCB板上达到在较小的集成空间中实现天线功能、并保持足够的信号强度的目的；这个过程称为微带阵列，是目前毫米波雷达天线的主流方案；目前天线高频PCB板技术由罗杰斯(Rogers)、Isola、施瓦茨等少数公司掌握。

车载毫米波雷达向高精度、小尺寸、远探测距离发展，国内企业技术不断成熟已经加入市场竞争。2019年5月底红旗HS5搭载的森思泰克77GHz车载毫米波雷达成为国内首个真正实现“上路”的ADAS毫米波雷达传感器，突破了国际巨头垄断。据加特兰微电子官网，其汽车级全集成毫米波雷达SoC可提供独立芯片与AIP（封装集成天线）两种版本，已具备量产能力。（报告来源：未来智库）

5、激光雷达：固态化、芯片化是未来的发展趋势

激光雷达的上游元件主要有激光器、探测器、模拟芯片、FPGA主控芯片、光学组件，这些元件构成了激光雷达的激光发射系统、光电接收系统、信号采集处理系统、控制系统，共同实现激光雷达对目标物体的探测功能。据禾赛科技招股书，激光雷达产业链上游激光器、探测器国外发展时间较长、具备经验优势、产品更加成熟，国内发展迅速，性能基本具备国外供应链水平、在产品上定制更灵活且具备价格优势。用于发光控制、光电转换和电信号实时处理的模拟芯片国外厂商技术先进、产能充足、成熟度高，国内普遍存在一定差距，车规类产品差距更大。FPGA主控芯片国外产品性能大幅领先，但国内产品能够满足激光雷达应用需求。光学组件国内技术和供应链水平已经达到甚至超越国外，并且具备明显的成本优势。

基于ToF（飞行时间，TimeofFlight）方案的混合固态方案是当前上车的主流。混合固态激光雷达比机械式成本低、比纯固态(OPA、FLASH)方案成熟，易实现商业化推广，是第一个通过车规级规定、成本可控、满足车企性能要求、可实现批量供货的技术方案。小鹏P5搭载2颗来自大疆定制的双棱镜扫描方案的雷达，安装在前保险杠两侧；蔚来ET7搭载Innovusion的双转镜激光雷达，于2022年一季度量产；首款搭载华为激光雷达的车型极狐阿尔法S，分别在车头和车头两侧安装3颗华为96线转镜扫描式激光雷达。目前混合固态激光雷达包括转镜、棱镜、MEMS等，均采用ToF方案。

芯片化架构有望成为未来的发展趋势。激光雷达发射、光电接收、主控制系统等各个模块均需要使用芯片，芯片化架构的激光雷可将数百个分立器件集成于一颗芯片，降低物料成本的同时有效节省光学装调等生产成本，显著降低因单一器件失效导致系统失效的概率，提升可靠性，有望成为未来发展趋势。

在激光雷达芯片化架构趋势下，激光雷达未来有望实现①发射端的VCSEL取代EEL以及波长从905nm向1550nm演进。②接收端采用SPAD（单光子探测器）与SiPM（硅光电倍增管）提高灵敏度。③开发专用SOC芯片提升算力、降低功耗、提高集成度。在各个子模块有以下具体发展趋势：

发射端逐渐采用平面化的激光器器件。EEL因具备高发光功率密度被广泛用作激光发发射器器件，EEL发光面位于半导体晶圆的侧面，需经过繁复地处理后才能使用，工艺上依赖人工装调难以标准化生产。而VCSEL(垂直腔面发射激光器)发光面与半导体晶圆平行，在工艺上与EEL相比更具优势；并且近年来国内外开发了多层结VCSEL激光器将其发光功率密度提升了5~10倍，弥补了传统的VCSEL激光器发光密度功率低的缺陷(低功率仅能在50米内的近距离场景中应用)，使VCSEL具备安装在长距离激光雷达上的能力，未来VCSEL有望逐渐取代EEL。

接收端采用SPAD（单光子探测器）与SiPM（硅光电倍增管）提高灵敏度。当前在激光雷达中线性雪崩二极管探测器APD使用较为广泛。近年来因为激光雷达行业的兴起，国内外不断优化单光子器件在近红外波段的量子效率，解决了单光子器件的硅材料对激光雷达所采用的近红外光波段的吸收系数较弱的问题，使具有极强的感光能力的单光子器件的实际探测灵敏度超越了APD，未来随着设计和工艺的优化，SPAD（单光子探测器）与SiPM（硅光电倍增管）相对APD更具性能优势。

开发专用SOC芯片集成探测器、射频前端、模数及数模转换与主控芯片FPGA功能。SoC(集成芯片，SystemonChip)可集成探测器、前端电路、算法处理电路、激光脉冲控制等模块，并集成主控芯片FPGA的功能。激光雷达未来或向纯固态方向演进，FMCW方案短期受制于成本。激光雷达从研发之初的单点式、单线扫描式，到后来的多线扫描式，再到技术方案不断创新的固态式、FMCW式，以及如今芯片化的发展趋势，不断进行技术迭代。FMCW对硅光芯片的要求比光通信产品更苛刻、成本在短期内难以降下来，而固态式的普及是当下的发展趋势。

FMCW工艺仍需时间成熟，目前尚在演进过程中。FMCW与ToF方案相比抗干扰程度高、信噪比低、能够直接测速、可实现更高程度的芯片化，但FMCW技术复杂度高且发展尚未成熟，目前成本较高，并且传统的FMCW设备普遍采用分立元器件，体积大、成本高、速度慢，在工业场景落地较少。

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