2025年芯动联科研究报告:MEMS惯性传感器龙头,多领域共振高速成长

芯动联科:高端MEMS惯性传感器龙头,高速成长

深耕MEMS陀螺仪和加速度计,应用领域不断拓展

公司发展历程。公司成立于2012年7月,专注于MEMS陀螺仪、加速度计产品。自公司成立以来,公司产品已广泛应用于工业生产、工业设备 监测与维护、无人系统导航与控制、海洋监测、气象预报、水上水下无人设备导航与控制、石油勘探、测量与测绘、桥梁监测、地质勘探、灾情 预警等领域并获得了多领域客户的一致认可和批量订购。展望未来,公司将进一步开拓自动驾驶、机器人、民用航空、商业航天等市场,为更广 泛的客户提供更智能化、更低成本、更微型化的传感器产品及解决方案。

核心产品特征及应用领域。1)高性能 MEMS 陀螺仪:主要产品是XDR330产品。基于 SOI 体硅工艺,有独特结构设计,性能优且易生产。用 于高端工业、无人系统等,如飞行体导航、平台稳定、姿态感知及状态监测等,提供高精度角速率测量和运行保障。2)高性能 MEMS 加速度计 :基于 SOI 体硅工艺与高性能 ASIC 电路,精度达 μg 级。应用于惯性测量系统,在石油测斜、测绘等领域确定载体位置与重力场参数,也用于 机器人姿态控制等对精度要求高的场景。3)MEMS压力传感器:主要用于气象监测、压力仪表、大气数据计算机等领域。

公司主要产品为高性能MEMS惯性传感器,主要包括MEMS陀螺仪、加速度计、惯性测量单元等。公司长期致力于自主研发高性能 MEMS 惯性传感 器,经过多年的探索和发展,公司高性能MEMS惯性传感器的核心性能指标达到国际先进水平。主营产品端,MEMS陀螺仪收入占比持续超过70%,近 年MEMS加速度计也保持较高收入增长。公司产品下游应用领域逐步拓宽,在高端工业、惯性系统、无人系统等领域不断深耕。

产品长期保持高毛利率。根据公司24年三季报,2024Q1-3公司实现收入2.7亿元,同比增长 41.2%;24Q1-3公司归母净利润为1.38亿元,同比增长 42.4%。毛利率端,公司MEMS陀螺仪与MEMS加计核心参数指标达到了国际先进水平,议价能力较强,长期保持较高的毛利率水平。近年公司主营产 品毛利率有所波动,主要系售价、原材料价格等的影响。

公司技术储备雄厚,业绩高速增长

人员结构:高研发人员占比。公司作为研发驱动型高技术企业,研发人员占比持续超过50%,截至2023年底,公司共有员工156人,其中研发 人员占比达50%。 销售模式:极高的直销占比。根据招股书,公司近年的直销占比超过了80%。费用率角度,公司近年保持了较高的研发投入,24Q1-3研发费用 率突破30%。因为公司大部分直销,销售费用率长期保持在5%以下;且近年管理费用率呈逐渐下降趋势。

经营模式:公司采用Fabless经营模式,专注于MEMS惯性传感器芯片的研发、测试和销售。公司将晶圆制造、芯片封装环节交由专业晶圆制造厂 及封装厂完成,MEMS陀螺仪核心结构包括MEMS芯片及ASIC芯片。工艺端ASIC芯片采用标准CMOS制造工艺,而MEMS芯片采用体硅加工工艺, 准化程度较低。公司和晶圆厂、封装厂合作开发MEMS工艺方案,以保证产品的质量和良率,从而提高传感器芯片产品的性价比和市场竞争力。销售模式:公司以直销为主。直销模式下,客户直接向公司下订单,公司根据客户订单进行生产和销售;经销模式下,经销商根据其渠道客户需求 向公司下达订单。基于较强的技术积累,公司保持较低销售费用率,长期综合毛利率超过80%,净利率中枢在50%左右;近年公司收入及利润增速中 枢保持在40%左右。

高性能MEMS惯性传感器:高壁垒、高延展

高性能MEMS陀螺仪的原理、特征及应用

MEMS陀螺仪的结构。MEMS陀螺仪由一颗MEMS芯片和一颗ASIC芯片组成,两颗芯片封装一起构成了陀螺仪,其姿态测量、平台稳定、导航 推算等功能在消费电子、汽车电子领域获得越来越广阔的应用。MEMS即微机电系统,MEMS是利用传统的半导体工艺和材料,通过微纳米技术 在芯片上制造微型机械结构,并将其与对应的电路结构集成为一个整体。受益于普通传感器无法企及的IC硅片加工批量化生产带来的成本优势, MEMS同时又具备普通传感器无法具备的微型化和高集成度。

MEMS陀螺仪的原理:基于科里奥利力。MEMS振动陀螺仪墓利用改变振动物体振动平面的方向来产生陀螺力矩,其主体是高频微振动的原件 ,利用高速振动的质量块在被基座带动时产生的科里奥利效应,来感知角速度。目前MEMS陀螺仪常采用调音叉结构,由两个振动并不断做反向 运动的物体组成。每个物体的科里奥利力反向,从而引起电容变化,电容差值与角速度成正比,再将兼容差值转换为其他输出信号。

基于ALLAN方差,辨识陀螺仪的误差。ALLAN方差基于时域的分析方法,定义为频率数据一阶差分平方的无限平均的一半。2003年以来, ALLAN方差首次作为MEMS陀螺仪随机误差的分析方法。MEMS陀螺仪的随机误差主要包括量化噪声Q、角随机游走N、零偏不稳定性B、速率随 机游走K、速率斜坡R等。上述参数可以在ALLAN标准差中以不同的斜率呈现出直线特征,ALLAN标准差图可以在不同区域辨识出各种噪声。

公司的MEMS加工工艺:体硅SOI工艺。SOI工艺采用全硅结构,通过硅—硅键合技术将硅与硅片粘接在一起,由于是全硅结构,因此不存在由于 热膨胀系数带来的应力影响。SOI工艺具有较高的加工精度,易于电路单片集成。SOI工艺具有与IC工艺更好兼容性的特点, 适用于更多MEMS器件制 造, 可用于制作MEMS惯性器件、MEMS 光学器件、生物MEMS、流体MEMS等多种器件,具有更广的适用性,可实现批量加工需求,是目前的一个 主流加工工艺。

表面硅MEMS加工技术:工艺成熟,与IC工艺兼容性好。它利用硅平面上不同材料的顺序淀积和选择腐蚀来形成各种微结构。它的基本思路是:先在 基片上淀积一层称为牺牲层的材料, 然后在牺牲层上面淀积一层结构层并加工成所需图形。

MEMS惯性传感器国际巨头主导,高壁垒、高延展

MEMS行业市场空间及下游应用。根据Yole,2021年MEMS行业全球市场空间约为136亿美元,其中IMU市场约为18.3亿美元;预计2027年全 球MEMS行业市场空间将达到223亿美元,2021至2027年行业CAGR达9%,2027年预计IMU市场空间将达到27.9亿美元。 不同类型的MEMS产品:根据Yole,不同的MEMS产品处于不同的成熟度;例如惯性传感器、压力传感器等都处于相对成熟的阶段,将在下游多 领域迎来应用拓展;而MEMS气体传感器、能量捕捉等都处于早期阶段。

MEMS产品的细分结构。根据Yole,MEMS惯性传感器包括加速度计、陀螺仪、磁力计、惯性传感组合,2021年上述四类产品市场规模合计 35.1亿美元,占比25.8%,是MEMS行业中的要产品类型。 MEMS下游行业分布:根据Yole,从2022年市场看,消费电子、汽车和工业市场是 MEMS 行业最大的三个细分市场,其中消费电子的下游占 比超过了50%,是下游第一大市场。

MEMS惯性传感器发展趋势:细分领域逐步替代两光器件

MEMS陀螺仪的发展趋势:部分领域逐步替代两光陀螺仪。MEMS陀螺仪和两光(激光、光纤)陀螺仪在部分无人系统、高端工业、高可靠等 应用领域有所重合。高性能MEMS陀螺仪精度不断提升,且具备成本优势,可逐步应用于中低精度两光陀螺的应用领域。且高性能MEMS陀螺仪 有小体积、高集成、抗高过载的优势,可解决光纤陀螺和激光陀螺由于体积较大、抗冲击能力弱的问题,满足高可靠、无人系统等领域智能化升 级的要求,进一步拓展高性能MEMS陀螺仪的增量市场。不同级别市场,不同的陀螺仪分布。工业级产品,MEMS高性能陀螺仪占据了大部分份额;在战术及导航级应用,两光陀螺仪占据78%及92% 的份额;在战略级应用中,激光陀螺仪的占比超过了70%。

公司具备较高技术领先性,下游多领域共振成长

MEMS惯性传感器龙头,技术水平领先

公司陀螺仪产品性能达到导航级,在高性能硅基MEMS陀螺仪领域处于国际先进水平。公司代表性产品陀螺仪——33系列产品,核心参数不输甚至 领先于海外头部企业,公司高性能MEMS陀螺仪核心性能指标已达到国际先进水平,亦可达到部分光纤陀螺仪和激光陀螺仪等传统陀螺仪精度,且 公司的单轴价格较低,体积和重量优于两光陀螺仪。 

公司多领域技术储备深厚。1)陀螺仪MEMS芯片设计及工艺:公司储备了陀螺仪MEMS芯片设计仿真技术、正交误差补偿技术、抗高过载技术、 高性能MEMS陀螺仪加工工艺技术;2)陀螺仪ASIC芯片设计技术:公司具有陀螺仪ASIC芯片的系统级建模技术、自时钟生成技术、闭环检测技术 、模态匹配技术、去耦合技术、标度因数自补偿技术、ASIC 芯片低噪声设计技术;3)低应力MEMS传感器CLCC封装技术:公司掌握低应力 MEMS 传感器CLCC 封装技术,对封装结构、材料和工艺条件持续改进,得到优化的封装工艺方案,可以显著降低封装应力对传感器性能的影响, 同时提高抗冲击能力;4)MEMS 惯性传感器测试标定技术:公司掌握MEMS 芯片晶圆测试系统、MEMS 惯性传感器成品测试系统。

高可靠领域是基本盘,高端工业及无人系统领域逐步拓展

募投项目中,高端工业领域及无人系统领域拓宽收入增量。公司募集资金投入高性能及工业级MEMS惯性导航项目建设、扩产及巩固技术等。除了高 可靠领域,公司在其它领域的拓展也在加速,根据公司公告,在高端工业及无人系统领域,公司正在进行多个项目推动。 压力传感器领域积极拓展,取得一定成果。主要产品为集成谐振式MEMS绝对压力传感器,主要进行大气压测量,可用于气象监测,压力控制器等。

报告节选:


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