机器人系列报告：传感器：汽车电子国产替代，机器人再添增长空间

行业报告|行业深度研究 机器人系列报告 证券研究报告 2024年6月21日 传感器：汽车电子国产替代，机器人再添增长空间 作者： 分析师孙潇雅SAC执业证书编号：S1110520080009 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 行业评级：强于大市上次评级：强于大市 (维持评级） 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 2 一、传感器属性：市场大而散，其中最大下游在汽车电子，此领域多为海外垄断，国内企业突破中 传感器是指能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号的器件或装置，一般包含敏感元件、转换元件和转换电路。传感器有多种分类方式，按照被测对象可分为位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速等传感器，按照工作原理可分为电阻式、电感式、电容式、压电式、光电式、热电式、波式和辐射式等传感器。传感器产业链包括上游原材料（半导体、陶瓷、高分子、金属）、中游制造，下游应用，下游应用主要有工业自动化、汽车电子、医疗设备、智能家居等。 传感器市场空间大但品类多（分下游分品种），海外占比较高（欧美合计占7成左右），汽车电子是最大的下游（占比3成+）。从全口径看， 全球/国内传感器市场空间达千亿美元/千亿人民币。1）从下游看：汽车电子占比32%，消费类占比18%、工业类占比16%；2）从区域看：北美占比43%，其次是欧洲、日本，国内占比较低，故存在较大国产替代空间。3）从品种看：压力传感器占比最大，在汽车电子占比30%，在消费类占比14%。 传感器行业竞争格局呈现整体分散，细分品类集中的特点，国内企业在中高端传感器市场与海外企业差距较大，主要体现在市占率和智能 传感器的芯片自供能力。 二、传感器赛道期权：是人形机器人重要零部件，在人形产业趋势下，加持传感器赛道成长空间人形机器人用传感器主要包括力、触觉、位置和视觉传感器。 从供应链配套看，力传感和电子皮肤尚不明晰，视觉方面，奥比中光配套客户较多。 三、传感器工艺壁垒，什么样的公司能脱颖而出？ 传感器品类和下游较多，不同类别有不同的工艺特性，我们从存量和增量市场空间大小出发，重点分析汽车领域用压力传感器（存量最大 下游和占比最高品类）、力矩传感器和电子皮肤（人形机器人空间和弹性较大品类）。 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 3 3.1汽车压力传感器 目前汽车压力传感器的难点在于：1）压力传感器为安全件，整车厂在选择供应商时相对谨慎，产品验证周期较长；2）压力传感器下游汽车电子被海外垄断，整车厂商使用的ECU、ESP等汽车电子系统主要由海外企业提供，国内汽车电子系统的落后。 汽车用压力传感器细分为陶瓷电容、MEMS（玻璃微熔广义角度也属于此类）。陶瓷电容式压力传感器的生产壁垒主要体现在陶瓷芯片的制 备和高质量封接：1）材料选择：主流使用氧化铝材料，氧化铝含量的提高可以提高机电性能但加工难度也增大；2）陶瓷片制备：需要干燥工艺解决表面和底层干燥不一致的问题；3）封接：印刷和烧结技术：电极导体后膜印刷技术，保证膜片和基座的微间隙距离精度。MEMS压力传感器工艺制造需要经过四个步骤：晶圆制造、薄膜沉积、表面微加工技术、封装和测试。 3.2力矩传感器 应用于机器人市场的六/单维力矩传感器主流是电阻式应变片传感器，弹性体和应变片是核心零部件。电阻式应变片力传感器主要由敏感元件（即为弹性体）、外部封装、集成电路板和电阻应变片等部件组成。弹性体的结构决定所测量的力的维度和量程，应变片的选择包括金属和半导体材料。 六维力传感器生产壁垒主要体现在：1）标的设备需自制：标定设备主要用于确定传感器的转换特性，确定传感器的输入-输出关系。六维 联合加载设备是高精度六维力研发和生产的必要条件，但是目前六维联合加载设备没有标准产品可以直接采购，一般由传感器生产厂商自行研制；2）解耦算法需时间和经验积累（分为硬件解耦合软件解耦，BP神经网络常见解耦算法）。 目前多采用金属应变片+人工贴片，考虑降本，未来硅应变片+玻璃微熔工艺有望成为六维力大批量生产时的首选路线。目前六维力传感器依然以人工显微镜下的手动贴片为主，大批量市场下无规模效应使单位成本难以下降。1）硅应变片：优势在于灵敏度，大批量生产下单位成本下降空间大。2）玻璃微熔技术：将高温熔化的玻璃纤维作为黏合剂，可实现自动贴（用烘烤机把玻璃胶烘上去），适合大批量生产 （设备耗电量大，大批量才有经济性）。微熔玻璃的热膨胀系数与硅应变片基本相似，因此在硅应变片的贴片方面具有良好的应用前景。 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 4 3.3电子皮肤 压阻式传感器更适合人形机器人灵巧手需求，电容式适合身体关节的安全作业需求。柔性触觉传感器由敏感材料、电极材料、衬底材料构成。生产壁垒体现在敏感材料：1）材料选择：使用较多的是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯泡沫（PORON）；2）结构设计：常见有金字塔、微针式等结构；3）工艺制作：存在电子印刷术和MEMS工艺；4）标定：仍需要研究人员利用大量的实验和AI情景模拟。 四、投资建议 汽车传感器投资逻辑在于国产替代，目前国产化率较低，重点推荐【安培龙】、建议关注【华培动力】。 此外，电子皮肤目前阶段更考验材料配比，建议关注【福莱新材】。 风险提示：人形机器人发展不及预期、特斯拉人形机器人进展不及预期、力传感和电子皮肤国产化进展不及预期、测算有主观性。 一、传感器存量市场空间大而散，海外企业市占率和盈利能力较高 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明5 资料来源：《机器人传感器》迟明路、天风证券研究所 6 传感器是指能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号的器件或装置，一般包含敏感元件、转换元件和转换电路。 敏感元件负责信号采集，是传感器中能直接感受（或响应）被测量的部分； 转换元件则根据嵌入式软件算法，对敏感元件输入的电信号进行处理，以输出具有物理意义的测量信息； 最后通过转换电路与其他装置进行通信。 图：传感器的组成 资料来源：《传感器与检测技术（第2版）》牛百齐等、天风证券研究所 7 传感器可以按照被测对象或工作原理进行分类： 根据被测对象：可分为位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速等传感器。 根据工作原理：可分为电阻式、电感式、电容式、压电式、光电式、热电式、波式和辐射式等传感器。 表：传感器按照被测对象分类 资料来源：安培龙招股书、智研咨询、华经情报网、力淮传感官网、《敏感材料及传感器发展探析》刘超、《高分子功能材料及在传感器中的应用》卢崇考、天风证券研究所 8 传感器产业链主要包括上游的原材料、中游的传感器制造和下游的不同应用市场。 上游原材料：主要包括半导体材料、陶瓷材料、高分子材料、金属材料等； 中游：为各种类型的传感器，由各类传感器供应商组成，主要完成传感器产品的设计、组装和销售； 下游：主要应用有工业自动化、汽车电子、医疗设备、智能家居、环境监测等领域。 表：传感器产业结构图表：传感器上游原材料分类 资料来源：安培龙招股书、华经情报网、中商情报网、赛迪顾问、天风证券研究所 9 根据华经情报网的数据，2022年全球传感器市场规模达1844亿美元，预计2023年全球传感器市场规模将达2032亿美元。 从下游看：汽车电子占比32%，消费类占比18%、工业类占比16%。 从区域看：北美占比43%，其次是欧洲、日本，国内占比较低，故存在较大国产替代空间。 从品种看：传感器可以分为压力传感器、加速度传感器、温度传感器、流量传感器、湿度传感器、气体传感器等。根据赛迪顾问披露的2019年数据，压力传感器占比最大，在汽车电子占比30%，在消费类占比14%。 图：全球传感器市场结构2019年图：全球传感器市场区域分布2022年图：中国传感器市场结构2022年表：中国传感器分产品分终端市场空间2019年 资料来源：MIR睿工业公众号、昌晖仪表官网、华经情报网、MordorIntelligence、森萨塔公司公告、安培龙招股书、中商产业研究院、亿渡数据、天风证券研究所 10 传感器不同细分领域有不同头部企业，呈现整体分散，细分品类集中的特点。全球头部企业具备产业链纵向一体化或跨行业解决方案能力，这些企业的传感器与软件配合方面优势明显，具有较强的盈利能力。例如森萨塔作为传感器制造商，提供基于传感器的解决方 案，近五年毛利率超过30%，提供的电气保护产品组合（包括组件和系统）中除了传感器，还由各种开关、熔断器、电池管理系统、逆变器、储能系统、高压配电装置、控制器和软件组成。 整体分散：千亿美元，全球市场每个公司的份额都不高，但是细分市场很高。例如压力传感器这个品类的主要市场参与者是博世、泰 科电子、英飞凌；在位移传感器市场中基恩士的市场份额超过60%。 表：全球传感器细分市场的头部公司 头部企业 压力传感器 博世、泰科电子、英飞凌 位移传感器 基恩士、松下电器、欧姆龙、巴鲁夫、倍加福 图像传感器 索尼、三星、韦尔股份、意法半导体、安森美 温度传感器 霍尼韦尔、西门子、ABB、艾默生、德州仪器 MEMS传感器 博世、博通、威讯联合、意法半导体、德州仪器、歌尔微 汽车传感器 博世、森萨塔、日本电装 资料来源：前瞻产业研究院、中商产业研究院、天风证券研究所 11 中国市场达千亿人民币，年均复合增速约为11%，市场空间大。根据中商产业研究院数据，2022年中国传感器市场规模近3097亿人民币，预计2024年中国传感器市场规模将达3733亿人民币，年均复合增速约为11%。 我国国内供给能力不足，艾默生、西门子、博世、意法半导体、霍尼韦尔等国外企业在2020年占据超过60%的市场份额。分品类看，国内企业在中高端市场竞争力不足；分产业链看，国内企业芯片依赖进口。 分品类：中高端传感器进口比例达80%；2020年我国传感器TOP5公司如歌尔股份、汉威科技等的份额占据了国内传感器企业所占 份额的40%以上，其余60%为中小企业，产品主要集中在中低端，国内传感器公司的产品结构较为简单。 分产业链：中国市场传感芯片进口比例达90%（芯片是传感器信号调节电路、微电子计算机存贮器及接口电路的集成），跨国公司 在中国MEMS传感器市场占比高达60%。 图：2020年中国传感器行业市场份额图：2020年中国传感器企业集中度图：中国传感器企业及其产品 博世始于1886年，是全球领先的汽车技术和服务供应商，主要分为四个业务领域：汽车与智能交通技术、工业技术、消费品、能源和建筑技术。博世利用其在传感器技术、软件和服务方面的专业知识，为全球客户提供整合式跨领域解决方案。 博世是全球最大的汽车零部件供应商之一，以其一站式解决方案和专业研发技术在汽车传感器行业保持竞争优势。博世贴近应用场景提供传感器及其他零部件产品，为客户提供13类一站式跨领域应用方案，传感器产品主要体现在动力总成解决方案、电动汽车、跨域计算解决方案、和汽车电子。其中子公司BoschSensortec，为各种应用场景供应MEMS传感器。 2022年博世在全球汽车传感器市场中以21%的份额排名第一。博世从1969年开始研发传感器，90年代开发了MEMS传感器，拥有MEMS传感器从芯片设计到传感器生产的全流程技术和系统集成能力。博世始终重视在技术研发方面的投入，2023年研发费用达到73亿欧元，研发费率8%，其中超过70%用于汽车业务部，投入研究电气化、自动驾驶技术、汽车电子、传感器等。 图：博世营收、EBIT、EBITMargin、毛利率（亿欧元，%）图：博世产品结构 777.21 32% 32% 33% 787.48 882.0132% 915.96 714.94 3.7% 29.03 2.3% 16.57 3.6% 28.15 3.9% 34.74 45.03 31% 30.0%25.0%20.0%15.0%10.0