Marktbericht zu MEMS für mobile Geräte: Größe, Marktanteil und Trendanalyse nach Sensortyp (Fingerabdrucksensor, Beschleunigungssensor, Gyroskop, Drucksensor, BAW-Sensor, Mikrofone, Sonstige Sensortypen) und Region (Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Naher Osten und Afrika, Lateinamerika), Prognosen 2025–2033

Wachstumsfaktoren des Marktes für MEMS in Mobilgeräten

Zunehmende Akzeptanz des Miniaturisierungstrends

Einer der Hauptgründe für den steigenden Bedarf an MEMS in Mobilgeräten ist die Miniaturisierung dieser Geräte. Hersteller suchen ständig nach Möglichkeiten, ihre Technologie weiterzuentwickeln, um sich im Zuge der immer kleineren Endgeräte Wettbewerbsvorteile zu sichern. Der Einsatz von MEMS-basierten Beschleunigungsmessern in empfindlichen kommerziellen Geräten wie Smartphones hat dazu beigetragen, Größe und Kosten der Geräte zu reduzieren. Im Dezember 2020 brachte TDK einen MEMS-Beschleunigungsmesser für kleinere Geometrien auf den Markt. Die Verfügbarkeit in einem leichten, hermetisch verschlossenen SMD-J-Lead-Keramikgehäuse (12 x 12 x 5 mm, 1,4 g) ermöglicht eine kostengünstige Montage und hohe Zuverlässigkeit auf Leiterplatten, selbst bei schnell wechselnden Temperaturbedingungen. Da die Anzahl der Sensoren in einem Mobilgerät zunimmt, werden zudem immer miniaturisiertere MEMS benötigt, um die Designanforderungen zu erfüllen. Aktuell sind Mobilgeräte mit Sensoren wie Näherungssensoren, Beschleunigungsmessern und Gyroskopen ausgestattet.FingerabdrucksensorenUmgebungslichtsensoren, Kompasse, Hall-Effekt-Sensoren, Barometer und andere.

Nanoelektromechanische Systeme (NEMS) mit Graphen benötigen im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-MEMS-Beschleunigungssensoren eine um Größenordnungen kleinere Chipfläche und bieten dabei eine vergleichbare Empfindlichkeit. Diese Miniaturisierung von Bauelementen treibt den Markt für MEMS in Mobilgeräten an.

Steigende Nachfrage nach leistungsstarken Mobilgeräten

Angesichts der zunehmenden Nutzung ressourcenintensiver Smartphone-Apps werden leistungsstarke Mobilgeräte für jeden Nutzer unerlässlich. Zahlreiche Mobilgeräte werden mit Hochleistungschips ausgestattet. Diese benötigen MEMS-basierte Sensoren wie Beschleunigungsmesser, Gyroskope, Mikrofone und weitere, um den technologischen Wandel zu unterstützen. Künstliche Intelligenz und 5G-Technologien treiben die Hersteller zusätzlich zur Entwicklung leistungsstarker Mobilgeräte an. Hersteller von Hochleistungschips und MEMS unterstützen diese Gerätehersteller bei der Abstimmung und Entwicklung der resultierenden Geräte.

Smartphones haben sich hinsichtlich ihrer Leistung weiterentwickelt, wobei neue Chipsätze neue Anwendungen unterstützen. Zudem bringen Hersteller vermehrt 5G-Smartphones auf den Markt, was sich direkt positiv auf das Wachstum des untersuchten Marktes auswirkt. So kündigte Samsung beispielsweise im April 2021 die Markteinführung des Galaxy M42 5G an, seines ersten 5G-fähigen Geräts im mittleren Preissegment in Indien. Im März 2022 präsentierte Apple das neue iPhone SE mit 5G, langer Akkulaufzeit und dem A15 Bionic Chip. Neben den Marktführern im High-End-Smartphone-Segment, wie Samsung und Apple, bringen auch aufstrebende Hersteller leistungsstarke Smartphones auf den Markt, um mit den etablierten Anbietern zu konkurrieren. Beispielsweise kündigte der chinesische Smartphone-Hersteller Realme an, seine ersten High-End-Smartphones GT 2 und GT 2 Pro in Spanien einzuführen, um den europäischen Markt zu erschließen. Die Einführung leistungsstarker Geräte dürfte die Nachfrage nach fortschrittlicheren MEMS-Sensoren ankurbeln.

Hemmende Faktoren

Hochkomplexer Fertigungsprozess und anspruchsvolle Zykluszeit

MEMS-Bauelemente weisen ein breites Spektrum an Komplexität auf, von einfachen Systemen mit einem einzigen Element bis hin zu komplexen Systemen mit mehreren Elementen unter integrierter mikroelektronischer Steuerung. Dies stellt eine große Herausforderung für die Herstellung von MEMS-basierten Sensoren dar. Aufgrund der komplexen Konstruktion ist der Entwicklungszyklus von MEMS-basierten Sensoren langwierig. Mit den aktuellen CAD-Werkzeugen hat sich der Entwicklungszyklus aufgrund der zunehmenden Komplexität erheblich verlängert.

Die Herausforderung des komplexen Herstellungsprozesses behindert auch die Vision, Smartphones mit allgegenwärtigen intelligenten Sensorknoten auszustatten. Denn die Produktion der Billionen von Knoten, die ein Smartphone enthalten könnte, wäre ohne die Entwicklung hochentwickelter MEMS-Fertigungstechniken unmöglich. Da die Leistung von MEMS-basierten Sensoren umgekehrt proportional zu ihrer Größe ist, sinkt die Rohempfindlichkeit der meisten Sensoren. Der Frequenzgang könnte sich jedoch verbessern.

Die grundlegende Grenze der meisten MEMS-Sensorsysteme bleibt das thermische Rauschen. Temperatur und Molekülschwingungen versetzen alle mechanischen und elektrischen Bauelemente in Schwingung, wobei die durchschnittliche kinetische Energie im Bereich von einigen Tausend Milliardstel Joule liegt. Mikrostrukturierte MEMS-Bauelemente sind gegenüber diesen geringen Energiemengen anfällig. Die Miniaturisierung kompletter Mikrosysteme stellt eine der größten Herausforderungen für die MEMS-Technologie dar.

Marktchance

5G-Revolution und zunehmende globale Konferenzen

Die bevorstehende 5G-Revolution wird die Konnektivität voraussichtlich deutlich verbessern und dadurch exponentiell mehr Daten generieren. Ein weiterer Trend ist Edge Computing, das durch den Einsatz von Sensoren und MEMS eine neue Ära der Technologie einläutet. Die zunehmende Verbreitung von Sensoren in Mobilgeräten dürfte die Innovationen im Prognosezeitraum weiter vorantreiben.

Darüber hinaus wird erwartet, dass globale Konferenzen wie der IEEE MEMS, der MEMS & Sensors Technical Congress und der Mobile World Congress den Einsatz von MEMS-Sensoren in mobilen Geräten in den Vordergrund rücken werden, was voraussichtlich das Bewusstsein bei Systemintegratoren schärfen und somit das Marktwachstum ankurbeln wird.

Regionalanalyse

Nordamerika ist eine dominante Region

Der asiatisch-pazifische Raum hatte den größten Marktanteil und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 10 % wachsen. Der hohe Bedarf an Mobiltelefonen in Ländern wie Indien, China, Japan und Südkorea motiviert viele Anbieter, Produktionsstätten in der Region zu errichten. Die Verfügbarkeit von Rohstoffen sowie die günstigen Arbeits- und Baukosten haben Unternehmen ebenfalls dazu ermutigt, ihre Produktionsstätten dort anzusiedeln. Neben den Vorteilen der Fertigung treiben auch die hohe Nachfrage und die schnelle Expansion Mobiltelefonhersteller dazu, ihre Werke im asiatisch-pazifischen Raum zu errichten. Laut den aktuellsten Statistiken der chinesischen Regierung strömt die chinesische Bevölkerung zum Kauf teurer neuer 5G-Mobiltelefone. China exportierte 2021 mehr als 266 Millionen 5G-Telefone, ein Anstieg von 63,5 % gegenüber dem Vorjahr.

Darüber hinaus präsentierte Samsung im Januar 2021 seinen neuen 50-Megapixel-Bildsensor Samsung ISOCELL GN2. Dieser zeichnet sich durch große Pixel mit 1,4 Mikrometern (µm) aus, bietet eine verbesserte Fotoauflösung gegenüber dem Vorgänger ISOCELL GN1 mit bis zu 100 Megapixeln, leistungsstarkes HDR, einen optimierten Autofokus dank Dual Pixel Pro-Technologie und brillante Ergebnisse unabhängig von den Lichtverhältnissen dank Smart ISO Pro. Für mehr Flexibilität beim Filmen ermöglicht der GN2 Full-HD-Videos mit 480 Bildern pro Sekunde oder 4K-Videos mit 120 Bildern pro Sekunde. Die kontinuierlichen Verbesserungen der aktuellen Produktpalette dürften die Akzeptanz dieser innovativen Sensoren bei Smartphone-Herstellern weiter steigern.

Nordamerika ist die zweitgrößte Region. Bis 2030 wird ein Marktvolumen von voraussichtlich 2 Milliarden US-Dollar erwartet, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 5,5 % entspricht. Nordamerika, das bereit ist, neue Technologien und Fortschritte bei Mobilgeräten zu adaptieren, nimmt dank der Präsenz bedeutender Hersteller eine führende Position im MEMS-Markt für Mobilgeräte ein. MEMS-Sensoren in Smartphones zur Unterstützung navigationsbasierter Apps dürften mit dem Wachstum des Ökosystems vernetzter Geräte weiter an Bedeutung gewinnen. Die Vereinigten Staaten gehören zu den wichtigsten Ländern der Region, die die Verbreitung vernetzter Geräte fördern und unterstützen.

Da 5G-Dienste in vielen Teilen der Region eingeführt werden, dürfte die Bedeutung von MEMS-Sensoren weiter zunehmen. Die führenden MEMS-Sensorhersteller der Region verfolgen zudem innovative Produktstrategien, um ein fortschrittliches und breites Produktportfolio für verschiedene Branchen anzubieten. Die zunehmende Innovation bei MEMS-Mikrofonen, insbesondere durch Smartphones, wird durch Unternehmen im Bereich Smart Wearables weiter vorangetrieben, vor allem hinsichtlich Produktgröße und Stromverbrauch. Dies eröffnet neue Wachstumschancen für schallbasierte MEMS-Sensoren.

Europa ist die drittgrößte Region. Die Nachfrage nach Smartphones ist in dieser Region aus Ländern wie Deutschland, Frankreich und Großbritannien stark gestiegen. 2020 hatte Samsung den größten Marktanteil, gefolgt von Apple. Auch in Ost- und Mitteleuropa stieg die Marktdurchdringung 2021 weiter an. Auf einem virtuellen Event unter dem Motto „Featuring You“ im März 2021 kündigte OPPO die regionale Markteinführung seiner neuen, voll 5G-fähigen Reno5-Serie an, bestehend aus den Smartphones Reno5 Pro 5G, Reno5 5G und Reno5 Z. Dank seiner Sensoren liefert das Gerät bei jeder Aufnahme eine höhere Videoqualität sowie verbesserte Porträtaufnahmen und -videos. Die 50-MP-Kamera Sony IMX766 im OPPO Reno5 Pro 5G unterstützt zudem All-Pixel Omni Focus, bei dem jedes Pixel zur Bildfokussierung genutzt wird. Zusätzlich verfügt die Kamera über eine 32-MP-Frontkamera, eine 16-MP-Ultraweitwinkelkamera, eine 13-MP-Telekamera, eine 2-MP-Makrokamera und eine Farbkamera.TemperatursensorEs wird erwartet, dass Smartphones in der Region, in der intelligente Ökosysteme für Städte wachsen und zu einem unverzichtbaren Werkzeug für die Unterhaltungselektronikbranche werden, eine noch wichtigere Rolle im IoT-Ökosystem spielen werden. Daher integrieren Smartphone-Hersteller zunehmend MEMS-Sensoren, die diese Geräte und Anwendungen durch Überwachung und Regulierung ihrer Nutzung unterstützen.

Segmentanalyse

Nach Typ

Der globale Markt für MEMS-Sensoren in Mobilgeräten ist nach Sensortyp in Fingerabdrucksensoren, Beschleunigungssensoren, Gyroskope, Drucksensoren, BAW-Sensoren, Mikrofone und sonstige Sensoren unterteilt. Das Mikrofonsegment hatte den größten Marktanteil und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 8,4 % wachsen. Fortschrittliche MEMS-Mikrofone können das Audioerlebnis in Smartphones verbessern. Die hohe Verbreitung von Smartphones mit vielen Funktionen führte dazu, dass mehrere Mikrofone pro Gerät für die Audioverarbeitung eingesetzt werden, beispielsweise für Echo- und Rauschunterdrückung, Windgeräuschfilterung, Beam Steering, 3D-Sound und andere innovative Effekte. Dies erweiterte den Markt für MEMS-Mikrofone. Apple Inc. gehörte zu den Pionieren im Einsatz von MEMS-Mikrofonen für seine iPhones. Das Unternehmen integriert seit der Entwicklung des iPhone 4 konsequent kapazitive MEMS-Mikrofone in seine iPhone-Produkte. Neben Mobiltelefonen integrieren Elektronikhersteller MEMS-Mikrofone und andere Sensoren auch in Handheld-Geräte, Smartwatches, Tablets, medizinische Geräte, Wearables und IoT-Geräte (Internet der Dinge). Die zunehmende Verbreitung des Internets trägt maßgeblich zur steigenden Nutzung von Smartphones und vernetzten Geräten bei. Das Wachstum der Internetnutzung und der Smartphone-Verbreitung markiert auch den Markteintritt internationaler Mobiltelefonhersteller. Mit der zunehmenden Akzeptanz und Verbreitung von Mobiltelefonen wird die Nachfrage nach MEMS-Mikrofonen steigen.

Das Segment der Gyroskope ist das zweitgrößte. MEMS-Gyroskope, auch MEMS-Drehratensensoren genannt, werden zur Dreherkennung eingesetzt, wenn kein fester Bezugspunkt vorhanden ist. Gyroskope in Mobilgeräten ermöglichen somatische Spiele, den Wechsel der Ansicht in Spielen und die Navigation, wenn kein GPS-Dienst verfügbar ist. Darüber hinaus werden Gyroskope unter anderem in VR- und AR-Anwendungen, 3D-Fotografie und Panoramanavigation verwendet. Faktoren wie die zunehmende Abhängigkeit von standortbezogenen Diensten und sinkende Smartphone-Preise verstärken den steigenden Bedarf an mobilen standortbezogenen Diensten. Diese können in geschlossenen Räumen ohne Satellitenempfang hilfreich sein und unterstreichen somit die Notwendigkeit von Smartphones. Viele Smartphone-Hersteller drängen darauf, ihre Geräte AR-kompatibel zu machen, wobei das Gyroskop eine zentrale Komponente für die Ausführung von AR-Spielen darstellt. Google hat verschiedene Geräte für die ARCore-Unterstützung zertifiziert. Zu diesen Mobiltelefonherstellern gehören Asus, Google Pixel, LG, Realme, Samsung, Xiaomi und viele andere. Diese Markttrends treiben die Nachfrage nach MEMS-Gyroskopen für AR- und VR-basierte Anwendungen voran, die in den kommenden Jahren weiterhin bestehen wird.