釋放千億產(chǎn)業(yè)紅利的MEMS市場

作者：豐寧

隨著5G與物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，中國MEMS市場迎來新的增長機遇。

在中國制造戰(zhàn)略中，前幾年唱主角的是主機裝備等大國重器，而處在感知最前端的傳感器，則是微不足道的配角。然而，傳感器往往是處于一切工業(yè)產(chǎn)品的最前沿陣地，它提供了感知物理世界的第一道哨卡，其在現(xiàn)代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)中，重要性并不輸芯片。

為避免國產(chǎn)傳感器進入像芯片那樣的窘境，國家不斷在科技創(chuàng)新規(guī)劃中加強傳感器的地位。各企業(yè)也響應(yīng)號召積極投產(chǎn)，其中最有代表性的就有MEMS傳感器。

MEMS傳感器就是把一顆MEMS芯片和一顆專用集成電路芯片（ASIC芯片）封裝在一塊后形成的器件，用于探測和檢測物理、化學(xué)、生物等現(xiàn)象和信號。

隨著全球電子制造產(chǎn)業(yè)鏈加速向亞太地區(qū)轉(zhuǎn)移，憑借成本等優(yōu)勢，MEMS產(chǎn)業(yè)重心也不斷東遷，中國自然成為MEMS發(fā)展?jié)摿ψ畲蟆⒃鏊僮羁斓氖袌?。尤其?G與物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，對MEMS產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深遠影響，催生出大量創(chuàng)新產(chǎn)品及應(yīng)用，帶動MEMS產(chǎn)品在工業(yè)生產(chǎn)及日常生活的普及化，使得中國MEMS 市場迎來新的增長機遇。

在消費電子領(lǐng)域，5G換機潮使單部手機 MEMS 傳感器數(shù)量不斷增加；智能家居和可穿戴設(shè)備的興起也有效擴大 MEMS 傳感器的市場空間。

汽車電子是 MEMS 產(chǎn)品的第二大市場，汽車自動化程度提高和政府推出的汽車安全規(guī)定也給 MEMS 傳感器的應(yīng)用帶來機遇。

智能制造和醫(yī)療領(lǐng)域同樣存在較大市場機會，其中醫(yī)用MEMS傳感器已成為智慧醫(yī)療的核心。

其中，消費電子是MEMS的第一大市場，占比44%，汽車領(lǐng)域位居第二，占比24%，醫(yī)療設(shè)備占比17%。

此外，近幾年國內(nèi)MEMS市場增長幾乎每年保持在20%，即便是疫情爆發(fā)的2020年，MEMS市場增速也達到了23%，是當(dāng)年GDP增速的10倍，我們的市場應(yīng)用正處于快速增長階段，預(yù)計2022年市場將會突破1000億，并且未來每年還會保持20%左右的速度持續(xù)增長。

那么，MEMS有何優(yōu)勢可以吸引如此巨大的增量市場？

MEMS的優(yōu)勢

用MEMS工藝制造的傳感器具有微型化、集成化、可大批量生產(chǎn)等特點。同時，MEMS傳感器不僅能夠感知被測參數(shù)，將其轉(zhuǎn)換成方便度量的信號;而且能對所得到的信號進行分析、處理和識別、判斷，因此MEMS也被稱為智能傳感器。

微型化：MEMS器件體積小，一般單個MEMS傳感器的尺寸以毫米甚至微米為計量單位，重量輕、耗能低。同時微型化以后的機械部件具有慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時間短等優(yōu)點。MEMS更高的表面體積比可以提高表面?zhèn)鞲衅鞯拿舾谐潭取?/p>

可批量生產(chǎn)：以單個5mm*5mm尺寸的MEMS傳感器為例，用硅微加工工藝在一片8英寸的硅片晶圓上可同時切割出大約1000個MEMS芯片，批量生產(chǎn)可大大降低單個MEMS的生產(chǎn)成本。

集成化：MEMS在封裝機械傳感器的同時，還會通過集成ASIC芯片，來控制MEMS芯片以及轉(zhuǎn)換模擬量為數(shù)字量輸出。與此同時，微傳感器、微執(zhí)行器和微電子器件的集成可制造出可靠性、穩(wěn)定性很高的MEMS。隨著MEMS的工藝的發(fā)展，現(xiàn)在傾向于單個MEMS芯片中整合更多的功能，實現(xiàn)更高的集成度。

MEMS產(chǎn)業(yè)模式

Fabless+Foundry模式：芯片設(shè)計企業(yè)專注于 MEMS 芯片及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計，完成設(shè)計后交由第三方晶圓廠生產(chǎn)制造出 MEMS 芯片，經(jīng)過封裝測試后實現(xiàn)向消費電子、汽車、醫(yī)療和工控等應(yīng)用領(lǐng)域客戶的出貨。

IDM模式：IDM 企業(yè)即垂直整合器件制造商，該類廠商除了進行集成電路設(shè)計之外，一般還擁有自有的封裝廠和測試廠，其業(yè)務(wù)范圍涵蓋集成電路的設(shè)計、制造、封裝和測試所有環(huán)節(jié)。除自主設(shè)計傳感器外，需配套大量傳感器制造和封裝測試所需設(shè)備，資金投入大。由于IDM模式對技術(shù)積累、生產(chǎn)規(guī)模和資金實力等方面要求高，采用該模式的企業(yè)均為全球大型MEMS傳感器企業(yè)。

外購芯片封測模式：國產(chǎn)MEMS封裝產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)處于相對領(lǐng)先的地位，但高端測試設(shè)備仍被國外龍頭企業(yè)壟斷。且中國MEMS壓力傳感器行業(yè)起步較晚，本土企業(yè)在傳感器設(shè)計方面的技術(shù)積累薄弱，本土企業(yè)多通過外采海外傳感器企業(yè)設(shè)計好的芯片以及與傳感器配套的其他芯片如ASIC信號調(diào)理電路芯片，自行或委托代工廠完成傳感器的封裝和測試，再將傳感器成品銷售給下游終端客戶的方式。

全球MEMS龍頭主要以IDM垂直整合制造為主，即涵蓋IC設(shè)計、IC制造、封裝測試等各個環(huán)節(jié)，甚至延伸到下游終端集成，其利用內(nèi)部資源整合優(yōu)勢，從MEMS 設(shè)計到制造所需時間較短，并大部分擁有自己的知識產(chǎn)權(quán)，技術(shù)開發(fā)能力較強，具有技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢。目前全球 MEMS 龍頭主要包括意法半導(dǎo)體、德州儀器、博世、博通和 Qorvo、樓氏電子等。

那么，是不是可以說MEMS產(chǎn)業(yè)更適合IDM模式？

實則不然。

MEMS具有“一類產(chǎn)品，一種制造工藝”的特點。隨著新興器件的涌現(xiàn)、新細分市場及應(yīng)用的開辟以及純代工 MEMS 企業(yè)在擅長領(lǐng)域內(nèi)的設(shè)計與加工工藝沉淀而產(chǎn)生的經(jīng)驗效應(yīng)，能夠同時處理多類器件開發(fā)及生產(chǎn)的純MEMS 代工企業(yè)將成為制造外包業(yè)務(wù)中的強力競爭者。就競爭強度而言，部分中低端器件尤其是消費電子類 MEMS 器件出貨量巨大且技術(shù)要求較低，商品同質(zhì)化程度較高，隨著IDM 企業(yè)受到來自升級產(chǎn)業(yè)線以及降低成本維持利潤的壓力不斷增加Fabless+Foundry模式品的商業(yè)模式將成為未來行業(yè)業(yè)務(wù)模式的主流。

在中國MEMS產(chǎn)業(yè)即將步入黃金機遇期之際，國內(nèi)企業(yè)的代工能力已和國外不相上下。不過中國MEMS產(chǎn)業(yè)要徹底實現(xiàn)我國MEMS產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展和自主可控，最關(guān)鍵的是需要MEMS芯片的設(shè)計和代工制造搭建完整的產(chǎn)業(yè)鏈齊頭并進，因此市場源源不斷的涌現(xiàn)一些IDM企業(yè)，與代工企業(yè)探索新的市場機會，開啟攻堅戰(zhàn)。

國產(chǎn)攻堅

歌爾股份（代工）：中國微型麥克風(fēng)代表性企業(yè)，在微型麥克風(fēng)領(lǐng)域，市場占有率居世界同行業(yè)之首。歌爾在2020年全球MEMS廠商營收排名中升至第六位，繼去年首次躋身前十后，僅用一年時間排名升至第六，也是前十名中唯一一家中國企業(yè)。

瑞聲科技（代工）：瑞聲科技在設(shè)計和大批量高精密制造方面有近三十年經(jīng)驗，在微型聲學(xué)、觸覺、MEMS麥克風(fēng)領(lǐng)域，分別被工信部認定為我國制造業(yè)單項冠軍示范企業(yè)?，F(xiàn)已成為全球領(lǐng)先的同行、IT及消費電子市場微型元器件整體方案供貨商。

敏芯微電子（IDM&代工）：敏芯作為中國最早成立的MEMS研發(fā)公司之一，現(xiàn)已擁有完整的芯片設(shè)計、晶圓制造、封裝與測試等全產(chǎn)業(yè)鏈的自主研發(fā)設(shè)計能力，憑借完全自主設(shè)計的MEMS芯片與ASIC芯片成功打破了國外廠商長期壟斷的格局。

美新半導(dǎo)體 （IDM）：美新半導(dǎo)體在無錫建有8英寸MEMS磁、慣性傳感器封測產(chǎn)線。2021年7月，據(jù)紹興濱海新區(qū)管委會公示公告，美新半導(dǎo)體將在紹興建設(shè)MEMS磁傳感器生產(chǎn)線及加速度傳感器工藝開發(fā)實驗線，該產(chǎn)線預(yù)計年產(chǎn)6億顆MEMS芯片。

賽微電子 （代工）：2021年6月北京8英寸MEMS產(chǎn)線（北京FAB3）一期建成生產(chǎn)，目前月產(chǎn)約1萬片。FAB3二三期工程正在進行，全部投產(chǎn)后，預(yù)計FAB3總產(chǎn)能達3萬片每月。

中芯集成電路制造（紹興）（代工）：中芯國際的MEMS方案主要集中在MEMS麥克風(fēng)、加速度計、陀螺儀、壓力、顯微鏡、超聲波傳感器、射頻器件。2020年第四季度一期產(chǎn)能擴產(chǎn)至每月4萬片晶圓，近期其成功完成晶圓設(shè)備鏈調(diào)試，8英寸晶圓月產(chǎn)能增至7萬片，良品率達99%。

上海先進半導(dǎo)體（代工）：先進半導(dǎo)體由傳統(tǒng)模擬芯片代工廠轉(zhuǎn)型MEMS代工， 目前有5英寸、6英寸、8英寸晶圓生產(chǎn)線，MEMS生產(chǎn)線可以代工的器件包括：三軸陀螺 儀、加速度計、生物MEMS芯片、光學(xué)MEMS、RFMEMS、微流體開關(guān)、壓力傳感器等，可被廣泛應(yīng)用于消費電子、醫(yī)療電子以及汽車電子等領(lǐng)域。目前，該MEMS生產(chǎn)平臺擁有世界最先進的深槽刻蝕、鍵合、硅片邊緣修整等設(shè)備，設(shè)計月產(chǎn)量可達3000片。

華潤微電子（IDM&代工）：擁有3條6英寸線，其中MEMS產(chǎn)線是國內(nèi)規(guī)模最大的與CMOS生產(chǎn)線兼容的MEMS傳感器量產(chǎn)生產(chǎn)線，具有國內(nèi)領(lǐng)先水平的 MEMS 表面和體硅加工技術(shù)。并且華潤微電子8寸MEMS的3000片/月產(chǎn)能擴充已經(jīng)完成，并投入使用。光電及MEMS麥克風(fēng)工藝平臺從6英寸升級到8英寸，實現(xiàn)批量生產(chǎn)，產(chǎn)品性能及良率水平優(yōu)秀。

士蘭微電子（IDM）：杭州士蘭微是國內(nèi)規(guī)模最大的IDM企業(yè)之一。自2010年開始，士蘭微電子投入大量資金，通過對加速度傳感器、地磁傳感器、壓力傳感器等一系列傳感器產(chǎn)品的開發(fā)，在6寸、8寸芯片生產(chǎn)線上實現(xiàn)了批量制造能力，并建立自己的MEMS封測生產(chǎn)線，初步走通了系列傳感器的IDM發(fā)展之路，已申請相關(guān)發(fā)明專利百余項。

中科院微電子所（中試線）：2016年由中科院微電子所設(shè)立的MEMS研發(fā)平臺，其8英寸MEMS中試線工藝穩(wěn)定性達到98%；針對三軸重力加速度計、基于氧化釩的紅外圖像傳感器、醫(yī)用CT中X-ray探測、基于薄膜體聲波濾波器（FBAR）、MEMS紅外探測器等產(chǎn)品。

政策支持

在政策護航、研發(fā)生產(chǎn)體系完善的大環(huán)境下， MEMS 行業(yè)提獲利頗豐，半導(dǎo)體芯片行業(yè)作為信息產(chǎn)業(yè)中的基礎(chǔ)和核心部分，是關(guān)系國民經(jīng)濟和社會發(fā)展全局的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。國家也在持續(xù)關(guān)注并大力支持傳感器行業(yè)的發(fā)展，并政策層面對智能傳感器產(chǎn)業(yè)已有較多支持。

MEMS傳感器利好政策