半導體實(shí)驗室趙工 半導體工程師 2022-01-17 08:43

文章大綱

MEMS器件應用廣泛，市場(chǎng)空間大

·MEMS產(chǎn)品日益豐富，中國為主要市場(chǎng)

·工藝偏定制化，后端制造成本占比高

MEMS需求放量，融合化、智能化升級提高附加值

·物聯(lián)網(wǎng)、5G、智能駕駛推動(dòng)MEMS用量提升

·MEMS器件利潤空間有望逐步增厚

MEMS黃金時(shí)代到來(lái)，國內廠(chǎng)商加速成長(cháng)

·MEMS器件國產(chǎn)化空間廣闊，產(chǎn)業(yè)鏈逐步走向成熟

·國內廠(chǎng)商市占率快速提升，國產(chǎn)化進(jìn)程有望進(jìn)一步加速

MEMS聲學(xué)器件率先實(shí)現趕超

MEMS

MEMS器件應用廣泛，市場(chǎng)空間大

MEMS產(chǎn)品日益豐富，中國為主要市場(chǎng)

MEMS即微機電系統（Microelectro Mechanical Systems），利用集成電路制造技術(shù)和微機械加工技術(shù)，把微傳感器、微執行器制造在一塊芯片上的微型集成系統。MEMS中的核心元件一般包含兩類(lèi)：一個(gè)傳感器或執行器，以及一個(gè)信號傳輸單元。傳感器將外界信號轉換為電信號，執行器與外界產(chǎn)生作用，信號傳輸單元能夠對信號進(jìn)行處理以及與其他微系統連接。MEMS傳感器具有體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、易于集成等優(yōu)點(diǎn)，正在逐漸取代傳統機械傳感器；以RF MEMS為代表的MEMS執行器也隨著(zhù)新一代通信技術(shù)的到來(lái)迎來(lái)重大發(fā)展機遇。

MEMS產(chǎn)品日益豐富，智能化、集成化程度逐步提高。1987年美國伯克利加州大學(xué)發(fā)明了微馬達，被認為是MEMS技術(shù)的開(kāi)端；1993年ADI公司的微加速度計產(chǎn)品大批量應用于汽車(chē)防撞氣囊，MEMS正式走入產(chǎn)業(yè)化階段。20世紀90年代MEMS技術(shù)快速發(fā)展，圍繞深槽蝕刻技術(shù)發(fā)展出多種加工工藝，微鏡、噴墨打印頭等MEMS產(chǎn)品不斷涌現。2007年以后，以智能手機為代表的消費電子產(chǎn)品大量應用MEMS傳感器，慣性傳感器、磁力計、光學(xué)MEMS、射頻MEMS等應運而生。近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展不斷推動(dòng)MEMS技術(shù)進(jìn)步，9軸IMU、集成環(huán)境MEMS等被大量應用，MEMS集成化、智能化是未來(lái)發(fā)展趨勢。

射頻MEMS、壓力傳感器、麥克風(fēng)、加速度計、陀螺儀和慣性組合是目前應用最為廣泛的器件。根據Yole的統計數據，全球MEMS產(chǎn)品結構中，射頻MEMS份額19.2%居首，其他產(chǎn)品中壓力傳感器、麥克風(fēng)、加速度計份額超過(guò)10%。中國市場(chǎng)結構與全球類(lèi)似，根據賽迪顧問(wèn)發(fā)布的數據，2019年國內射頻MEMS產(chǎn)品收入占比為25.9%；壓力傳感器占19.2%排第二位，麥克風(fēng)、慣性組合、加速度計分別占比7.1%、8.9%、6.5%。

全球千億市場(chǎng)規模，中國占比5成以上。從市場(chǎng)規模上來(lái)看，根據IHS的數據，2019年全球MEMS市場(chǎng)規模為165億美元（折合人民幣千億以上）。國內市場(chǎng)方面，根據賽迪智庫的統計，2019年市場(chǎng)規模約600億元，占全球市場(chǎng)比例約54%，且國內市場(chǎng)增速持續高于全球。

工藝偏定制化，后端制造成本占比高

MEMS產(chǎn)業(yè)鏈主要涉及設計研發(fā)、生產(chǎn)制造、封裝測試、系統應用四大環(huán)節。MEMS產(chǎn)業(yè)鏈的上游包括MEMS器件設計、材料和生產(chǎn)設備的研發(fā)和供應，中游包括MEMS器件的制造加工和封裝測試、下游使用MEMS產(chǎn)品集成終端電子產(chǎn)品。

不同于IC的平面結構，MEMS器件是三維機械結構，工藝偏定制化。雖然MEMS制造工藝采用了IC技術(shù)來(lái)實(shí)現，但是其本質(zhì)上是與IC結構有著(zhù)截然區別的：IC的基本結構晶體管是一種純粹的電學(xué)器件，在所有產(chǎn)品中通用；而MEMS是一種微機械結構，包含了微米級別的齒輪、儀表、引擎和泵，除了與IC采用同樣的硅材料外，基本結構并不能完全做到統一和通用。因此MEMS器件的制造工藝更為定制化，有一種產(chǎn)品，一種工藝的說(shuō)法。

基本材料屬性是決定產(chǎn)品性能的根本因素。IC制造的目的是在一個(gè)硅片上集成盡可能多的CMOS，但傳感器芯體重通常只封裝很少的電器元件，如一個(gè)IC上需要集成數以?xún)|計的CMOS，但一個(gè)力敏傳感器芯只有4個(gè)電阻元件。材料屬性（如結構機械特特性、材質(zhì)化學(xué)特性）和生產(chǎn)工藝（如刻蝕深度、精度、材料應力控制）決定了MEMS傳感器的性能。

封測環(huán)節價(jià)值占比高，為制造成本的主要部分。由于MEMS結構相比IC更為復雜，不但需要封裝各種芯片，還包括各類(lèi)感測用的力、光、磁、聲、溫度、化學(xué)、生物等傳感器元器件和執行運動(dòng)、能量、信息等控制量的各種部件，封裝的成本通常超過(guò)四成。此外，在測試環(huán)節，需要外加不同的激勵來(lái)測試不同的MEMS產(chǎn)品，如陀螺儀的測試需要多軸轉臺、振動(dòng)臺、沖擊臺等設備，而硅麥克風(fēng)則需要消聲腔、標準聲源等外部設備。結合測試的成本，根據器件不同后端成本可占到四成到八成。

另外，MEMS產(chǎn)品設計開(kāi)發(fā)依賴(lài)研發(fā)人員經(jīng)驗。一方面，MEMS是多學(xué)科、技術(shù)的綜合，涉及IC技術(shù)、傳感技術(shù)、計算機技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通信等技術(shù)，對于多學(xué)科、多因素的相互理解十分重要。另一方面，MEMS產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中工具、設計、工藝的相互依賴(lài)性需要很高的教育背景和多年研發(fā)經(jīng)驗。一般一個(gè)MEMS項目通常需要受過(guò)高等教育的工程師并至少擁有10年的工作經(jīng)驗，因此也被稱(chēng)為市場(chǎng)成長(cháng)中的博士級別問(wèn)題（PhD Level Problem）。

由于上述特征的存在，導致MEMS行業(yè)研發(fā)和商業(yè)化周期長(cháng)。由于MEMS產(chǎn)品設計到量產(chǎn)需要設計、工藝、工具的相互匹配，以及對應工藝裝備、封裝、測試設備的投資，所以研發(fā)和商業(yè)化的周期較長(cháng)。根據相關(guān)數據，MEMS壓力傳感器、加速度計、氣體傳感器產(chǎn)品從研發(fā)設計到全面商業(yè)化均歷時(shí)二三十年的時(shí)間，2012年之前所有MEMS器件平均下來(lái)商業(yè)化周期在28年時(shí)間。

MEMS

MEMS需求放量，融合化、智能化升級提高附加值

消費電子和汽車(chē)為目前MEMS最主要應用領(lǐng)域。從2019年全球MEMS市場(chǎng)結構來(lái)看，消費電子為主要應用領(lǐng)域，占比接近60%，汽車(chē)為第二大應用領(lǐng)域，占比約19%。從2019年中國MEMS市場(chǎng)結構來(lái)看，網(wǎng)絡(luò )與通信、計算機、消費電子合計占比50%，汽車(chē)領(lǐng)域占比29%。

我們認為，隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)、消費電子、汽車(chē)MEMS需求的放量，傳感器廠(chǎng)商收入水平有望快速提升，盈利能力也有望持續增強，主要基于：1）物聯(lián)網(wǎng)、5G、智能駕駛帶動(dòng)需求放量，同時(shí)MEMS器件尺寸進(jìn)一步微型化，單位成本有望快速下降；2）技術(shù)升級帶動(dòng)附加值提升。

物聯(lián)網(wǎng)、5G、智能駕駛推動(dòng)MEMS用量提升

技術(shù)浪潮是MEMS需求的最大推動(dòng)力。過(guò)去主要經(jīng)歷了兩撥大的技術(shù)浪潮，分別是汽車(chē)和以智能手機為首的消費電子浪潮，根據IHS早期的數據我們可以看到，在消費電子浪潮來(lái)臨之前，整個(gè)MEMS市場(chǎng)規模增長(cháng)趨于停滯，但消費電子浪潮的出現為整體市場(chǎng)帶來(lái)了巨大的成長(cháng)動(dòng)能，消費電子MEMS市場(chǎng)規模2010-2019年CAGR達到了16%。

物聯(lián)網(wǎng)普及極大拓展MEMS應用場(chǎng)景。物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)架構可以分為四層：感知層、傳輸層、平臺層和應用層，MEMS器件是物聯(lián)網(wǎng)感知層重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶動(dòng)智能終端設備普及，推動(dòng)MEMS需求放量，據全球移動(dòng)通信系統協(xié)會(huì )GSMA統計，全球物聯(lián)網(wǎng)設備數量已從2010年的20億臺，增長(cháng)到2019年的120億臺，未來(lái)受益于5G商用化和WiFi 6的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)潛力巨大，GSMA預測，到2025年全球物聯(lián)網(wǎng)設備將達到246億臺，2019到2025年將保持12.7%的復合增長(cháng)率。

智能化趨勢推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)設備單機MEMS用量大幅提升。如上所述，物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)了很多增量市場(chǎng)，比如智能音箱、智能電視、可穿戴設備等，同時(shí)智能化程度也在不斷提升，推動(dòng)單機MEMS用量提升，以智能穿戴為例，第一代的可穿戴設備計步器僅搭載了加速度計實(shí)現計步功能，隨著(zhù)產(chǎn)品的更新迭代，功能日益豐富，后續第二代、第三代可穿戴產(chǎn)品逐漸加入了壓力計和陀螺儀，至今第四代可穿戴代表產(chǎn)品智能手表除傳統的活動(dòng)識別和計數功能外，還能實(shí)現精準定位、智能交互，還加入了諸多健康監測功能，MEMS麥克風(fēng)、磁傳感器、光學(xué)心率傳感器等產(chǎn)品得到了廣泛應用，總體MEMS用量大幅提升。

傳統的手機和汽車(chē)市場(chǎng)方面，短期內依然是MEMS器件主要的應用領(lǐng)域，5G和汽車(chē)電動(dòng)化推動(dòng)出貨量穩步提升，同時(shí)單機/車(chē)傳感器用量有明顯增加趨勢。

智能手機迎5G換機潮，傳感器及RF MEMS用量逐年提升。一方面，5G加速滲透，拉動(dòng)智能手機市場(chǎng)恢復增長(cháng)：今年10月份國內5G手機出貨量占比已達64%；智能手機整體出貨量方面，在5G的帶動(dòng)下，根據IDC今年的預測，2021年智能手機出貨量相比2020年將增長(cháng)11.6%，2020-2024年CAGR達5.2%。另一方面，單機傳感器和RF MEMS用量不斷提升，以iPhone為例，2007年的iPhone 2G到2020年的iPhone 12，手機智能化程度不斷升，功能不斷豐富，指紋識別、3D touch、ToF、麥克風(fēng)組合、深度感知（LiDAR）等功能的加入，使得傳感器數量（包含非MEMS傳感器）由最初的5個(gè)增加為原來(lái)的4倍至20個(gè)以上；5G升級帶來(lái)的頻段增加也有望顯著(zhù)提升單機RF MEMS價(jià)值量。

駕駛輔助系統升級帶動(dòng)MEMS＆傳感器單車(chē)價(jià)值提升。自動(dòng)駕駛已成大趨勢，環(huán)境信息的感知是實(shí)現自動(dòng)駕駛的基礎，越高級別的自動(dòng)駕駛對信息感知能力的需求越高，對應的MEMS＆傳感器用量和價(jià)值量也會(huì )相應提升。根據NXP和Strategy analysis的數據，L1/2級別的自動(dòng)駕駛僅需要1個(gè)攝像頭模組、1-3個(gè)超聲波雷達和激光雷達，以及0-1個(gè)融合傳感器，新增半導體價(jià)值在100-350美元，而至L4/5級別自動(dòng)駕駛車(chē)輛將會(huì )引入7-13個(gè)超聲波雷達和激光雷達、6-8個(gè)攝像頭模組并會(huì )引入V2X模塊以及多傳感器融合方案，新增半導體價(jià)值在1000美元以上。另外，短期來(lái)看，現實(shí)條件暴露了ADAS的缺陷，導致了一些安全事故的發(fā)生，由此對ADAS系統的安全性需求猛增，這些缺點(diǎn)重新致力于改進(jìn)LIDAR、RADAR和其他成像設備，將多面傳感器系統集成到自動(dòng)駕駛汽車(chē)中。

根據Strategy analysis的預測，至2025年，汽車(chē)產(chǎn)量中將有73%配備不同程度的自動(dòng)駕駛功能，其中Level 1占46%，Level 2占27%，至2035年，95%的車(chē)有不同級別的自動(dòng)駕駛功能，其中Level 3及以上將占比20%以上，帶動(dòng)MEMS器件需求快速提升。

COVID-19疫情期間，熱成像、微流控MEMS迎來(lái)增長(cháng)。受COVID-19疫情影響，醫療設備需求增長(cháng)，尤其是無(wú)接觸測溫刺激了熱電堆和微熱輻射測定儀需求，核酸診斷拉動(dòng)了微流控產(chǎn)品的需求，呼吸機帶動(dòng)了壓力傳感器和流量計的需求。疫情期間熱成像類(lèi)MEMS（熱電堆和微熱輻射測定儀）和微流控成為短期最大增長(cháng)點(diǎn)。

根據Yole的預測，在物聯(lián)網(wǎng)和手機5G換機的驅動(dòng)下，全球消費級MEMS市場(chǎng)規模有望從2019年的68.7億美元增長(cháng)至2025年的111.4億美元，6年CAGR達8.4%；在電動(dòng)汽車(chē)和自動(dòng)駕駛趨勢的帶動(dòng)下，汽車(chē)MEMS市場(chǎng)規模有望從21.8億美元增長(cháng)至2025年的26億美元，6年CAGR 3%，除此之外，工業(yè)市場(chǎng)也將在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等趨勢的帶動(dòng)下保持9.2%的復合增速，醫療、通信、國防/航空市場(chǎng)也將有顯著(zhù)增量，整體MEMS市場(chǎng)規模將從2019年的115億美元增長(cháng)至2025年的177億美元，6年綜合CAGR為7.4%。

MEMS器件利潤空間有望逐步增厚

從MEMS價(jià)格走勢來(lái)看，2000年以來(lái)，MEMS價(jià)格持續下降，2000-2006年CAGR為-3%，智能手機浪潮到來(lái)后，傳感器需求放量，成本不斷攤低，2006-2012年價(jià)格CAGR為-13%；2012-2018年在RF MEMS放量的推動(dòng)下，2012-2018年價(jià)格CAGR為-15%；2019年ASP在0.43美元左右。

受益于成本下降和新產(chǎn)品推出，業(yè)內廠(chǎng)商毛利率基本維持穩定。雖然價(jià)格在下行，但是從樓氏和歌爾等主要廠(chǎng)商毛利率水平走勢可以看到，業(yè)內企業(yè)MEMS業(yè)務(wù)盈利能力基本維持穩定：一方面是芯片及封裝尺寸縮小推動(dòng)成本端下降，另一方面是技術(shù)升級的需求導致不斷有新產(chǎn)品推出，新產(chǎn)品的毛利率顯著(zhù)高于老產(chǎn)品（如美新半導體，2016 年磁傳感器新品35%毛利率顯著(zhù)高于老產(chǎn)品11%的毛利率），推動(dòng)整體毛利率維持穩定。

未來(lái)MEMS毛利率有望穩中有升，我們認為主要有如下幾點(diǎn)依據：

微型化趨勢推動(dòng)MEMS器件平均成本繼續下降。消費電子領(lǐng)域輕薄化需求推動(dòng)MEMS器件尺寸縮小，MEMS生產(chǎn)廠(chǎng)商一方面改進(jìn)封裝結構計，在保證產(chǎn)品性能的基礎上縮小器件尺寸，另一方面也同步縮小芯片的尺寸，在單片晶圓尺寸固定的情況下，芯片尺寸的減小增加了芯片的產(chǎn)量，也有效降低了平均成本。未來(lái)，隨著(zhù)MEMS尺寸的縮小，MEMS（微機電系統）將逐步向NEMS（納機電系統）轉變，并獲得尺寸和成本的持續降低。

封裝標準化程度提升，外包降低成本。封裝方面，由于MEMS偏定制化，出于保護自己公司IP的需要，多數公司選擇自己進(jìn)行組裝和測試，但隨著(zhù)MEMS封裝標準化程度的不斷提升，OSAT提供的封裝服務(wù)帶來(lái)的規模經(jīng)濟效應超過(guò)了潛在的技術(shù)泄漏風(fēng)險，越來(lái)越多的客戶(hù)將選擇外包封裝的方式，有助于成本的降低。

多傳感器融合與協(xié)同、智能化趨勢帶來(lái)價(jià)值提升。智能化趨勢客觀(guān)上需要更多的數據源，單個(gè)設備中搭載的傳感器數量逐漸增加，同時(shí)為了提升了信號識別與收集的效果和器件的集成化程度，傳感器之間開(kāi)始實(shí)現融合與協(xié)同（比如加速度計、陀螺儀、磁力計、IMU組合形成慣性傳感器組）。目前單個(gè)傳感器的平均價(jià)格不足1美元，相比單個(gè)傳感器，多個(gè)傳感器融合的產(chǎn)品具有更高的價(jià)值量，能夠達到1-2美元。通過(guò)進(jìn)一步將傳感器與MCU或者APU集成，形成智能化傳感系統，產(chǎn)品價(jià)格將大幅提升至20-40美元。

材料技術(shù)融合創(chuàng )新，柔性壓感MEMS產(chǎn)品亦有望帶來(lái)價(jià)值提升。相比傳統電容式方案，柔性MEMS對終端產(chǎn)品的結構和內部空間要求較低，能夠有效降低組裝成本，在智能手機壓感觸控、可穿戴產(chǎn)品和工業(yè)/醫療測量等領(lǐng)域具有很大的應用潛力。目前，國內NDT（紐迪瑞科技）已將柔性MEMS概念成功商業(yè)化落地，其柔性MEMS是基于壓阻材料的微壓力應變器技術(shù)，可同時(shí)檢測拉伸和壓縮應變，在較大應變范圍內線(xiàn)性輸出。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)一步成熟，國內更多廠(chǎng)商有望采用創(chuàng )新產(chǎn)品。

MEMS

MEMS黃金時(shí)代到來(lái)，國內廠(chǎng)商加速成長(cháng)

MEMS器件國產(chǎn)化空間廣闊，產(chǎn)業(yè)鏈逐步走向成熟

國內市場(chǎng)廣闊，國產(chǎn)化率低。中國是最大的電子產(chǎn)品生產(chǎn)基地也是最大的電子產(chǎn)品消費國，2019年全球MEMS器件市場(chǎng)規模為165億美元，中國占據了半數以上。但在國內市場(chǎng)依然為國外廠(chǎng)商主導，國內市場(chǎng)前10廠(chǎng)商占據的份額中僅6%屬于國內廠(chǎng)商。

國內廠(chǎng)商已具備主流MEMS器件生產(chǎn)能力。從國內MEMS產(chǎn)品晶圓需求結構來(lái)看，麥克風(fēng)、壓力、打印頭、加速度、射頻器件已經(jīng)有了相當的占比，6寸片和8寸片需求合計分別占比31%、19%、11%、6%、7%。從頭部廠(chǎng)商產(chǎn)品類(lèi)別來(lái)看，歌爾股份已覆蓋了MEMS麥克風(fēng)、MEMS壓力傳感器（氣壓/防水/血壓/差壓等）、MEMS氣流傳感器，組合傳感器產(chǎn)品也逐步豐富，瑞聲科技、睿創(chuàng )微納等公司也具備部分主流器件生產(chǎn)能力。

產(chǎn)業(yè)鏈逐步走向成熟。從國內產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程來(lái)看，1986年國家將傳感器技術(shù)列入國家重點(diǎn)攻關(guān)項目，到2000年傳感器技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)初步建立。2001年國家將新型傳感器列入重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)項目，國產(chǎn)傳感器技術(shù)水平不斷進(jìn)步，逐步縮短與發(fā)達國家的差距，截止到2015年已經(jīng)形成完備的產(chǎn)業(yè)鏈，自主產(chǎn)品達到6000種。2016年以來(lái)，國內傳感器技術(shù)及產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，同時(shí)受?chē)鴥任锫?lián)網(wǎng)、5G、人工智能等技術(shù)的推動(dòng)，傳感器向著(zhù)MEMS化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化、系統化的方向持續發(fā)展。

具體來(lái)看，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節能力均有顯著(zhù)提升：

代工制造：工藝水平升級，產(chǎn)能持續擴充國內具備MEMS制造能力的主要有三類(lèi)廠(chǎng)商：專(zhuān)業(yè)的MEMS代工廠(chǎng)、傳統晶圓代工廠(chǎng)、IDM廠(chǎng)商。過(guò)去國內缺乏專(zhuān)業(yè)MEMS代工廠(chǎng)，傳統晶圓代工廠(chǎng)工藝積累不足，制造響應周期長(cháng)，同時(shí)缺乏領(lǐng)軍的MEMS器件IDM廠(chǎng)商。但目前，上述情況有明顯的改善。

MEMS制造環(huán)節產(chǎn)能不斷提升。由于半導體下游部分市場(chǎng)高景氣，晶圓代工產(chǎn)能供不應求，未來(lái)隨著(zhù)新產(chǎn)能的投產(chǎn)這一現象將得到緩解，根據SEMI的統計，MEMS＆傳感器代工產(chǎn)能將從2019年的390萬(wàn)片/月增加至2023年的470萬(wàn)片/月。國內專(zhuān)業(yè)MEMS代工方面，賽微電子2015年收購了MEMS專(zhuān)業(yè)代工領(lǐng)先廠(chǎng)商Silex（2019年專(zhuān)業(yè)MEMS代工收入排名第一），目前產(chǎn)能不斷擴張，北京廠(chǎng)規劃產(chǎn)能3萬(wàn)片/月。傳統晶圓代工廠(chǎng)方面，中芯國際和華虹半導體的MEMS代工也有了一定的工藝積累。

工藝水平、標準化程度不斷提升。賽維電子收購S(chǎng)ilex極大提升了國內MEMS代工水平。一方面突破技術(shù)壁壘（即所掌握的工藝IP），獲得瑞典Silex自主開(kāi)發(fā)的、可驗證的、得到客戶(hù)認可的IP；另一方面憑借Silex的品牌和成熟的工藝流程極大地縮短產(chǎn)品的驗證周期，開(kāi)發(fā)周期。標準化程度方面，如前文所提到，行業(yè)的特點(diǎn)包括一種產(chǎn)品、一種工藝，暗示每種產(chǎn)品都要從頭開(kāi)始設計工藝，導致產(chǎn)品商業(yè)化周期較長(cháng)。但目前80%以上的工藝流程已可實(shí)現標準化（比如氧化、旋轉涂布、清洗、零掩膜對準等），定制化的部分大概只占到15%-20%（DRIE、鍵合、薄膜沉積、晶圓封蓋、光刻等），目前Silex已開(kāi)發(fā)了名為SmartBlock的模塊化標準化方法，可在不犧牲工藝一致性的情況下實(shí)現快速原型制作、定制和快速量產(chǎn)。

封測：國內整體實(shí)力較強，部分MEMS器件廠(chǎng)商具備自主封測能力

MEMS封測平臺隨著(zhù)現有平臺復雜性的變化而穩步發(fā)展，以滿(mǎn)足傳感器融合的日益增長(cháng)的需求。封裝方面，傳感器融合的趨勢推動(dòng)封裝技術(shù)從單芯片封裝到多芯片封裝的轉變，同時(shí)芯片嵌入技術(shù)及晶圓級封裝成為發(fā)展方向。測試方面，測試設備供應商正在改進(jìn)測試工具、加入新功能以降低成本。

國內封測實(shí)力較強，具備先進(jìn)封裝技術(shù)交付能力。在OSAT市場(chǎng)，國內廠(chǎng)商在頭部占據一席之地，2017年MEMS封裝市場(chǎng)份額前三位分別為ASE、Amkor和長(cháng)電科技，市場(chǎng)份額分別為27%、23%和10%，目前長(cháng)電科技已可提供嵌入式晶圓級球柵陣列（eWLB）、晶圓級芯片級封裝（WLCSP）、倒裝芯片級芯片封裝（fcCSP）、精細間距球柵陣列（FBGA）等一系列封裝工藝。另一方面，國內頭部MEMS器件廠(chǎng)商亦具備自主封測的能力，如歌爾股份和瑞聲科技。

設計：國內頭部廠(chǎng)商向設計環(huán)節延伸提升盈利能力

國內MEMS傳感器領(lǐng)軍企業(yè)歌爾和瑞聲科技過(guò)去主要在產(chǎn)業(yè)鏈中從事系統整合和封測的環(huán)節，目前，紛紛向MEMS芯片設計領(lǐng)域延伸。

歌爾股份設立子公司歌爾微電子專(zhuān)注MEMS產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈不斷整合，同時(shí)擬分拆上市加快業(yè)務(wù)發(fā)展。歌爾股份2017年設立子公司歌爾微電子，意在通過(guò)豐富產(chǎn)品線(xiàn)種類(lèi)，整合產(chǎn)業(yè)鏈上下游優(yōu)質(zhì)資源，進(jìn)一步鞏固公司在MEMS傳感器領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，為客戶(hù)提供整體解決方案。一方面對產(chǎn)業(yè)鏈下游進(jìn)行整合，從單純的MEMS傳感器領(lǐng)域，通過(guò)系統整合把產(chǎn)品線(xiàn)延伸到消費類(lèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域，從提供封裝測試延伸至產(chǎn)品終端應用。另一方面對產(chǎn)業(yè)鏈上游進(jìn)行整合，電聲元器件的部分原材料自制，例如振膜自制，降低產(chǎn)品成本并增強公司盈利能力。同時(shí)公司布局建設MEMS芯片、智能傳感器研發(fā)平臺，產(chǎn)業(yè)鏈向上游延伸至芯片設計研發(fā)領(lǐng)域。此外，公司擬分拆歌爾微電子上市，獲得更好融資途徑，進(jìn)一步加速微電子類(lèi)高技術(shù)附加值產(chǎn)品的發(fā)展，同時(shí)通過(guò)對子公司高管及核心骨干股權期權激勵，未來(lái)管理效率及發(fā)展前景有望持續提升。

瑞聲科技MEMS產(chǎn)業(yè)鏈向上游芯片設計研發(fā)延伸。瑞聲科技主要為MEMS麥克風(fēng)產(chǎn)品提供封裝測試到系統整合，2018年以來(lái)逐步開(kāi)始實(shí)現MEMS芯片自主研發(fā)。瑞聲科技今年在英國設立MEMS麥克風(fēng)全球研發(fā)中心，完善了公司的全球研發(fā)布局，主要側重于設計研發(fā)MEMS麥克風(fēng)芯片，也開(kāi)始自行開(kāi)發(fā)ASIC芯片。

國內廠(chǎng)商市占率快速提升，國產(chǎn)化進(jìn)程有望進(jìn)一步加速

國內廠(chǎng)商市占率快速提升，勢頭依然強勁。近年來(lái)，國內以歌爾股份為首的MEMS廠(chǎng)商全球市占率快速提升。根據Yole Development公布的2019年全球MEMS生產(chǎn)商前30名排名中，歌爾股份和瑞聲科技成功入圍，其中歌爾股份排名第九，是中國首個(gè)進(jìn)入全球前十的公司，并且其2019年MEMS收入同比增長(cháng)達36%，遠超同行業(yè)其他頭部公司；瑞聲科技排名第22位，收入同比增長(cháng)11%同樣高于行業(yè)整體水平。

目前存在諸多有利條件，促進(jìn)未來(lái)國產(chǎn)化有望持續加速：

國內政策大力推動(dòng)MEMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展：國家政策大力支持傳感器發(fā)展，國內MEMS企業(yè)擁有優(yōu)質(zhì)發(fā)展環(huán)境。我國政府高度重視MEMS和傳感器技術(shù)發(fā)展，在2017年工信部出臺的《智能傳感器產(chǎn)業(yè)三年行動(dòng)指南（2017-2019）》中，明確指出要著(zhù)力突破硅基MEMS加工技術(shù)、MEMS與互補金屬氧化物半導體（CMOS）集成、非硅模塊化集成等工藝技術(shù)，推動(dòng)發(fā)展器件級、晶圓級MEMS封裝和系統級測試技術(shù)。國家政策高度支持MEMS制造企業(yè)研發(fā)創(chuàng )新，政策驅動(dòng)下，國內MEMS制造企業(yè)獲得發(fā)展良機。

貿易摩擦和疫情的客觀(guān)加速?lài)a(chǎn)化進(jìn)程：貿易摩擦和疫情讓眾多國內廠(chǎng)商意識到了產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化的重要性，采購國產(chǎn)MEMS器件的訴求提升。

國內產(chǎn)業(yè)起步10余年，具備基本的人才積累：如前文所述，MEMS的研發(fā)需要解決多學(xué)科的交叉問(wèn)題，對人才要求較高，MEMS項目通常需要受過(guò)高等教育的工程師并至少擁有10年的工作經(jīng)驗。目前國內產(chǎn)業(yè)從起步到現在已經(jīng)經(jīng)歷了10余年的時(shí)間，有了一批具備產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗人才的積累。同時(shí)，國內經(jīng)濟的快速發(fā)展和海外環(huán)境的不確定性有望驅使更多MEMS行業(yè)有積累的專(zhuān)業(yè)人才歸國，為國內產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)新動(dòng)能。

科創(chuàng )板成立，資本助力產(chǎn)業(yè)發(fā)展：科創(chuàng )板的成立為成長(cháng)中MEMS企業(yè)提供了有效的融資渠道，助力產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

MEMS

MEMS聲學(xué)器件率先實(shí)現趕超

MEMS麥克風(fēng)應用廣泛。不僅智能手機、電腦需要用到MEMS麥克風(fēng)，智能電視、智能穿戴、智能家居、智能建筑領(lǐng)域也需要大量用到MEMS麥克風(fēng)，此外，工業(yè)、醫療、軍事、智慧城市對MEMS麥克風(fēng)也有一定需求。從量上來(lái)看，智能手機、電腦、平板依然是目前MEMS麥克風(fēng)主要應用領(lǐng)域，出貨量每年在10億量級，智能穿戴、智能家居、汽車(chē)領(lǐng)域目前每年出貨量在千萬(wàn)到億的量級，但成長(cháng)迅速。

語(yǔ)音交互興起帶動(dòng)MEMS麥克風(fēng)需求迅速增長(cháng)。近年來(lái)，人工智能（AI）技術(shù)迅速發(fā)展，語(yǔ)音成為重要人機交互接口，Google、Apple、Microsoft、Amazon等領(lǐng)先科技企業(yè)近年紛紛推出語(yǔ)音交互技術(shù)助推生態(tài)形成，2019年這四家廠(chǎng)商的語(yǔ)音交互設備數量已達到19億臺，以手機和電腦為主。傳統電子設備上語(yǔ)音助手的搭載有效培養了用戶(hù)習慣的養成，新興的物聯(lián)網(wǎng)設備語(yǔ)音交互需求有望迎來(lái)快速增長(cháng)，以智能音箱、顯示器為例，根據Yole的數據，其中語(yǔ)音個(gè)人助手的需求將從2019年的1.1億個(gè)左右快速增長(cháng)至2024年的2.8億個(gè)左右。

TWS耳機的發(fā)展、降噪功能的加入帶動(dòng)耳機單機MEMS麥克風(fēng)用量提升。以耳機為例，傳統的耳機雙耳僅需1顆麥克風(fēng)（即平均單耳0.5顆），而TWS耳機一般單耳用到至少1顆麥克風(fēng)，而Airpods單耳需要用到2顆，Airpods Pro單耳則用到了3顆麥克風(fēng)。用量的快速提升背后邏輯一方面是TWS耳機對傳統耳機的替代，另一方面是降噪功能的加入，從Airpods Pro中3顆麥克風(fēng)的作用上我們可以窺見(jiàn)端倪：Airpods Pro中的1號麥克風(fēng)用于接收語(yǔ)音；2號麥克風(fēng)用于接收外部噪音信號，并發(fā)出一個(gè)噪聲幅度相同、相位相反的聲波信號抵消噪聲實(shí)現主動(dòng)降噪；3號麥克風(fēng)用于偵測耳機內部的噪聲，并實(shí)現主動(dòng)降噪?？萍硷L(fēng)向標蘋(píng)果的采用有望帶動(dòng)TWS耳機中降噪技術(shù)快速普及，大幅提高市場(chǎng)上耳機平均MEMS麥克風(fēng)用量。

語(yǔ)音交互、降噪不是終點(diǎn)，MEMS麥克風(fēng)潛在空間廣闊。目前麥克風(fēng)陣列技術(shù)、噪聲消除技術(shù)、語(yǔ)音交互技術(shù)已經(jīng)逐漸走我們的生活，推動(dòng)MEMS市場(chǎng)不斷快速發(fā)展。未來(lái)，光學(xué)麥克風(fēng)（通過(guò)激光與麥克風(fēng)的配合實(shí)現5Hz到MHz范圍頻率響應范圍的記錄，可應用于無(wú)損檢測、超聲計量、聲學(xué)流程監測以及醫療影像）、聲學(xué)相機（通過(guò)麥克風(fēng)陣列技術(shù)繪制聲像圖，實(shí)現噪聲控制與定位、產(chǎn)品質(zhì)量控制）的發(fā)展有望逐步打開(kāi)MEMS麥克風(fēng)工業(yè)級市場(chǎng)。3D聲音感知、人工智能技術(shù)的發(fā)展亦有望進(jìn)一步拓展消費級市場(chǎng)。

根據我們的拆分，2019年，智能手機、智能音箱、智能電視、TWS耳機、筆記本電腦為MEMS麥克風(fēng)主要應用領(lǐng)域，對應市場(chǎng)規模分別為11、1.8、1.7、1.4、1億美元，其中智能音箱和TWS耳機對應MEMS麥克風(fēng)市場(chǎng)增長(cháng)最為迅速，2019-2023年CAGR將分別達到14%和19%，2023年對應市場(chǎng)規模分別為2.9、2.7億美元。消費級MEMS麥克風(fēng)整體市場(chǎng)規模有望從2019年的17億美元增長(cháng)至2023年的接近21億美元，CAGR超過(guò)5%。

國內頭部廠(chǎng)商MEMS麥克風(fēng)主要技術(shù)指標達到國際領(lǐng)先水平，市場(chǎng)份額有望持續提升。國外的樓氏、英飛凌、TDK等國外MEMS麥克風(fēng)企業(yè)的研發(fā)和生產(chǎn)起步較早，早期占據了全球主要的市場(chǎng)份額。但目前，國內MEMS麥克風(fēng)的設計制造工藝已趨成熟，相應技術(shù)指標已達國際領(lǐng)先水平，代表廠(chǎng)商歌爾股份MEMS麥克風(fēng)產(chǎn)品在尺寸、靈敏度、靈敏度公差、信噪比、聲學(xué)過(guò)載點(diǎn)等主要指標上均已躋身全球領(lǐng)先。在技術(shù)超越的同時(shí)，國內頭部企業(yè)依托中國作為全球最大的電子產(chǎn)品生產(chǎn)國和消費國的市場(chǎng)地位，以及低成本的優(yōu)勢，市場(chǎng)份額不斷提升，以歌爾股份為代表，根據IHS和麥姆斯咨詢(xún)的數據，其MEMS麥克風(fēng)市場(chǎng)份額從2013年的不足10%一路上升至2019年的30%以上。2019年歌爾股份微型麥克風(fēng)（ECM+MEMS）市場(chǎng)份額全球第一，未來(lái)有望繼續鞏固微型麥克風(fēng)領(lǐng)域龍頭地位。

參考資料來(lái)自：東方證券、馭勢資本研究所

來(lái)源：IC學(xué)習

半導體工程師

半導體經(jīng)驗分享，半導體成果交流，半導體信息發(fā)布。半導體行業(yè)動(dòng)態(tài)，半導體從業(yè)者職業(yè)規劃，芯片工程師成長(cháng)歷程。