在中國制造戰略中，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(jìn)入像芯片那樣的窘境，國家不斷在科技創(chuàng )新規劃中加強傳感器的地位。各企業(yè)也響應號召積極投產(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(zhuān)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)、生物等現象和信號。
隨著(zhù)全球電子制造產(chǎn)業(yè)鏈加速向亞太地區轉移，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)展潛力最大、增速最快的市場(chǎng)。尤其是5G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)品及應用，帶動(dòng)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(chǎng)迎來(lái)新的增長(cháng)機遇。
在消費電子領(lǐng)域，5G換機潮使單部手機 MEMS 傳感器數量不斷增加；智能家居和可穿戴設備的興起也有效擴大 MEMS 傳感器的市場(chǎng)空間。汽車(chē)電子是 MEMS 產(chǎn)品的第二大市場(chǎng)，汽車(chē)自動(dòng)化程度提高和政府推出的汽車(chē)安全規定也給 MEMS 傳感器的應用帶來(lái)機遇。智能制造和醫療領(lǐng)域同樣存在較大市場(chǎng)機會(huì )，其中醫用MEMS傳感器已成為智慧醫療的核心。
其中，消費電子是MEMS的第一大市場(chǎng)，占比44%，汽車(chē)領(lǐng)域位居第二，占比24%，醫療設備占比17%。
此外，近幾年國內MEMS市場(chǎng)增長(cháng)幾乎每年保持在20%，即便是疫情爆發(fā)的2020年，MEMS市場(chǎng)增速也達到了23%，是當年GDP增速的10倍，我們的市場(chǎng)應用正處于快速增長(cháng)階段，預計2022年市場(chǎng)將會(huì )突破1000億，并且未來(lái)每年還會(huì )保持20%左右的速度持續增長(cháng)。
那么，MEMS有何優(yōu)勢可以吸引如此巨大的增量市場(chǎng)？
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(diǎn)。同時(shí)，MEMS傳感器不僅能夠感知被測參數，將其轉換成方便度量的信號;而且能對所得到的信號進(jìn)行分析、處理和識別、判斷，因此MEMS也被稱(chēng)為智能傳感器。
微型化：MEMS器件體積小，一般單個(gè)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(shí)微型化以后的機械部件具有慣性小、諧振頻率高、響應時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。MEMS更高的表面體積比可以提高表面傳感器的敏感程度。
可批量生產(chǎn)：以單個(gè)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(shí)切割出大約1000個(gè)MEMS芯片，批量生產(chǎn)可大大降低單個(gè)MEMS的生產(chǎn)成本。
集成化：MEMS在封裝機械傳感器的同時(shí)，還會(huì )通過(guò)集成ASIC芯片，來(lái)控制MEMS芯片以及轉換模擬量為數字量輸出。與此同時(shí)，微傳感器、微執行器和微電子器件的集成可制造出可靠性、穩定性很高的MEMS。隨著(zhù)MEMS的工藝的發(fā)展，現在傾向于單個(gè)MEMS芯片中整合更多的功能，實(shí)現更高的集成度。
MEMS產(chǎn)業(yè)模式
Fabless+Foundry模式：芯片設計企業(yè)專(zhuān)注于 MEMS 芯片及其產(chǎn)品結構的設計，完成設計后交由第三方晶圓廠(chǎng)生產(chǎn)制造出 MEMS 芯片，經(jīng)過(guò)封裝測試后實(shí)現向消費電子、汽車(chē)、醫療和工控等應用領(lǐng)域客戶(hù)的出貨。
IDM模式：IDM 企業(yè)即垂直整合器件制造商，該類(lèi)廠(chǎng)商除了進(jìn)行集成電路設計之外，一般還擁有自有的封裝廠(chǎng)和測試廠(chǎng)，其業(yè)務(wù)范圍涵蓋集成電路的設計、制造、封裝和測試所有環(huán)節。除自主設計傳感器外，需配套大量傳感器制造和封裝測試所需設備，資金投入大。由于IDM模式對技術(shù)積累、生產(chǎn)規模和資金實(shí)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)在全球范圍內處于相對領(lǐng)先的地位，但高端測試設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)在傳感器設計方面的技術(shù)積累薄弱，本土企業(yè)多通過(guò)外采海外傳感器企業(yè)設計好的芯片以及與傳感器配套的其他芯片如ASIC信號調理電路芯片，自行或委托代工廠(chǎng)完成傳感器的封裝和測試，再將傳感器成品銷(xiāo)售給下游終端客戶(hù)的方式。
全球MEMS龍頭主要以IDM垂直整合制造為主，即涵蓋IC設計、IC制造、封裝測試等各個(gè)環(huán)節，甚至延伸到下游終端集成，其利用內部資源整合優(yōu)勢，從MEMS 設計到制造所需時(shí)間較短，并大部分擁有自己的知識產(chǎn)權，技術(shù)開(kāi)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體、德州儀器、博世、博通和 Qorvo、樓氏電子等。
那么，是不是可以說(shuō)MEMS產(chǎn)業(yè)更適合IDM模式？
實(shí)則不然。
MEMS具有一類(lèi)產(chǎn)品，一種制造工藝的特點(diǎn)。隨著(zhù)新興器件的涌現、新細分市場(chǎng)及應用的開(kāi)辟以及純代工 MEMS 企業(yè)在擅長(cháng)領(lǐng)域內的設計與加工工藝沉淀而產(chǎn)生的經(jīng)驗效應，能夠同時(shí)處理多類(lèi)器件開(kāi)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(lèi) 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(zhù)IDM 企業(yè)受到來(lái)自升級產(chǎn)業(yè)線(xiàn)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(lái)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，國內企業(yè)的代工能力已和國外不相上下。不過(guò)中國MEMS產(chǎn)業(yè)要徹底實(shí)現我國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芯片的設計和代工制造搭建完整的產(chǎn)業(yè)鏈齊頭并進(jìn)，因此市場(chǎng)源源不斷的涌現一些IDM企業(yè)，與代工企業(yè)探索新的市場(chǎng)機會(huì )，開(kāi)啟攻堅戰。
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(chǎng)占有率居世界同行業(yè)之首。歌爾在2020年全球MEMS廠(chǎng)商營(yíng)收排名中升至第六位，繼去年首次躋身前十后，僅用一年時(shí)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(jué)、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已成為全球領(lǐng)先的同行、IT及消費電子市場(chǎng)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，現已擁有完整的芯片設計、晶圓制造、封裝與測試等全產(chǎn)業(yè)鏈的自主研發(fā)設計能力，憑借完全自主設計的MEMS芯片與ASIC芯片成功打破了國外廠(chǎng)商長(cháng)期壟斷的格局。
美新半導體 （IDM）：美新半導體在無(wú)錫建有8英寸MEMS磁、慣性傳感器封測產(chǎn)線(xiàn)。2021年7月，據紹興濱海新區管委會(huì )公示公告，美新半導體將在紹興建設MEMS磁傳感器生產(chǎn)線(xiàn)及加速度傳感器工藝開(kāi)發(fā)實(shí)驗線(xiàn)，該產(chǎn)線(xiàn)預計年產(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(xiàn)（北京FAB3）一期建成生產(chǎn)，目前月產(chǎn)約1萬(wàn)片。FAB3二三期工程正在進(jìn)行，全部投產(chǎn)后，預計FAB3總產(chǎn)能達3萬(wàn)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(wàn)片晶圓，近期其成功完成晶圓設備鏈調試，8英寸晶圓月產(chǎn)能增至7萬(wàn)片，良品率達99%。
上海先進(jìn)半導體（代工）：先進(jìn)半導體由傳統模擬芯片代工廠(chǎng)轉型MEMS代工， 目前有5英寸、6英寸、8英寸晶圓生產(chǎn)線(xiàn)，MEMS生產(chǎn)線(xiàn)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(kāi)關(guān)、壓力傳感器等，可被廣泛應用于消費電子、醫療電子以及汽車(chē)電子等領(lǐng)域。目前，該MEMS生產(chǎn)平臺擁有世界最先進(jìn)的深槽刻蝕、鍵合、硅片邊緣修整等設備，設計月產(chǎn)量可達3000片。
華潤微電子（IDM&代工）：擁有3條6英寸線(xiàn)，其中MEMS產(chǎn)線(xiàn)是國內規模最大的與CMOS生產(chǎn)線(xiàn)兼容的MEMS傳感器量產(chǎn)生產(chǎn)線(xiàn)，具有國內領(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(shí)現批量生產(chǎn)，產(chǎn)品性能及良率水平優(yōu)秀。
士蘭微電子（IDM）：杭州士蘭微是國內規模最大的IDM企業(yè)之一。自2010年開(kāi)始，士蘭微電子投入大量資金，通過(guò)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(kāi)發(fā)，在6寸、8寸芯片生產(chǎn)線(xiàn)上實(shí)現了批量制造能力，并建立自己的MEMS封測生產(chǎn)線(xiàn)，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(zhuān)利百余項。
中科院微電子所（中試線(xiàn)）：2016年由中科院微電子所設立的MEMS研發(fā)平臺，其8英寸MEMS中試線(xiàn)工藝穩定性達到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，半導體芯片行業(yè)作為信息產(chǎn)業(yè)中的基礎和核心部分，是關(guān)系國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展全局的基礎性、先導性和戰略性產(chǎn)業(yè)。國家也在持續關(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。
