來(lái)源：Research
摘要：MEMS技術(shù)在汽車(chē)電子、生物醫療、智慧家庭、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、消費電子等領(lǐng)域都有著(zhù)廣闊的市場(chǎng)前景。隨著(zhù)萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的加快到來(lái)，MEMS傳感器將迎來(lái)新的浪潮。
一、MEMS 是什么
1、MEMS 定義
MEMS（Microelectromechanical Systems，微機電系統）指特征尺寸在微米量級的機電系統，包含微傳感器、微執行器、微結構和微電子，具有尺寸小、功耗低、集成度高、批量化生產(chǎn)能力高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于汽車(chē)、消費電子、醫療、航空航天等領(lǐng)域。
圖 1：MEMS 的細分
圖 2 典型的MEMS 系統示意圖
傳感器是用于感知外界信息的器件。外界信息包括物理信息、化學(xué)信息、生物信息等。物理信息涉及力、聲、光、電、磁、溫度、濕度等，化學(xué)信息涉及酸堿性、可燃性、毒性等，生物信息涉及酶、抗體、激素、微生物等。MEMS 傳感器的分類(lèi)多樣，按照傳感信息的不同，可以分為加速度傳感器、壓力傳感器、磁傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等；按照應用功能的不同，可以分為胎壓傳感器、陀螺儀、硅麥克風(fēng)等；根據是否需要電源，可以分為有源傳感器和無(wú)源傳感器。
MEMS 傳感器關(guān)鍵性能可以分為靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。靜態(tài)性能的評價(jià)指標包括分辨力、重復性、線(xiàn)性度、閾值、使用環(huán)境、穩定性等。動(dòng)態(tài)性能是對動(dòng)態(tài)輸入的響應特性。理想的動(dòng)態(tài)性能是將隨時(shí)間變化的輸入信號，通過(guò)傳感器能夠輸出相同變化規律的輸出信號，即輸出信號和輸入信號具有一致的時(shí)間函數。動(dòng)態(tài)性能的評價(jià)包括頻率響應、階躍響應等。頻率響應是決定被測信號頻率范圍的指標，例如壓力傳感器的頻率響應越高，可測信號的頻率范圍就越寬。階躍響應則是對階躍函數信號的響應能力，包括延遲時(shí)間、超調量等指標。
MEMS 執行器是在動(dòng)力源的驅動(dòng)下完成需要動(dòng)作的微機械系統，包括微噴墨頭、MEMS 濾波器、EMS 揚聲器、MEMS 微鏡、MEMS 微射流執行器、MEMS 投影機等。相比傳統的執行器，MEMS執行器具有加速快、速度大、驅動(dòng)力小、干擾因素少等優(yōu)點(diǎn)。MEMS 執行器的執行方式有壓電執行、電磁執行、靜電執行、熱執行等，核心功能是將其他能量轉為機械能。MEMS 執行器的起步早，但發(fā)展速度不及MEMS 傳感器。意法半導體公司執行副總裁Benedetto 認為：一方面是生產(chǎn)能力、產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不完善的原因；另一方面是新技術(shù)還需要真正的應用，如十年前手機攝像頭的提升重點(diǎn)在像素，因此用于自動(dòng)對焦的MEMS 執行器則發(fā)展較慢。
2、MEMS 應用
在汽車(chē)領(lǐng)域，MEMS 產(chǎn)品有壓力傳感器、加速度傳感器、陀螺儀、流量傳感器、麥克風(fēng)、紅外夜視傳感器等，應用范圍包括汽車(chē)動(dòng)力總成、汽車(chē)底盤(pán)、駕駛安全和自動(dòng)化、舒適便捷相關(guān)系統等。
圖 3 汽車(chē)領(lǐng)域MEMS 應用
受惠于2007 年蘋(píng)果手機和任天堂Wii 游戲機的誕生，MEMS 在消費電子領(lǐng)域迎來(lái)噴薄式的發(fā)展。iPhone 6S 包含加速度計、電子羅盤(pán)、陀螺儀、MEMS 麥克風(fēng)、接近光傳感器、環(huán)境光傳感器、指紋傳感器、壓力傳感器等。
圖 4 消費電子領(lǐng)域MEMS 應用
在醫療領(lǐng)域，MEMS 產(chǎn)品有診斷流感的可攜帶式芯片實(shí)驗室裝置VereFlu、可食用電子藥物、聽(tīng)力輔助MEMS、DNA 納米科技、智能生命檢測感應器、偵測血液中癌細胞醫療裝置、低功耗心室顫動(dòng)偵測芯片、守護天使裝置等。
圖 5 醫療領(lǐng)域MEMS 應用
3、MEMS 發(fā)展歷程
上個(gè)世紀80 年代開(kāi)始，隨著(zhù)微電子行業(yè)的快速發(fā)展，以及航空、航天、汽車(chē)等行業(yè)對小尺寸高可靠傳感的實(shí)際需求，MEMS 微機電系統和傳感器相結合形成的MEMS 傳感器行業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展期。通常認為，MEMS 傳感器行業(yè)在2000 年以前的最主要驅動(dòng)力是汽車(chē)工業(yè)。汽車(chē)領(lǐng)域MEMS 傳感器主要有壓力傳感器、加速計、陀螺儀和流量傳感器，應用范圍包括汽車(chē)防抱死系統ABS、車(chē)身穩定程序ESP、電控懸掛ECS、電動(dòng)手剎EPB、斜坡啟動(dòng)輔助HAS、胎壓監控EPMS、引擎防抖等。
進(jìn)入21 世紀后，以手機為代表的消費電子行業(yè)飛速發(fā)展，直接帶動(dòng)了MEMS 傳感器行業(yè)的發(fā)展。手機內置加速計、陀螺儀、MEMS 硅麥克風(fēng)、近距離傳感器、環(huán)境光傳感器、溫濕度傳感器等，主要應用范圍包括運動(dòng)/墜落檢測、速度/距離計數、電源管理、GPS 增強/盲區消除、導航數據補償等。每臺智能手機的MEMS 傳感器已超過(guò)10 個(gè)。
未來(lái)，隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和行業(yè)應用的發(fā)展，聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)會(huì )呈現爆炸式增長(cháng)的局面。MEMS 傳感器，作為物聯(lián)網(wǎng)四層架構（感知層、傳輸層、平臺層和應用層）中感知層的核心器件之一，需求會(huì )進(jìn)一步增大，應用場(chǎng)景涵蓋工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智慧醫療、智能家居等。
4、MEMS 產(chǎn)業(yè)鏈
MEMS 產(chǎn)業(yè)鏈包括設計、制造、封裝測試和應用等環(huán)節。MEMS 產(chǎn)業(yè)生態(tài)包含全產(chǎn)業(yè)鏈IDM廠(chǎng)商、專(zhuān)注MEMS 設計的Fabless 廠(chǎng)商、MEMS 制造廠(chǎng)商、ASIC 制造廠(chǎng)商、封裝測試廠(chǎng)商等。全球頭部IDM 廠(chǎng)商包括博世、博通、德州儀器等企業(yè)?？紤]到MEMS 行業(yè)動(dòng)輒數億元的重資產(chǎn)投入，與IC 行業(yè)類(lèi)似，MEMS 行業(yè)的很多企業(yè)采用Fabless 商業(yè)模式，投入資金專(zhuān)注研發(fā)，而將制造環(huán)節交由專(zhuān)業(yè)的Foundry 廠(chǎng)商。InvenSense 公司是一家頭部Fabless 廠(chǎng)商，2011 年美國上市。其他Fabless 廠(chǎng)商還有Knowles 公司、Memsic 美新半導體、敏芯微電子等。Foundry代工廠(chǎng)則有臺積電、中芯國際、Global Foundries 等。封裝測試環(huán)節則有Amkor、華天科技、晶方科技等。
圖 6 MEMS 的生產(chǎn)流程
圖 7 MEMS 產(chǎn)業(yè)鏈
（1）設計
MEMS 的設計綜合了材料、結構、力學(xué)、微電子學(xué)、光學(xué)等學(xué)科，并需要考慮制造工藝、封裝工藝、測試方法、低成本、智能化等實(shí)際需求，借助計算機輔助設計軟件（如有限元分析）等輔助設計，通過(guò)復雜的試驗驗證設計方案可行性，最終滿(mǎn)足各項嚴苛要求。MEMS 的設計不僅僅需要科學(xué)嚴謹的工程設計經(jīng)驗，還需要充滿(mǎn)藝術(shù)想象力的工程設計能力。
（2）制造
MEMS 制造工藝主要有：
—以美國為代表的硅基微機械加工工藝。該工藝方案分為表面微機械加工工藝和體硅微機械加工工藝。
—以德國為代表的 LIGA 工藝。LIGA 工藝是利用同步輻射X 射線(xiàn)光刻技術(shù)，通過(guò)電鑄成型和塑鑄成型制造高深寬比的微結構方法。該工藝的設備昂貴、周期較長(cháng)，與集成電路的兼容性較差。
—表面微機械加工工藝類(lèi)似于CMOS 半導體工藝，主要包含擴散摻雜、鍍膜（PVD/CVD）、光刻、刻蝕（干法刻蝕/濕法刻蝕）等過(guò)程，最后使用腐蝕液取出犧牲層材料，釋放出三維空間結構?；舅悸窞樵跀U散摻雜好的襯底上沉積犧牲層，通過(guò)光刻與刻蝕工藝形成一定的圖形，然后沉積結構材料并光刻出需要的圖形，最后使用腐蝕液將犧牲層犧牲掉，即可實(shí)現三維的微機械結構件。該工藝與CMOS 半導體工藝具有較好的兼容性。
圖 8 表面微機械加工工藝過(guò)程
體硅微機械加工工藝流程主要包括鍍膜、光刻、刻蝕、腐蝕等工藝。該工藝通常用來(lái)制造具有一定深度的三維微機械結構，主要是通過(guò)腐蝕液對襯底進(jìn)行腐蝕，腐蝕深度達幾百微米，甚至穿透硅片，從而得到三維立體結構。
圖 9 體硅微機械加工工藝過(guò)程
LIGA（LIthographie 制版術(shù)、Gavanoformung 電鑄、Abformung 塑鑄）工藝由德國卡爾斯魯厄原子核研究所研發(fā)而成，通過(guò)深層同步輻射X 射線(xiàn)光刻技術(shù)，能夠制造出高深寬比的三維結構，尺寸精度達亞微米級。但是該工藝技術(shù)的成本較高，生產(chǎn)周期較長(cháng)。
圖 10 LIGA 工藝和準LIGA 工藝的流程圖
（3）封裝
MEMS 封裝技術(shù)的發(fā)展相對落后于設計技術(shù)和制造技術(shù)。MEMS 封裝不僅僅需要滿(mǎn)足傳統IC封裝的四大功能（機械支撐、環(huán)境保護、電連接、散熱），還需要考慮信號界面（如光、電、溫度、濕度等輸入信號）、立體結構（如非平面、腔體、懸梁、薄膜、密封等）、外殼材料（須適應產(chǎn)品的各類(lèi)應用環(huán)境）、特殊芯片鈍化（須適應微機電系統的內部環(huán)境）、特殊可靠性要求等因素。MEMS 封裝可以分為芯片級封裝、器件級封裝和系統級封裝。
圖 11 MEMS 封裝的三個(gè)級別
芯片級封裝是對傳感單元、執行單元等進(jìn)行單獨封裝，主要目標是保護核心元器件。器件
級封裝將傳感單元、執行單元和其他核心元器件進(jìn)行封裝，核心難點(diǎn)是接口。系統級封裝則將傳感單元、執行單元、核心元器件、主要信號處理電路等統一進(jìn)行封裝，能夠顯著(zhù)降低產(chǎn)品尺寸，核心問(wèn)題是接口、電磁屏蔽等關(guān)鍵問(wèn)題。
圖 12 壓力傳感器的芯片級封裝（金屬殼和塑料殼）
本研究簡(jiǎn)要介紹幾種關(guān)鍵的封裝技術(shù)：倒裝片封裝、晶圓級封裝WLP、3D 封裝和系統級封裝SIP。
倒裝片封裝是將芯片的正面朝下，直接與封裝基板進(jìn)行鍵合，該工藝方案具有小尺寸、連接路徑變短等優(yōu)點(diǎn)。從幾何結構層面來(lái)看，倒裝片封裝將芯片向下組裝，為光信號提供了直線(xiàn)通路，適用于光學(xué)MEMS 的封裝。
圖 13 倒裝片封裝示意圖
晶圓級封裝WLP（Wafer Level Package）是將裝片、電連接、封裝、測試等過(guò)程均在晶圓加工過(guò)程中完成，最后再劃片。劃片后的單元芯片就是已經(jīng)完成封裝后的產(chǎn)品了。WLP 工藝生產(chǎn)的芯片尺寸與裸芯尺寸幾乎相等，連接路徑變短，散熱效果更佳，是非常良好的封裝工藝。
圖 14 晶圓級封裝WLP
3D 封裝是在垂直方向堆疊多個(gè)芯片的封裝技術(shù)，起源于快閃存儲器（NOR/NAND）和SDRAM的堆疊封裝，主流形式包括封裝體堆疊POP（Package on Package）和硅穿孔TSV（Through Silicon Via）。其中，硅穿孔TSV 技術(shù)的連接路徑長(cháng)度短，具有減小信號損失、降低時(shí)間延遲、降低功耗等優(yōu)點(diǎn)。
系統級封裝SIP（System in Package），與系統級芯片SOC（System On Chip）類(lèi)似，是MEMS 封裝的發(fā)展趨勢。SIP 是將2 種以上不同功能的電子組件進(jìn)行封裝，能夠提供多種功能。例如，SIP 技術(shù)能夠將MEMS、邏輯電路、存儲器、電源等集成在一個(gè)封裝系統內。系統級封裝SIP 可以認為是可拓展摩爾定律發(fā)展的重要組成內容之一。
圖 15 SIP 結構示意圖
（4）測試
MEMS 測試是MEMS 制造過(guò)程的至關(guān)重要環(huán)節，由于目前MEMS 成品率較低，缺乏標準化的測試標準，測試復雜性和測試成本均高于IC 產(chǎn)品。MEMS 測試包括晶圓測試和成品測試。測試內容包括電學(xué)測試和非電學(xué)測試，涉及了聲學(xué)激勵、光學(xué)激勵、磁學(xué)激勵、化學(xué)激勵、生物激勵等不同的激勵信號。
圖 16 MEMS 測試
二、行業(yè)特點(diǎn)：壁壘高，需求大，降本增效和推出新產(chǎn)品是突破點(diǎn)
1、產(chǎn)品多樣化，生產(chǎn)工藝非標，封測是產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈重要環(huán)節
MEMS 產(chǎn)品具有多樣化的特征。MEMS 的應用范圍覆蓋汽車(chē)、消費電子、醫療、航空航天、電信等多領(lǐng)域；感知信號包括物理信號、化學(xué)信號、生物信號等；應用環(huán)境涉及溫度、濕度、壓強、震動(dòng)、酸堿性等復雜環(huán)境，因此產(chǎn)品紛繁多樣。即使同一類(lèi)產(chǎn)品，也會(huì )由于采用不同的設計路徑、制造工藝、封裝工藝等，從而呈現不同的價(jià)值。目前，MEMS 市場(chǎng)以慣性傳感器、微流量傳感器、壓力傳感器、光學(xué)傳感器、噴墨頭、射頻、麥克風(fēng)、紅外傳感器、振動(dòng)傳感器等為主。2016 年，慣性傳感器和微流量傳感器占比均為24%，壓力傳感器占比13%，光學(xué)傳感器和噴墨頭占比10%。
圖 17 2016 年全球MEMS 市場(chǎng)中各類(lèi)產(chǎn)品的市場(chǎng)規模占比
MEMS 生產(chǎn)工藝尚未實(shí)現標準化。MEMS 行業(yè)遵循一類(lèi)產(chǎn)品、一種工藝的規律，雖然MEMS產(chǎn)業(yè)鏈與傳統IC 行業(yè)非常相似，但由于不同的MEMS 產(chǎn)品通常都需要采用不同的制造工藝和封裝工藝，因此并未實(shí)現IC 行業(yè)的高度標準化特征。事實(shí)上，正是由于MEMS 行業(yè)尚未實(shí)現標準化，導致生產(chǎn)線(xiàn)規模效應不足，影響了企業(yè)研發(fā)新產(chǎn)品的動(dòng)力。
封測環(huán)節在MEMS 價(jià)值鏈中占有重要地位。由于MEMS 包含傳感器、執行器、ASIC 等復雜子部件，需要考慮尺寸、交互接口、機械應力、特殊環(huán)境要求等因素，無(wú)論是封裝工藝的選擇，還是封裝過(guò)程，均比傳統IC 封裝更加復雜。在后摩爾定律時(shí)代，先進(jìn)封裝技術(shù)被認為是延續摩爾定律生命的關(guān)鍵，不斷提高封裝技術(shù)來(lái)促進(jìn)MEMS 的集成度是核心價(jià)值的體現。MEMS 生產(chǎn)過(guò)程的測試難度非常大。MEMS 測試的信號通常十分微弱，如納米級的位移、nV 級的電壓，因此對測試設備提出了極高的要求。同時(shí)，由于測試信號種類(lèi)的多樣性，以及尚未形成標準化的測試環(huán)節，既增加了測試復雜性，又提高了測試成本。封裝和測試的成本在生產(chǎn)成本的35-70%之間。以博世Bosch 的BMC050 三軸加速度計為例，MEMS 成本為0.059 美元，占總成本13%；ASIC 成本為0.224 美元，占總成本48%；封裝和測試的成本為0.165 美元，占總成本35%。一些其他研究在統計時(shí)，封測成本占比高達60~70%。
圖 18 博世Bosch 的BMC050 三軸加速度計成本分解
圖 19 其他研究成果中的封測成本占比數據
2、進(jìn)入壁壘高，研發(fā)和商業(yè)化周期長(cháng)
MEMS 綜合了材料、結構、力學(xué)、微電子學(xué)、光學(xué)等學(xué)科，并需要考慮制造工藝、封裝工藝、測試方法、低成本、智能化等實(shí)際需求，對企業(yè)的研發(fā)能力和學(xué)習曲線(xiàn)都提出了極高的要求。
在全球頭部MEMS 企業(yè)中，通常也呈現每家企業(yè)專(zhuān)注1-2 個(gè)子行業(yè)的現象，這與不同MEMS 的技術(shù)能力要求息息相關(guān)。MEMS 的研發(fā)和商業(yè)化周期長(cháng)。加速計的研發(fā)周期長(cháng)達9 年，商業(yè)化周期長(cháng)達8 年，之后，耗時(shí)8 年逐步降低成本。麥克風(fēng)的研發(fā)周期為6 年，商業(yè)化周期為6 年；振蕩器的研發(fā)周期為5 年，商業(yè)化周期為6 年。整體而言，MEMS 的研發(fā)和商業(yè)化周期正在逐漸縮短，一方面與MEMS制造商不斷提升的研發(fā)能力相關(guān)，另一方面也與市場(chǎng)對 MEMS 需求與日俱增相關(guān)。
圖 20 MEMS 的研發(fā)周期和商業(yè)化周期
3、全球市場(chǎng)規模穩步增長(cháng)，汽車(chē)、消費電子和醫療是核心驅動(dòng)力，行業(yè)龍頭地位穩定
全球MEMS 市場(chǎng)規模穩步增長(cháng)，2017 年約130 億美元，2022 年約250 億美元，CAGR 達14%。事實(shí)上，該增速已經(jīng)遠超傳統半導體行業(yè)個(gè)位數的增長(cháng)。從2012 到2019 年，消費電子、汽車(chē)電子、醫療電子三大領(lǐng)域約占全球MEMS 市場(chǎng)規模的85%。
圖 21 全球MEMS 市場(chǎng)規模預測
圖 22 MEMS 的主要應用領(lǐng)域
2017 年，全球排名前五的MEMS 廠(chǎng)商分別是博通、博世、意法半導體、德州儀器和Qorvo，營(yíng)收分別為14.11 億美元、12.75 億美元、7.57 億美元、6.72 億美元和6.26 億美元。入圍前30 強的營(yíng)收門(mén)檻值是7100 萬(wàn)美元。大陸企業(yè)僅有歌爾聲學(xué)（GOER TEC）和瑞聲科技（AAC）入圍30 強。比較2017 年、2016 年和2015 年的30 強，MEMS 行業(yè)的頭部企業(yè)基本穩定。其中，博通公司和Qorvo 公司近年來(lái)的MEMS 營(yíng)收增幅明顯，主要得益于通信射頻RF MEMS 的需求快速增加。
圖23 2017 年全球MEMS 行業(yè)30 強和射頻模組RF MEMS 的市場(chǎng)預測
表 1 全球頭部MEMS 廠(chǎng)商的主要情況
4、MEMS 降價(jià)明顯，降本增效、推出新產(chǎn)品是企業(yè)提高毛利率的鑰匙
MEMS 應用于汽車(chē)、消費電子和醫療行業(yè)，下游客戶(hù)為大型OEM 廠(chǎng)商，并且半導體行業(yè)產(chǎn)品通常采用代理商銷(xiāo)售（代理商收集終端客戶(hù)的需求進(jìn)行集中采購），因此客戶(hù)集中度十分高，導致MEMS 廠(chǎng)商的價(jià)格談判能力較弱。尤其是消費電子客戶(hù)，要求非標準化的MEMS 價(jià)格按照標準化的通用元器件進(jìn)行銷(xiāo)售，進(jìn)一步壓縮了MEMS 廠(chǎng)商的利潤空間。
圖 24 MEMS 平均價(jià)格的變化曲線(xiàn)
由于MEMS 的制造和封裝具有傳統IC 的特點(diǎn)，因此CMOS 工藝是MEMS 行業(yè)降低成本的重要途徑之一。以圖像傳感器為例，基于CMOS 工藝制造的CMOS 圖像傳感器，成本低于傳統CCD圖像傳感器，成為消費電子攝像模組的首選。中國MEMSIC 美新半導體采用標準CMOS 集成電路工藝單芯片集成MEMS 和ASIC 電路，在晶圓級結合MEMS 結構和CMOS 標準化工藝，可使用現成的設備與可兼容與CMOS 制程的制造流程，制造出尺寸小、重量輕、低成本、可批量生產(chǎn)的傳感器。當然，MEMS 制造的標準化工作仍需要行業(yè)不斷的努力，從而進(jìn)一步降低成本。
推出新產(chǎn)品也是提高產(chǎn)品毛利率的一把鑰匙。以MEMSIC 美新半導體為例，2017 年上半年的數據顯示，消費類(lèi)磁傳感器的新產(chǎn)品毛利率為38.2%，老產(chǎn)品僅10.7%；消費類(lèi)加速度計新產(chǎn)品毛利率53.42%，老產(chǎn)品僅14.29%；汽車(chē)類(lèi)MEMS 的新產(chǎn)品毛利率為23.59%，老產(chǎn)品僅1.37%。上述數據顯示，推出新產(chǎn)品能夠顯著(zhù)提高產(chǎn)品的毛利率。
圖 25 MEMS 平均價(jià)格的變化曲線(xiàn)
5、我國 MEMS 產(chǎn)業(yè)鏈完整，能力較薄弱，但發(fā)展前景樂(lè )觀(guān)
我國基本形成了完整的MEMS 產(chǎn)業(yè)鏈，設計廠(chǎng)商有MEMSIC 半導體、硅?？萍?、敏芯微電子等；代工廠(chǎng)商有中芯國際、華虹宏力、CSMC、ASMC、耐威科技等；封裝測試廠(chǎng)商有長(cháng)電科技、華天科技、通富微電、晶方科技等。
圖 26 我國MEMS 產(chǎn)業(yè)鏈
中國擁有全球最大的汽車(chē)市場(chǎng)和消費電子市場(chǎng)，醫療行業(yè)也正蓬勃發(fā)展，但是中高端MEMS的自主化率仍較低。在2017 年全球MEMS 行業(yè)30 強中，大陸企業(yè)僅有歌爾聲學(xué)（GOER TEC，排名11 位）和瑞聲科技（AAC，排名23 位）。
我認為我國MEMS 行業(yè)的發(fā)展前景樂(lè )觀(guān)，主要原因有：
——我國正處于半導體行業(yè)發(fā)展大浪潮中，大量資本注入半導體行業(yè)，一方面推動(dòng)了相關(guān)
硬件設施的迅速發(fā)展，同時(shí)吸引了高端行業(yè)人才加盟本土公司。MEMS 作為半導體行業(yè)的重要分支，能夠順勢而上。
——MEMS 行業(yè)細分繁多，贏(yíng)家無(wú)法通吃全部細分行業(yè)，具有長(cháng)尾效應。尤其是物聯(lián)網(wǎng)、醫療等行業(yè)能夠催生出大量的MEMS 新應用。例如，瑞聲科技成功切入了MEMS 麥克風(fēng)細分市場(chǎng)和Haptics 市場(chǎng)，成為了我國MEMS 行業(yè)的標桿性企業(yè)。
——經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國已經(jīng)奠定了完整的MEMS 產(chǎn)業(yè)鏈基礎，并培養了一批具有一定技術(shù)實(shí)力的MEMS 企業(yè)。MEMS 企業(yè)的競爭力不僅體現在技術(shù)實(shí)力，也體現在渠道和生態(tài)建設能力。國內MEMS 企業(yè)揚長(cháng)避短，能夠獲得發(fā)展空間。
圖 27 我國主要MEMS 企業(yè)
三、未來(lái)發(fā)展：小尺寸、集成化是技術(shù)趨勢，物聯(lián)網(wǎng)是應用藍海
1、 小尺寸、集成化是產(chǎn)品發(fā)展趨勢
摩爾定律是集成電路行業(yè)發(fā)展的黃金規律，小尺寸化能夠提高性能、降低功耗、降低成本。隨著(zhù)微納技術(shù)的持續發(fā)展，未來(lái)微機電系統MEMS 將有可能向納米尺寸發(fā)展。以MEMS加速度計為例，2009 年其管腳尺寸為3*5mm2，2014 年管腳尺寸為1.6*1.6mm2，尺寸降幅達86%。
圖 28 MEMS 尺寸變化趨勢
集成化主要體現在封裝技術(shù)的持續提升。一方面，通過(guò)先進(jìn)封裝技術(shù)將不同的MEMS 功能進(jìn)行融合。例如，9 軸慣性測量單元將加速度計、陀螺儀、地磁計進(jìn)行融合；環(huán)境傳感器將氣體/微利、壓力、溫度/濕度、麥克風(fēng)進(jìn)行融合；光學(xué)傳感器將可見(jiàn)光傳感、接近光傳感、三維視覺(jué)傳感、多頻譜傳感進(jìn)行融合。另一方面，使用先進(jìn)的封裝技術(shù)將傳感單元、執行單元、微電源、ASIC、MCU 進(jìn)行集成，進(jìn)一步提升MEMS 產(chǎn)品價(jià)值。本研究中列出的倒裝片封裝、晶圓級封裝WLP、3D 封裝、系統級封裝SIP 等封裝技術(shù)均是MEMS 實(shí)現高度集成化的重要方向。
圖 29 MEMS 尺寸變化趨勢
圖 30 MEMS 多功能融合
2、微執行器將迎來(lái)發(fā)展浪潮
MEMS 執行器在微尺度下完成需要動(dòng)作，比傳統執行器的控制精度更優(yōu)、能耗更低，應用場(chǎng)景十分廣闊。意法半導體公司開(kāi)發(fā)的自動(dòng)對焦執行器，比音圈電機功耗更低、速度更快；意法半導體與Debiotec 合作開(kāi)發(fā)的Nanopump 胰島素輸送泵，以更加簡(jiǎn)單易用的方式提升糖尿病患者的生活質(zhì)量；MEMS Drive 公司開(kāi)發(fā)了全球首款應用于智能手機光學(xué)防抖的MEMS 光學(xué)圖像防抖穩定器OIS 等。在目前的全球MEMS 市場(chǎng)中，增長(cháng)最為迅速的是射頻模組MEMS 執行器，包括MEMS 濾波器、MEMS 諧振器、MEMS 開(kāi)關(guān)等。3D 掃描、沉浸式游戲動(dòng)作控制、面部識別、MEMS揚聲器、超極本投影等諸多應用場(chǎng)景成為MEMS 執行器的發(fā)展趨勢。
3、物聯(lián)網(wǎng)是 MEMS 應用的藍海
物聯(lián)網(wǎng)已進(jìn)入跨界融合、繼承創(chuàng )新和規?；l(fā)展新階段，將為經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展注入新活力，培育新動(dòng)能。物聯(lián)網(wǎng)在交通、物流、環(huán)保、醫療、安防、電力等領(lǐng)域的應用逐漸得到規?；炞C，拉開(kāi)了相關(guān)行業(yè)的智能化、精細化、網(wǎng)絡(luò )化變革大幕。在萬(wàn)物互聯(lián)的世界里，MEMS 是萬(wàn)物信息的關(guān)鍵獲取節點(diǎn)，通過(guò)掌握MEMS 節點(diǎn)獲取萬(wàn)物信息，對布局物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的企業(yè)至關(guān)重要。
一方面，5G、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智慧醫療、智能家居、可穿戴設備、智慧城市等物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的發(fā)展能夠拉動(dòng)壓力傳感器、加速計、磁力計、陀螺儀、MEMS 麥克風(fēng)、MEMS 濾波器、MEMS 開(kāi)關(guān)等現有產(chǎn)品的需求；另一方面，受到物聯(lián)網(wǎng)對小尺寸、低功耗、集成化、智能化MEMS 的海量需求，MEMS 新產(chǎn)品將不斷踴躍，進(jìn)一步賦能物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈，形成良性循環(huán)。
圖 31 2014-2024 年全球聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)的數量
未來(lái)智能實(shí)驗室是人工智能學(xué)家與科學(xué)院相關(guān)機構聯(lián)合成立的人工智能，互聯(lián)網(wǎng)和腦科學(xué)交叉研究機構。
未來(lái)智能實(shí)驗室的主要工作包括：建立AI智能系統智商評測體系，開(kāi)展世界人工智能智商評測；開(kāi)展互聯(lián)網(wǎng)（城市）云腦研究計劃，構建互聯(lián)網(wǎng)（城市）云腦技術(shù)和企業(yè)圖譜，為提升企業(yè)，行業(yè)與城市的智能水平服務(wù)。
