【導(dǎo)讀】隨著電子技術(shù)的發(fā)展，MEMS的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，由最早的工業(yè)、軍用航空應(yīng)用走向普通的消費(fèi)市場(chǎng)。隨著國(guó)家政策扶持，近兩年中國(guó) MEMS 產(chǎn)線投資興起， 2014 年國(guó)內(nèi) MEMS 代工廠建設(shè)投資超過(guò) 1.5 億美元，但是技術(shù)的匱乏和人才的缺失依然是產(chǎn)業(yè)短板。根據(jù)IHS的統(tǒng)計(jì)資料分析，2014年全球車用MEMS市場(chǎng)達(dá)到了26億美元的市場(chǎng)規(guī)模，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)將以3.4%的復(fù)合年成長(zhǎng)率（CAGR）成長(zhǎng)，在2021年以前達(dá)到34億美元。
隨著“物聯(lián)網(wǎng)”、“智慧城市”、“智能交通”等概念的興起,及全球信息數(shù)據(jù)采集需求的旺盛,MEMS傳感器的應(yīng)用變得無(wú)所不在。
什么是MEMS傳感器
微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS），在歐洲也被稱為微系統(tǒng)技術(shù)，或在日本被稱為微機(jī)械，是一類器件，其特點(diǎn)是尺寸很小，制造方式特殊。MEMS器件的特征長(zhǎng)度從1毫米到1微米——1微米可是要比人們頭發(fā)的直徑小很多。
MEMS往往會(huì)采用常見(jiàn)的機(jī)械零件和工具所對(duì)應(yīng)微觀模擬元件，例如它們可能包含通道、孔、懸臂、膜、腔以及其它結(jié)構(gòu)。然而，MEMS器件加工技術(shù)并非機(jī)械式。相反，它們采用類似于集成電路批處理式的微制造技術(shù)。
MEMS傳感器與傳統(tǒng)傳感器的區(qū)別
以麥克風(fēng)為例我們來(lái)更清晰地認(rèn)識(shí)一下傳統(tǒng)麥克風(fēng)和MEMS麥克風(fēng)的區(qū)別：
傳統(tǒng)的駐極體麥克風(fēng)
MEMS麥克風(fēng)
諸如最典型的半導(dǎo)體發(fā)展歷史：從 20 世紀(jì)初在英國(guó)物理學(xué)家弗萊明手下發(fā)明的第一個(gè)電子管，到 1943 年擁有 17468 個(gè)電子三極管的 ENIAC 和 1954 年誕生裝有 800 個(gè)晶體管的計(jì)算機(jī) TRADIC，到 1954 年飛兆半導(dǎo)體發(fā)明了平面工藝使得集成電路可以量產(chǎn)，從而誕生了 1964 年具有里程碑意義的首款使用集成電路的計(jì)算機(jī) IBM 360。模擬量到數(shù)字化、大體積到小型化以及隨之而來(lái)的高度集成化，是所有近現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)發(fā)展前進(jìn)的永恒追求。MEMS也不例外。正因?yàn)?MEMS 擁有如此眾多跨世代的優(yōu)勢(shì)，目前來(lái)看我們認(rèn)為其是替代傳統(tǒng)傳感器的唯一可能選擇，也可能是未來(lái)構(gòu)筑物聯(lián)網(wǎng)感知層傳感器最主要的選擇之一。
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(jì)量單位，重量輕、耗能低。同時(shí)微型化以后的機(jī)械部件具有慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。 MEMS 更高的表面體積比（表面積比體積）可以提高表面?zhèn)鞲衅鞯拿舾谐潭取?/div>
硅基加工工藝 : 可兼容傳統(tǒng) IC 生產(chǎn)工藝：硅的強(qiáng)度、硬度和楊氏模量與鐵相當(dāng)，密度類似鋁，熱傳導(dǎo)率接近鉬和鎢，同時(shí)可以很大程度上兼容硅基加工工藝。
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 英寸的硅片晶元上可同時(shí)切割出大約 1000 個(gè) MEMS 芯片，批量生產(chǎn)可**降低單個(gè) MEMS 的生產(chǎn)成本。
集成化：一般來(lái)說(shuō)，單顆 MEMS 往往在封裝機(jī)械傳感器的同時(shí)，還會(huì)集成ASIC 芯片，控制 MEMS 芯片以及轉(zhuǎn)換模擬量為數(shù)字量輸出。
多學(xué)科交叉： MEMS 涉及電子、機(jī)械、材料、制造、信息與自動(dòng)控制、物理、化學(xué)和生物等多種學(xué)科，并集約了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的許多尖端成果。MEMS 是構(gòu)筑物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)物理感知層傳感器的最主要選擇之一。
由于物聯(lián)網(wǎng)特別是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)器件的物理尺寸、功耗、成本等十分敏感，傳感器的微型化對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。 MEMS 微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)合兼容傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝，采用微米技術(shù)在芯片上制造微型機(jī)械，并將其與對(duì)應(yīng)電路集成為一個(gè)整體的技術(shù)，它是以半導(dǎo)體制造技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的，批量化生產(chǎn)能滿足物聯(lián)網(wǎng)對(duì)傳感器的巨大需求量和低成本要求。
MEMS傳感器的分類
MEMS傳感器市場(chǎng)規(guī)模
未來(lái)可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)大規(guī)模下游應(yīng)用主要會(huì)以新的消費(fèi)電子例如 AR/VR，以及物聯(lián)網(wǎng)例如智能駕駛、智慧物流、智能家居等。而傳感器做為感知層，是不可或缺的關(guān)鍵基礎(chǔ)物理層部分，物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，將會(huì)給 MEMS 行業(yè)帶來(lái)巨大的發(fā)展紅利。
物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)主要包括三部分：感知層、傳輸層和應(yīng)用層。
感知層的作用主要是獲取環(huán)境信息和物與物的交互，主要由傳感器、微處理器和 RF 無(wú)線收發(fā)器等組成；
傳輸層主要用于感知層之間的信息傳遞，由包括 NB IOT、ZigBee、Thread、藍(lán)牙等通訊協(xié)議組成；
應(yīng)用層主要包括云計(jì)算、云存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘以及人機(jī)交互等軟件應(yīng)用層面構(gòu)成。感知層傳感器處于整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的最底層，是數(shù)據(jù)采集的入口，物聯(lián)網(wǎng)的“心臟”，有著巨大的發(fā)展空間。
隨著國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)等多個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)和工藝正在逐步成熟， MEMS 作為物理量連接半導(dǎo)體的產(chǎn)物，將恰逢其時(shí)的受益于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， MEMS 在消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)控制、軍工、智能家居、智慧城市等領(lǐng)域?qū)⒌玫礁鼮閺V泛的應(yīng)用，根據(jù) Yole developpement 的預(yù)測(cè)， 2016-2020 年 MEMS 傳感器市場(chǎng)將以 13%年復(fù)合成長(zhǎng)率增長(zhǎng)， 2020 年 MEMS 傳感器市場(chǎng)將達(dá)到 300 億美元,前景無(wú)限。
MEMS全球市場(chǎng)產(chǎn)值預(yù)測(cè)（億美元）
2015 年中國(guó) MEMS 器件市場(chǎng)規(guī)模為 308 億元人民幣，占據(jù)全球市場(chǎng)的三分之一。從發(fā)展速度而言，中國(guó) MEMS 市場(chǎng)增速一直快于全球市場(chǎng)增速。中國(guó) MEMS 器件市場(chǎng)平均增速約 15 - 20%，中國(guó)集成電路市場(chǎng)增速約為 7 - 10%，橫向?qū)Ρ榷?，MEMS 器件市場(chǎng)的增速兩倍于集成電路市場(chǎng)。
中國(guó)近年 MEMS 傳感器市場(chǎng)規(guī)模（億元）
MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)鏈
MEMS 沒(méi)有一個(gè)固定成型的標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)工藝流程，每一款 MEMS 都針對(duì)下游特定的應(yīng)用場(chǎng)合，因而有獨(dú)特的設(shè)計(jì)和對(duì)應(yīng)的封裝形式，千差萬(wàn)別。
MEMS 產(chǎn)業(yè)鏈類似于傳統(tǒng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，主要包括了四大部分：前端 fabless 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、 ODM 代工晶圓廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)、封裝測(cè)試到下游最終應(yīng)用的四大環(huán)節(jié)。
MEMS產(chǎn)業(yè)鏈劃分
全球前十名 MEMS 廠商主要包括博世、意法半導(dǎo)體、惠普、德州儀器、佳能、InvenSense、 Avago 和 Qorvo、樓氏電子、松下等等。其中 BOSCH 因?yàn)槠湓谄囯娮雍拖M(fèi)電子的雙重布局，牢牢占據(jù)著行業(yè)的第一的位置，其營(yíng)收約占五大公司合計(jì)營(yíng)收的三分之一。
大部分 MEMS 行業(yè)的主要廠商是以 Fabless 為主，例如樓氏、 HP、佳能等。同時(shí)，平行的也有 IDM 廠商垂直參與到整條產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，比如 Bosch、 ST等都建有自己的晶元代工生產(chǎn)線。
全球主要 MEMS 廠商的生產(chǎn)模式定位
基于之前闡述的 MEMS 本身區(qū)別于傳統(tǒng) IC 產(chǎn)業(yè)特征，我們認(rèn)為行業(yè)的核心門檻在于兩點(diǎn)：設(shè)計(jì)理念和封測(cè)工藝。
MEMS成本結(jié)構(gòu)拆分
MEMS傳感器封裝形式
微機(jī)電系統(tǒng)的生產(chǎn)制造涵蓋設(shè)計(jì)、制造和封測(cè)。由于系統(tǒng)器件具有高度定制化、制程控制與材質(zhì)特殊的特點(diǎn)，封裝與測(cè)試環(huán)節(jié)至少占到整個(gè)成本的 60%。因此，為了能夠在日益嚴(yán)峻的產(chǎn)品價(jià)格下跌趨勢(shì)下有效降低成本，多數(shù)無(wú)晶圓或輕晶圓MEMS 供應(yīng)商將封裝與測(cè)試環(huán)節(jié)外包給專業(yè)封測(cè)廠商，這也將為 MEMS 器件封裝及測(cè)試廠商帶來(lái)機(jī)遇。
中國(guó)MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)
國(guó)內(nèi) MEMS 行業(yè)的 fabless 規(guī)模相對(duì)較小，但市場(chǎng)規(guī)模來(lái)說(shuō)具備很大的發(fā)展空間。面對(duì)國(guó)內(nèi)巨大的消費(fèi)電子市場(chǎng)，自產(chǎn)自銷滿足國(guó)內(nèi)部分中低端市場(chǎng)需求，也是國(guó)內(nèi) Fabless 司的一個(gè)捷徑。
中國(guó) MEMS 設(shè)計(jì)企業(yè)主要集中于華東地區(qū)，約占全國(guó)企業(yè)總數(shù)的 55%，其中，以上海、蘇州、無(wú)錫三地為產(chǎn)業(yè)集中地：
上海：深迪，矽睿，麗恒，芯敏，微聯(lián)，銘動(dòng)，文襄，天英，巨哥
蘇州：明皜，敏芯，雙橋，多維，能斯達(dá)，汶灝，圣賽諾爾，希美
無(wú)錫：美新，樂(lè)爾，康森斯克，微奧，杰德，必創(chuàng)，微納，芯奧微，沃浦
其他：深圳瑞聲，山東歌爾，河北美泰，山西科泰，鄭州煒盛，北京水木智芯，浙江大立，武漢高德，成都國(guó)騰，西安勵(lì)德，天津微納芯等。
國(guó)內(nèi) MEMS 企業(yè)布局
中國(guó)MEMS傳感器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
雖然國(guó)內(nèi)主要集中在初級(jí)階段，中低端應(yīng)用。但從近幾年的發(fā)展來(lái)看，中國(guó)地區(qū)已經(jīng)成為過(guò)去五年全球 MEMS 市場(chǎng)發(fā)展最快的地區(qū)。 2015 年，我國(guó) MEMS 市場(chǎng)規(guī)模接近 300 億元，且連續(xù)兩年增幅高達(dá) 15%以上；而且從中長(zhǎng)期來(lái)看，國(guó)內(nèi) MEMS 行業(yè)的發(fā)展增速會(huì)快于國(guó)外，到 2020 年，我國(guó)傳感器市場(chǎng)增幅將進(jìn)一步提升，年平均增長(zhǎng)率將達(dá)到 20%以上，繼續(xù)保持全球前列。
從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)來(lái)看，我國(guó)擁有全球規(guī)模最大的集成電路市場(chǎng)。蘋果、三星、小米、華為、中興等手機(jī)品牌在中國(guó)設(shè)廠生產(chǎn)，加之汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人機(jī)、智能家庭等概念產(chǎn)品的逐步興起，以及可穿戴設(shè)備的蓬勃發(fā)展，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)硅麥克風(fēng)、加速度計(jì)、陀螺儀、電子羅盤、射頻儀器、高精度壓力傳感器、氣體傳感器等MEMS 器件的需求快速增長(zhǎng)。
根據(jù) SEMI的估計(jì)，中國(guó)市場(chǎng)在全球市場(chǎng)的占比將從2010年的 9.2%增長(zhǎng)到 2015年占比 15.10%。
中國(guó)作為全球最大的電子產(chǎn)品生產(chǎn)基地，消耗了全球四分之一的MEMS器件，吸引了全球的目光。
2015年全球MEMS企業(yè)30強(qiáng)
MEMS傳感器是屬于集成電路行業(yè)，中央與地方政府開(kāi)始著力扶持集成電路(芯片)產(chǎn)業(yè)，無(wú)論從資金規(guī)模還是扶持思路上都是空前的。
1. 3月5日，國(guó)務(wù)院總理**在今年兩會(huì)上的政府工作報(bào)告中，首次提到集成電路(芯片)產(chǎn)業(yè)。
2. 3月4日，上海市經(jīng)信委則啟動(dòng)了集成電路設(shè)計(jì)人員專項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)工作。此外，江蘇、深圳等省市可能都將在兩會(huì)后出臺(tái)百億產(chǎn)業(yè)基金，由政府牽頭，吸納社會(huì)資本。
3. 2014年6月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》
4. 2014年4月23日國(guó)家成立了1200億元國(guó)家級(jí)芯片產(chǎn)業(yè)扶持基金。
本文來(lái)源于獵芯網(wǎng)。
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