隨著“物聯網”、“智慧城市”、“智能交通”等概念的興起,及全球信息數據采集需求的旺盛,MEMS傳感器的應用變得無所不在。

 

 

 

微機電系統（MEMS），在歐洲也被稱為微系統技術，或在日本被稱為微機械，是一類器件，其特點是尺寸很小，制造方式特殊。MEMS器件的特征長度從1毫米到1微米——1微米可是要比人們頭發的直徑小很多。

 

MEMS往往會采用常見的機械零件和工具所對應微觀模擬元件，例如它們可能包含通道、孔、懸臂、膜、腔以及其它結構。然而，MEMS器件加工技術并非機械式。相反，它們采用類似于集成電路批處理式的微制造技術。 

 

 

以麥克風為例我們來更清晰地認識一下傳統麥克風和MEMS麥克風的區別：

 

傳統的駐極體麥克風

 

MEMS麥克風

 

諸如最典型的半導體發展歷史：從 20 世紀初在英國物理學家弗萊明手下發明的第一個電子管，到 1943 年擁有 17468 個電子三極管的 ENIAC 和 1954 年誕生裝有 800 個晶體管的計算機 TRADIC，到 1954 年飛兆半導體發明了平面工藝使得集成電路可以量產，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算機 IBM 360。模擬量到數字化、大體積到小型化以及隨之而來的高度集成化，是所有近現代化產業發展前進的永恒追求。MEMS也不例外。正因為 MEMS 擁有如此眾多跨世代的優勢，目前來看我們認為其是替代傳統傳感器的唯一可能選擇，也可能是未來構筑物聯網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 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、響應時間短等優點。 MEMS 更高的表面體積比（表面積比體積）可以提高表面傳感器的敏感程度。

 

硅基加工工藝 : 可兼容傳統 IC 生產工藝：硅的強度、硬度和楊氏模量與鐵相當，密度類似鋁，熱傳導率接近鉬和鎢，同時可以很大程度上兼容硅基加工工藝。

 

批量生產：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 英寸的硅片晶元上可同時切割出大約 1000 個 MEMS 芯片，批量生產可**降低單個 MEMS 的生產成本。

 

集成化：一般來說，單顆 MEMS 往往在封裝機械傳感器的同時，還會集成ASIC 芯片，控制 MEMS 芯片以及轉換模擬量為數字量輸出。

 

多學科交叉： MEMS 涉及電子、機械、材料、制造、信息與自動控制、物理、化學和生物等多種學科，并集約了當今科學技術發展的許多尖端成果。MEMS 是構筑物聯網的基礎物理感知層傳感器的最主要選擇之一。

 

由于物聯網特別是無線傳感器網絡對器件的物理尺寸、功耗、成本等十分敏感，傳感器的微型化對物聯網產業的發展至關重要。 MEMS 微機電系統結合兼容傳統的半導體工藝，采用微米技術在芯片上制造微型機械，并將其與對應電路集成為一個整體的技術，它是以半導體制造技術為基礎發展起來的，批量化生產能滿足物聯網對傳感器的巨大需求量和低成本要求。

 

 

 

 

未來可以預見未來大規模下游應用主要會以新的消費電子例如 AR/VR，以及物聯網例如智能駕駛、智慧物流、智能家居等。而傳感器做為感知層，是不可或缺的關鍵基礎物理層部分，物聯網的快速發展，將會給 MEMS 行業帶來巨大的發展紅利。

 

 

物聯網的系統架構主要包括三部分：感知層、傳輸層和應用層。

 

感知層的作用主要是獲取環境信息和物與物的交互，主要由傳感器、微處理器和 RF 無線收發器等組成；

 

傳輸層主要用于感知層之間的信息傳遞，由包括 NB IOT、ZigBee、Thread、藍牙等通訊協議組成；

 

應用層主要包括云計算、云存儲、大數據和數據挖掘以及人機交互等軟件應用層面構成。感知層傳感器處于整個物聯網的最底層，是數據采集的入口，物聯網的“心臟”，有著巨大的發展空間。

 

隨著國內設計、制造、封測等多個環節的技術和工藝正在逐步成熟， MEMS 作為物理量連接半導體的產物，將恰逢其時的受益于物聯網產業的發展， MEMS 在消費電子、汽車電子、工業控制、軍工、智能家居、智慧城市等領域將得到更為廣泛的應用，根據 Yole developpement 的預測， 2016-2020 年 MEMS 傳感器市場將以 13%年復合成長率增長， 2020 年 MEMS 傳感器市場將達到 300 億美元,前景無限。

 

MEMS全球市場產值預測（億美元）

 

2015 年中國 MEMS 器件市場規模為 308 億元人民幣，占據全球市場的三分之一。從發展速度而言，中國 MEMS 市場增速一直快于全球市場增速。中國 MEMS 器件市場平均增速約 15 - 20%，中國集成電路市場增速約為 7 - 10%，橫向對比而言，MEMS 器件市場的增速兩倍于集成電路市場。

 

中國近年 MEMS 傳感器市場規模（億元）

 

 

MEMS 沒有一個固定成型的標準化的生產工藝流程，每一款 MEMS 都針對下游特定的應用場合，因而有獨特的設計和對應的封裝形式，千差萬別。

 

MEMS 產業鏈類似于傳統半導體產業，主要包括了四大部分：前端 fabless 設計環節、 ODM 代工晶圓廠生產環節、封裝測試到下游最終應用的四大環節。

 

MEMS產業鏈劃分

 

全球前十名 MEMS 廠商主要包括博世、意法半導體、惠普、德州儀器、佳能、InvenSense、 Avago 和 Qorvo、樓氏電子、松下等等。其中 BOSCH 因為其在汽車電子和消費電子的雙重布局，牢牢占據著行業的第一的位置，其營收約占五大公司合計營收的三分之一。

 

大部分 MEMS 行業的主要廠商是以 Fabless 為主，例如樓氏、 HP、佳能等。同時，平行的也有 IDM 廠商垂直參與到整條產業鏈的各個環節，比如 Bosch、 ST等都建有自己的晶元代工生產線。

 

全球主要 MEMS 廠商的生產模式定位

 

基于之前闡述的 MEMS 本身區別于傳統 IC 產業特征，我們認為行業的核心門檻在于兩點：設計理念和封測工藝。

 

MEMS成本結構拆分

 

 

 

微機電系統的生產制造涵蓋設計、制造和封測。由于系統器件具有高度定制化、制程控制與材質特殊的特點，封裝與測試環節至少占到整個成本的 60%。因此，為了能夠在日益嚴峻的產品價格下跌趨勢下有效降低成本，多數無晶圓或輕晶圓MEMS 供應商將封裝與測試環節外包給專業封測廠商，這也將為 MEMS 器件封裝及測試廠商帶來機遇。

 

 

國內 MEMS 行業的 fabless 規模相對較小，但市場規模來說具備很大的發展空間。面對國內巨大的消費電子市場，自產自銷滿足國內部分中低端市場需求，也是國內 Fabless 司的一個捷徑。

 

中國 MEMS 設計企業主要集中于華東地區，約占全國企業總數的 55%，其中，以上海、蘇州、無錫三地為產業集中地：

 

上海：深迪，矽睿，麗恒，芯敏，微聯，銘動，文襄，天英，巨哥

 

蘇州：明皜，敏芯，雙橋，多維，能斯達，汶灝，圣賽諾爾，希美

 

無錫：美新，樂爾，康森斯克，微奧，杰德，必創，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，成都國騰，西安勵德，天津微納芯等。

 

國內 MEMS 企業布局

 

 

 

 

雖然國內主要集中在初級階段，中低端應用。但從近幾年的發展來看，中國地區已經成為過去五年全球 MEMS 市場發展最快的地區。 2015 年，我國 MEMS 市場規模接近 300 億元，且連續兩年增幅高達 15%以上；而且從中長期來看，國內 MEMS 行業的發展增速會快于國外，到 2020 年，我國傳感器市場增幅將進一步提升，年平均增長率將達到 20%以上，繼續保持全球前列。

 

 

從國內市場來看，我國擁有全球規模最大的集成電路市場。蘋果、三星、小米、華為、中興等手機品牌在中國設廠生產，加之汽車電子、物聯網、無人機、智能家庭等概念產品的逐步興起，以及可穿戴設備的蓬勃發展，國內市場對硅麥克風、加速度計、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。

 

根據 SEMI的估計，中國市場在全球市場的占比將從2010年的 9.2%增長到 2015年占比 15.10%。

 

中國作為全球最大的電子產品生產基地，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30強

 

MEMS傳感器是屬于集成電路行業，中央與地方政府開始著力扶持集成電路(芯片)產業，無論從資金規模還是扶持思路上都是空前的。

 

1. 3月5日，國務院總理**在今年兩會上的政府工作報告中，首次提到集成電路(芯片)產業。

 

2. 3月4日，上海市經信委則啟動了集成電路設計人員專項獎勵工作。此外，江蘇、深圳等省市可能都將在兩會后出臺百億產業基金，由政府牽頭，吸納社會資本。

 

3. 2014年6月，國務院印發《國家集成電路產業發展推進綱要》

 

4. 2014年4月23日國家成立了1200億元國家級芯片產業扶持基金。

 

本文來源于獵芯網。