【導讀】隨著電子技術(shù)的發(fā)展，MEMS的應用領域越來越廣泛，由最早的工業(yè)、軍用航空應用走向普通的消費市場。隨著國家政策扶持，近兩年中國 MEMS 產(chǎn)線投資興起， 2014 年國內(nèi) MEMS 代工廠建設投資超過 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)計資料分析，2014年全球車用MEMS市場達到了26億美元的市場規(guī)模，預計未來幾年內(nèi)將以3.4%的復合年成長率（CAGR）成長，在2021年以前達到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傳感器的應用變得無所不在。
什么是MEMS傳感器
微機電系統(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(fā)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(jié)構(gòu)。然而，MEMS器件加工技術(shù)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(shù)。
MEMS傳感器與傳統(tǒng)傳感器的區(qū)別
以麥克風為例我們來更清晰地認識一下傳統(tǒng)麥克風和MEMS麥克風的區(qū)別：
傳統(tǒng)的駐極體麥克風
MEMS麥克風
諸如最典型的半導體發(fā)展歷史：從 20 世紀初在英國物理學家弗萊明手下發(fā)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(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算機 IBM 360。模擬量到數(shù)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(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)發(fā)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(yōu)勢，目前來看我們認為其是替代傳統(tǒng)傳感器的唯一可能選擇，也可能是未來構(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 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(yōu)點。 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(chǎn)：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(chǎn)可**降低單個 MEMS 的生產(chǎn)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(zhuǎn)換模擬量為數(shù)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(shù)發(fā)展的許多尖端成果。MEMS 是構(gòu)筑物聯(lián)網(wǎng)的基礎物理感知層傳感器的最主要選擇之一。
由于物聯(lián)網(wǎng)特別是無線傳感器網(wǎng)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(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。 MEMS 微機電系統(tǒng)結(jié)合兼容傳統(tǒng)的半導體工藝，采用微米技術(shù)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(shù)，它是以半導體制造技術(shù)為基礎發(fā)展起來的，批量化生產(chǎn)能滿足物聯(lián)網(wǎng)對傳感器的巨大需求量和低成本要求。
MEMS傳感器的分類
MEMS傳感器市場規(guī)模
未來可以預見未來大規(guī)模下游應用主要會以新的消費電子例如 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)鍵基礎物理層部分，物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，將會給 MEMS 行業(yè)帶來巨大的發(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、藍牙等通訊協(xié)議組成；
應用層主要包括云計算、云存儲、大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘以及人機交互等軟件應用層面構(gòu)成。感知層傳感器處于整個物聯(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。
隨著國內(nèi)設計、制造、封測等多個環(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體的產(chǎn)物，將恰逢其時的受益于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， MEMS 在消費電子、汽車電子、工業(yè)控制、軍工、智能家居、智慧城市等領域?qū)⒌玫礁鼮閺V泛的應用，根據(jù) 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(chǎn)值預測（億美元）
2015 年中國 MEMS 器件市場規(guī)模為 308 億元人民幣，占據(jù)全球市場的三分之一。從發(fā)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?qū)Ρ榷?，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(guī)模（億元）
MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)鏈
MEMS 沒有一個固定成型的標準化的生產(chǎn)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(chǎn)業(yè)鏈類似于傳統(tǒng)半導體產(chǎn)業(yè)，主要包括了四大部分：前端 fabless 設計環(huán)節(jié)、 ODM 代工晶圓廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)、封裝測試到下游最終應用的四大環(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(jù)著行業(yè)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(yè)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(chǎn)業(yè)鏈的各個環(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，我們認為行業(yè)的核心門檻在于兩點：設計理念和封測工藝。
MEMS成本結(jié)構(gòu)拆分
MEMS傳感器封裝形式
微機電系統(tǒng)的生產(chǎn)制造涵蓋設計、制造和封測。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，封裝與測試環(huán)節(jié)至少占到整個成本的 60%。因此，為了能夠在日益嚴峻的產(chǎn)品價格下跌趨勢下有效降低成本，多數(shù)無晶圓或輕晶圓MEMS 供應商將封裝與測試環(huán)節(jié)外包給專業(yè)封測廠商，這也將為 MEMS 器件封裝及測試廠商帶來機遇。
中國MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)
國內(nèi) MEMS 行業(yè)的 fabless 規(guī)模相對較小，但市場規(guī)模來說具備很大的發(fā)展空間。面對國內(nèi)巨大的消費電子市場，自產(chǎn)自銷滿足國內(nèi)部分中低端市場需求，也是國內(nèi) Fabless 司的一個捷徑。
中國 MEMS 設計企業(yè)主要集中于華東地區(qū)，約占全國企業(yè)總數(shù)的 55%，其中，以上海、蘇州、無錫三地為產(chǎn)業(yè)集中地：
上海：深迪，矽睿，麗恒，芯敏，微聯(lián)，銘動，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(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，成都國騰，西安勵德，天津微納芯等。
國內(nèi) MEMS 企業(yè)布局
中國MEMS傳感器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
雖然國內(nèi)主要集中在初級階段，中低端應用。但從近幾年的發(fā)展來看，中國地區(qū)已經(jīng)成為過去五年全球 MEMS 市場發(fā)展最快的地區(qū)。 2015 年，我國 MEMS 市場規(guī)模接近 300 億元，且連續(xù)兩年增幅高達 15%以上；而且從中長期來看，國內(nèi) MEMS 行業(yè)的發(fā)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(xù)保持全球前列。
從國內(nèi)市場來看，我國擁有全球規(guī)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(chǎn)，加之汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)、無人機、智能家庭等概念產(chǎn)品的逐步興起，以及可穿戴設備的蓬勃發(fā)展，國內(nèi)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(jù) 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(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
MEMS傳感器是屬于集成電路行業(yè)，中央與地方政府開始著力扶持集成電路(芯片)產(chǎn)業(yè)，無論從資金規(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(chǎn)業(yè)。
2. 3月4日，上海市經(jīng)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(chǎn)業(yè)基金，由政府牽頭，吸納社會資本。
3. 2014年6月，國務院印發(fā)《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)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(chǎn)業(yè)扶持基金。
本文來源于獵芯網(wǎng)。
推薦閱讀：
