微機(jī)電系統(tǒng)(micro-Electro-Mechanical System)是指尺寸在幾毫米甚至更小的傳感器器件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米數(shù)量級(jí)，是一個(gè)獨(dú)立的智能系統(tǒng)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，微機(jī)電系統(tǒng)是一種硅基傳感器，它是通過(guò)將傳統(tǒng)傳感器的機(jī)械部件小型化，通過(guò)三維堆疊技術(shù)將器件固定在硅片上，如三維硅穿孔TSV，最后根據(jù)不同的應(yīng)用采用特殊定制的封裝形式，最后切割組裝而成。得益于大規(guī)模生產(chǎn)集成電路硅片帶來(lái)的普通傳感器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的成本優(yōu)勢(shì)，微機(jī)電系統(tǒng)具有普通傳感器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的小型化和高集成度。

傳統(tǒng)ECM駐極體電容麥克風(fēng)/Apple Watch Lou的MEMS硅麥克風(fēng)

比如最典型的半導(dǎo)體發(fā)展史:從20世紀(jì)初英國(guó)物理學(xué)家弗萊明發(fā)明的第一個(gè)電子管，到1943年17468個(gè)晶體管的ENIAC和1954年800個(gè)晶體管的計(jì)算機(jī)TRADIC，再到1954年飛兆半導(dǎo)體發(fā)明的平面工藝，使集成電路得以大規(guī)模生產(chǎn)，從而誕生了1964年第一臺(tái)使用集成電路的標(biāo)志性計(jì)算機(jī)IBM 360。模擬到數(shù)字、大到小、高度集成是所有現(xiàn)代工業(yè)永恒的追求。

半導(dǎo)體發(fā)展史:從管-晶體管-集成電路

因?yàn)镸EMS有那么多跨代的優(yōu)勢(shì)，所以目前我們認(rèn)為它是取代傳統(tǒng)傳感器的唯一可能的選擇，也可能是未來(lái)傳感器在組網(wǎng)結(jié)構(gòu)傳感層最重要的選擇之一。

1)小型化: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單位測(cè)量，重量輕，能耗低。同時(shí)，小型化的機(jī)械部件具有慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。微機(jī)電系統(tǒng)較高的表面體積比(表面體積比)可以提高表面?zhèn)鞲衅鞯撵`敏度。

2)硅基加工工藝與傳統(tǒng)IC生產(chǎn)工藝兼容:硅的強(qiáng)度、硬度、楊氏模量與鐵相近，密度與鋁相近，導(dǎo)熱系數(shù)接近鉬、鎢。

3)批量生產(chǎn):以單個(gè)5mm*5mm的MEMS傳感器為例，通過(guò)硅微加工技術(shù)，可以在8英寸硅片上同時(shí)切割約1000個(gè)MEMS芯片，批量生產(chǎn)可以大大降低單個(gè)MEMS的生產(chǎn)成本。

4)集成:一般來(lái)說(shuō)，單個(gè)MEMS往往封裝了機(jī)械傳感器，同時(shí)也集成了ASIC芯片，控制MEMS芯片，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出。同時(shí)，不同的封裝工藝可以集成多種不同功能、不同敏感方向或驅(qū)動(dòng)方向的傳感器或執(zhí)行器，或者形成微傳感器陣列和微執(zhí)行器陣列，甚至集成多種功能的器件，形成復(fù)雜的微系統(tǒng)。集成微傳感器、微執(zhí)行器和微電子器件可以制造出高可靠性和穩(wěn)定性的微機(jī)電系統(tǒng)。隨著微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，更多的功能被集成到單個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)芯片中，以實(shí)現(xiàn)更高的集成度。例如，在慣性傳感器IMU(慣性測(cè)量單元)中，從最早的離散慣性傳感器到ADI公司集成了三軸陀螺儀、加速度計(jì)、磁力計(jì)、壓力傳感器和ADSP-BF512 Blackfin處理器的10自由度高精度微機(jī)電系統(tǒng)慣性測(cè)量單元。

5)多學(xué)科交叉:微機(jī)電系統(tǒng)涉及電子、機(jī)械、材料、制造、信息與自動(dòng)控制、物理、化學(xué)、生物等多個(gè)學(xué)科，在當(dāng)今科技發(fā)展中聚集了許多前沿成果。微機(jī)電系統(tǒng)是傳感器在結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化的基本物理傳感層中最重要的選擇之一。由于物聯(lián)網(wǎng)，尤其是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，對(duì)設(shè)備的物理尺寸、功耗和成本非常敏感，傳感器的小型化對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)微機(jī)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)兼容，微機(jī)械通過(guò)微技術(shù)在芯片上制造，并與相應(yīng)的電路集成為一體。它是在半導(dǎo)體制造技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其大規(guī)模生產(chǎn)能力滿足了物聯(lián)網(wǎng)對(duì)傳感器的巨大需求和低成本要求。

隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，微機(jī)電系統(tǒng)的機(jī)遇

在全球半導(dǎo)體行業(yè)，PC在領(lǐng)先行業(yè)10多年后，逐漸讓位于消費(fèi)電子。隨著摩爾定律逐漸達(dá)到瓶頸，制造工藝的進(jìn)步已經(jīng)接近其物理極限。單片3D的創(chuàng)始人Zvi Or-Bach認(rèn)為，28 nm之后，晶圓廠可以繼續(xù)制造更小的晶體，但不能更便宜。過(guò)程要求相對(duì)較低的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可能成為成熟過(guò)程的重要下游工業(yè)應(yīng)用。

摩爾定律接近極限

就目前的趨勢(shì)來(lái)看，高端工藝在整個(gè)IC封裝工藝中的比重已經(jīng)開始相對(duì)下降。先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)組件的實(shí)際工程成本，已經(jīng)被業(yè)內(nèi)大多數(shù)廠商證明過(guò)于昂貴；所以半導(dǎo)體行業(yè)確實(shí)是分開發(fā)展的，只有少數(shù)會(huì)追求小型化到7 nm，而大部分還是采用28 nm或者更老的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。

可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)大規(guī)模的下游應(yīng)用將主要使用AR/VR等新型消費(fèi)電子，以及智能駕駛、智能物流、智能家居等物聯(lián)網(wǎng)。傳感器作為傳感層，是不可缺少的關(guān)鍵基礎(chǔ)物理層。物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展將給微機(jī)電行業(yè)帶來(lái)巨大的發(fā)展紅利。

物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)主要包括感知層、傳輸層和應(yīng)用層三個(gè)部分。傳感層的作用主要是獲取環(huán)境信息和物體之間的交互，主要由傳感器、微處理器和射頻無(wú)線收發(fā)器組成；傳輸層主要用于傳感層之間的信息傳輸，由NB IOT、Zig Bee、Thread、藍(lán)牙等通信協(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、人機(jī)交互等軟件應(yīng)用層。傳感層傳感器位于整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的最底層，是數(shù)據(jù)采集的入口，是物聯(lián)網(wǎng)的“心臟”，有很大的發(fā)展空。

物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)覆蓋面廣，從手機(jī)到新能源汽車，以及大量未連接的設(shè)備和終端，將為市場(chǎng)帶來(lái)萬(wàn)億的市值增長(zhǎng)潛力?；ヂ?lián)網(wǎng)和智能手機(jī)的出現(xiàn)推動(dòng)了第二波信息產(chǎn)業(yè)，但已經(jīng)成熟，增長(zhǎng)率相對(duì)平緩。以傳感器網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)為代表的信息獲取或信息感知正在推動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)進(jìn)入第三次浪潮，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代已經(jīng)開始。

物聯(lián)網(wǎng):第三次工業(yè)化浪潮

2015年，全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模接近3500億美元，中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到7500億人民幣。Forrester Research預(yù)測(cè)，到2020年，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的規(guī)模將是信息互聯(lián)網(wǎng)的30倍，240億個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將接入互聯(lián)網(wǎng)，真正實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)。

隨著我國(guó)設(shè)計(jì)、制造、封裝和測(cè)試技術(shù)和工藝的逐漸成熟，微機(jī)電系統(tǒng)作為連接半導(dǎo)體的物理量產(chǎn)品，將在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候受益于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。微機(jī)電系統(tǒng)將廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)控制、軍事工業(yè)、智能家居、智能城市等領(lǐng)域。根據(jù)Yole發(fā)展預(yù)測(cè)，從2016年到2020年，微機(jī)電系統(tǒng)傳感器市場(chǎng)將以13%的復(fù)合年增長(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。

微機(jī)電系統(tǒng)全球市場(chǎng)產(chǎn)值預(yù)測(cè)(1億美元)

2015年，中國(guó)微機(jī)電系統(tǒng)器件市場(chǎng)規(guī)模為308億元人民幣，占全球市場(chǎng)的三分之一。從發(fā)展速度來(lái)看，中國(guó)微機(jī)電系統(tǒng)市場(chǎng)的增長(zhǎng)率一直高于全球市場(chǎng)。中國(guó)MEMS器件市場(chǎng)平均增長(zhǎng)率在15-20%左右，IC市場(chǎng)增長(zhǎng)率在7-10%左右。橫向比較，MEMS器件市場(chǎng)的增速是IC市場(chǎng)的兩倍。

近年來(lái)我國(guó)微機(jī)電系統(tǒng)傳感器市場(chǎng)規(guī)模(億元)

微機(jī)電產(chǎn)業(yè)鏈概述，國(guó)外領(lǐng)先

微機(jī)電系統(tǒng)沒(méi)有固定的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)工藝，每個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)都針對(duì)特定的下游應(yīng)用，因此有獨(dú)特的設(shè)計(jì)和相應(yīng)的封裝形式，差異很大。

微機(jī)電系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工業(yè)，它是微加工技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的結(jié)合。微機(jī)電系統(tǒng)傳感器本身通常是一種相對(duì)復(fù)雜的微物理和機(jī)械結(jié)構(gòu)，沒(méi)有PN結(jié)。但與此同時(shí)，單個(gè)的微機(jī)電系統(tǒng)通常與專用集成電路芯片集成在一起，種植在硅片上，然后進(jìn)行封裝、測(cè)試和切割。后一個(gè)過(guò)程類似于傳統(tǒng)的COMS過(guò)程。

因此，在很大程度上，MEMS性能的提升并不太依賴于硅片制造工藝的升級(jí)，更傾向于根據(jù)下游應(yīng)用需求定制設(shè)計(jì)，優(yōu)化微機(jī)械結(jié)構(gòu)，選擇不同的材料來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)傳感器的獨(dú)特功能。因此，對(duì)于不同代傳統(tǒng)半導(dǎo)體晶圓廠的制造工藝升級(jí)，并沒(méi)有路線圖。

集成電路制造工藝更接近2D平面VS MEMS3-D堆棧

典型的微機(jī)電系統(tǒng)由傳感器、信息處理單元、執(zhí)行器和通信/接口單元組成，如圖所示。它的輸入是物理信號(hào)，由傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。經(jīng)過(guò)信號(hào)處理(模擬和/或數(shù)字)后，執(zhí)行器與外界相互作用。每個(gè)微系統(tǒng)可以使用數(shù)字或模擬信號(hào)(電、光、磁和其他物理量)與其他微系統(tǒng)通信。微機(jī)電系統(tǒng)將電子系統(tǒng)與周圍環(huán)境有機(jī)結(jié)合。微型傳感器接收自然信號(hào)，如運(yùn)動(dòng)、光、熱、聲音和磁性，然后轉(zhuǎn)換成電子系統(tǒng)可以識(shí)別和處理的電信號(hào)。一些微機(jī)電系統(tǒng)器件可以通過(guò)微致動(dòng)器在外部介質(zhì)上工作。

傳感器的工作原理

MEMS產(chǎn)業(yè)鏈類似于傳統(tǒng)半導(dǎo)體行業(yè)，主要包括前端無(wú)晶圓設(shè)計(jì)、ODM代工廠生產(chǎn)、封裝測(cè)試和下游最終應(yīng)用四個(gè)部分。

微機(jī)電產(chǎn)業(yè)鏈部門

全球前十的MEMS廠商主要有博世、意法半導(dǎo)體、惠普、德州儀器、佳能、英偉信、Avago和Qorvo、盧氏電子、松下等。博世因其在汽車電子和消費(fèi)電子領(lǐng)域的雙重布局而穩(wěn)居行業(yè)第一，其收入約占前五大公司總收入的三分之一。

無(wú)晶圓廠是大多數(shù)微機(jī)電行業(yè)的主要制造商，如婁氏、惠普、佳能等。同時(shí)，平行IDM廠商垂直介入整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，如博世、ST等都有自己的晶圓代工廠生產(chǎn)線。

世界主要微機(jī)電系統(tǒng)制造商的生產(chǎn)模式定位

基于微機(jī)電系統(tǒng)本身不同于傳統(tǒng)集成電路行業(yè)的特點(diǎn)，我們認(rèn)為行業(yè)的核心門檻在于兩點(diǎn):設(shè)計(jì)理念和封裝測(cè)試過(guò)程。

前者不僅包括對(duì)傳統(tǒng)IC設(shè)計(jì)的理解，還包括多學(xué)科綜合，如微材料科學(xué)、力學(xué)、化學(xué)等。原因是它涉及到機(jī)械結(jié)構(gòu)，空腔體，以及不同的應(yīng)用場(chǎng)景，比如導(dǎo)航、光學(xué)、物理傳感等等?？梢哉归_闡述。

后者，因?yàn)閱蝹€(gè)MEMS是針對(duì)不同的用途、環(huán)境和目的而設(shè)計(jì)的，所以對(duì)封裝有各種完全不同的要求。比如防水和不防水的硅麥?zhǔn)怯袇^(qū)別的，光學(xué)氧濃度傳感器需要打孔和空腔安裝鏡頭，氣壓傳感器需要對(duì)外開放，不能密封。在整個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)生產(chǎn)中，封裝和測(cè)試成本占35%-60%以上。

微機(jī)電系統(tǒng)成本結(jié)構(gòu)分割

第一，設(shè)計(jì)過(guò)程

作為微機(jī)電系統(tǒng)的核心門檻之一，國(guó)內(nèi)公司因其無(wú)晶圓廠的輕資產(chǎn)特性和核心門檻，正在積極投資半導(dǎo)體設(shè)計(jì)。中國(guó)有許多著名的無(wú)晶圓廠，如海思、展訊、RDA、全志科技、國(guó)科、蘭琪科技等。

而國(guó)內(nèi)MEMS行業(yè)無(wú)晶圓廠的規(guī)模相對(duì)較小，但市場(chǎng)規(guī)模有很大發(fā)展空。面對(duì)巨大的國(guó)內(nèi)消費(fèi)電子市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)無(wú)晶圓廠公司生產(chǎn)和銷售產(chǎn)品以滿足國(guó)內(nèi)一些低端市場(chǎng)的需求是一條捷徑。比如蘇州民信，其微硅麥克風(fēng)傳感器產(chǎn)品已經(jīng)滲透到以消費(fèi)類電子產(chǎn)品為主的各種子應(yīng)用中，并成功應(yīng)用到摩托羅拉、索尼、華碩、聯(lián)想、魅族、小米等品牌客戶的產(chǎn)品中。

我國(guó)的MEMS設(shè)計(jì)企業(yè)主要集中在華東地區(qū)，約占全國(guó)企業(yè)總數(shù)的55%，其中上海、蘇州、無(wú)錫為工業(yè)中心:

上海:申迪、思睿、恒力、新民、威廉、明東、文祥、田穎、巨哥

蘇州:明欣、雙橋、維多、能達(dá)、文浩、圣塞諾、梅西

無(wú)錫:美心、樂(lè)爾、康辛斯克、威奧、翡翠、碧創(chuàng)、那威、新奧威、沃普

其他:深圳盛瑞、山東戈?duì)?、河北美泰、山西科泰、鄭州微生、北京水木智信、浙江大理、武漢高德、成都國(guó)騰、xi安立德、天津微納芯等。

國(guó)內(nèi)微機(jī)電企業(yè)布局

二、制造流程:貼牌、包裝、檢測(cè)

前十的統(tǒng)計(jì)中，設(shè)計(jì)都是中國(guó)的，制造和包裝多是外國(guó)的。但外資增長(zhǎng)弱于中資，所以中國(guó)制造業(yè)和檢測(cè)包裝行業(yè)的實(shí)際增長(zhǎng)應(yīng)該高于統(tǒng)計(jì)平均數(shù)據(jù)。尤其是測(cè)試封裝的增速高于行業(yè):長(zhǎng)江電子科技5年復(fù)合增速16.5%，華天科技26.94%，通福微電子8.25%，方靜科技34.2%。

IC行業(yè)可以通過(guò)單一流程支撐整個(gè)產(chǎn)品生成，產(chǎn)品制造流程高度標(biāo)準(zhǔn)化，量產(chǎn)相對(duì)簡(jiǎn)單。但MEMS產(chǎn)品種類豐富，功能各異，工藝發(fā)展呈現(xiàn)出“一種產(chǎn)品，一種制造工藝”的特點(diǎn)。有上萬(wàn)個(gè)具有明顯個(gè)性特征的MEMS芯片或器件。除了使用相同的硅材料外，不同的MEMS產(chǎn)品之間沒(méi)有完整的標(biāo)準(zhǔn)工藝，產(chǎn)品參數(shù)很多。要實(shí)現(xiàn)每一類產(chǎn)品的量產(chǎn)，都需要再投入前端研發(fā)，工藝開發(fā)周期長(zhǎng)，量產(chǎn)率低于傳統(tǒng)半導(dǎo)體生產(chǎn)行業(yè)。依靠單一種類的微機(jī)電系統(tǒng)產(chǎn)品很難支持一家公司。

雖然不同種類的微機(jī)電系統(tǒng)有不同的應(yīng)用，但封裝形式也很不同。但是從包裝結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，大致可以分為以下三類:封閉式包裝、開放式空腔包裝和開放式眼睛包裝。

微機(jī)電系統(tǒng)封裝形式

2009年后，中國(guó)的微機(jī)電系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)逐漸起步，尚未形成規(guī)模。整個(gè)行業(yè)正處于從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)到商業(yè)量產(chǎn)的過(guò)渡階段。國(guó)內(nèi)MEMS廠商在業(yè)務(wù)規(guī)模、技術(shù)水平、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)環(huán)境等方面與國(guó)外存在明顯差距。60%-70%的設(shè)計(jì)產(chǎn)品仍然集中在加速度計(jì)和壓力傳感器等傳統(tǒng)領(lǐng)域，涉及的新產(chǎn)品(如生物傳感器、化學(xué)傳感器和陀螺儀)很少。工藝水平和經(jīng)驗(yàn)的缺乏制約了代工廠的發(fā)展，制造環(huán)節(jié)急需填補(bǔ)空。

微機(jī)電系統(tǒng)的制造包括設(shè)計(jì)、制造和封裝。由于高度定制的系統(tǒng)設(shè)備、過(guò)程控制和特殊材料的特點(diǎn)，包裝和測(cè)試環(huán)節(jié)至少占總成本的60%。因此，在產(chǎn)品價(jià)格日益嚴(yán)峻的下行趨勢(shì)下，為了有效降低成本，大部分無(wú)晶圓或輕晶圓的MEMS供應(yīng)商將封裝測(cè)試環(huán)節(jié)外包給專業(yè)封裝測(cè)試廠商，這也將為MEMS器件封裝測(cè)試廠商帶來(lái)機(jī)遇。

近年來(lái)，在國(guó)家政策的支持下，我國(guó)對(duì)微機(jī)電系統(tǒng)生產(chǎn)線的投資有所增加。2014年，國(guó)內(nèi)MEMS代工廠建設(shè)投資超過(guò)1.5億美元，但技術(shù)和人才的匱乏仍是行業(yè)短板。微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)和集成電路技術(shù)有著本質(zhì)的區(qū)別。技術(shù)的核心領(lǐng)域在于工藝和制造。微機(jī)電系統(tǒng)制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高度定制化，依賴專用設(shè)備，規(guī)模效應(yīng)強(qiáng)。目前國(guó)內(nèi)MEMS行業(yè)明顯落后于國(guó)際水平，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)嚴(yán)重依賴進(jìn)口。市場(chǎng)份額基本被博世、ST、ADI、霍尼韋爾、英飛凌、AKM等國(guó)際大公司壟斷。高端MEMS傳感器進(jìn)口比例達(dá)到80%，傳感器芯片進(jìn)口比例達(dá)到90%。

目前，微機(jī)電系統(tǒng)制造主要分為三類:純微機(jī)電系統(tǒng)代工、IDM代工和傳統(tǒng)集成電路微機(jī)電系統(tǒng)代工。與其把MEMS當(dāng)產(chǎn)品，不如把它當(dāng)工藝。微機(jī)電系統(tǒng)器件依賴于各種工藝和許多變量。只有經(jīng)過(guò)多年的工藝改進(jìn)和測(cè)試，微機(jī)電系統(tǒng)器件才能真正商業(yè)化。R&D團(tuán)隊(duì)通常需要大量時(shí)間來(lái)搜索有關(guān)工藝和材料物理特性的信息。由單一材料(如多晶硅)制成的器件可能需要根據(jù)多晶硅的來(lái)源和沉積方法標(biāo)記工藝變化。因此，每個(gè)流程都需要長(zhǎng)期的、海量的數(shù)據(jù)來(lái)穩(wěn)定一個(gè)流程。

華潤(rùn)尚華、SMIC、上海先進(jìn)等國(guó)內(nèi)MEMS代工廠硬件條件與國(guó)際水平相近，但開發(fā)能力遠(yuǎn)不及海外代工廠；中國(guó)的MEMS代工廠企業(yè)沒(méi)有積累足夠的工藝技術(shù)儲(chǔ)備和大規(guī)模市場(chǎng)驗(yàn)證反饋的經(jīng)驗(yàn)。加工工藝的一致性和重復(fù)性達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)品的成品率和可靠性達(dá)不到大規(guī)模生產(chǎn)的要求。因此，處于商業(yè)化階段的本土設(shè)計(jì)公司更愿意與TSMC、X-Fab、Silex等海外成熟代工廠合作。

代工的弱勢(shì)導(dǎo)致好的設(shè)計(jì)無(wú)法快速的產(chǎn)品化并投放市場(chǎng)，極大的制約了我國(guó)MEMS行業(yè)的發(fā)展。行業(yè)中游急需有工藝經(jīng)驗(yàn)和高端技術(shù)的廠商來(lái)填補(bǔ)蕭條。雖然大部分微機(jī)電系統(tǒng)業(yè)務(wù)仍在IDM企業(yè)，但隨著制造技術(shù)的逐步標(biāo)準(zhǔn)化，未來(lái)微機(jī)電系統(tǒng)行業(yè)將隨著傳統(tǒng)集成電路行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，逐步走向設(shè)計(jì)與制造分離的模式。純MEMS代工廠和MEMS設(shè)計(jì)公司開發(fā)的商業(yè)模式將成為未來(lái)商業(yè)模式的主流。

微機(jī)電鑄造企業(yè)比較

自20世紀(jì)80年代末以來(lái)，微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。與傳統(tǒng)集成電路相比，該系統(tǒng)具有體積小、重量輕、最多不超過(guò)一厘米，甚至只有幾微米，厚度更小等優(yōu)點(diǎn)。微機(jī)電系統(tǒng)的原材料主要是硅，價(jià)格低廉，產(chǎn)量充足，成品率高。同時(shí)使用壽命長(zhǎng)，能耗低。然而，由于微機(jī)電系統(tǒng)的高工藝難度，其成品率仍遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)集成電路制造。

就技術(shù)而言，目前世界上有三種主要的技術(shù)方法。一種是以美國(guó)為代表的基于集成電路加工技術(shù)的硅基微加工技術(shù)；二是德國(guó)利用X射線深光刻、微電鑄、微鑄造開發(fā)的LIGA技術(shù)；三是日本開發(fā)的精密加工技術(shù)，如微細(xì)電火花加工、超聲波加工等。

雖然微機(jī)電系統(tǒng)和集成電路在封裝和外觀上相似，但微機(jī)電系統(tǒng)在芯片設(shè)計(jì)和制造工藝上與集成電路有本質(zhì)的不同。一般來(lái)說(shuō)，IC是一種平面器件，它是通過(guò)數(shù)百個(gè)工藝步驟，在幾個(gè)特定的平面層上使用圖案化的模板來(lái)制造的，顯示特定的電或電磁功能，以實(shí)現(xiàn)特定的任務(wù)，如模擬、數(shù)字、計(jì)算或存儲(chǔ)。理想情況下，ic的基本元件(晶體管)是純電氣器件，幾乎所有的IC應(yīng)用和功能都具有通用性。相比之下，微機(jī)電系統(tǒng)是一種三維微機(jī)械結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的“大器件”相比，基于硅技術(shù)的微尺度微機(jī)電系統(tǒng)器件可以廣泛靈活地應(yīng)用于汽車電子、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。

微機(jī)電系統(tǒng)在中國(guó)的主要傳感器設(shè)計(jì)公司包括美信半導(dǎo)體、郝明傳感、思?？萍?、申迪半導(dǎo)體、敏感微電子等。同時(shí)，國(guó)內(nèi)MEMS企業(yè)規(guī)模相對(duì)較小，個(gè)別企業(yè)年銷售額超過(guò)1億美元的很少；高端傳感器以進(jìn)口產(chǎn)品為主，整個(gè)MEMS傳感器以國(guó)外品牌為主?！吨袊?guó)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》(2014年)顯示，中國(guó)高端傳感器進(jìn)口比例為80%，傳感器芯片進(jìn)口比例高達(dá)90%，說(shuō)明當(dāng)?shù)馗叨藗鞲衅骷夹g(shù)和產(chǎn)業(yè)化落后。從產(chǎn)品使用領(lǐng)域結(jié)構(gòu)來(lái)看，國(guó)內(nèi)MEMS公司在業(yè)務(wù)規(guī)模、技術(shù)水平、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等方面與國(guó)外差距明顯，60%-70%的設(shè)計(jì)產(chǎn)品集中在加速度計(jì)、壓力傳感器等傳統(tǒng)領(lǐng)域。工藝開發(fā)是目前我國(guó)MEMS行業(yè)面臨的最重要的問(wèn)題，產(chǎn)品的技術(shù)實(shí)力和生產(chǎn)工藝有待提高。

中國(guó)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，但應(yīng)用于中低端。但從近幾年的發(fā)展來(lái)看，中國(guó)已經(jīng)成為過(guò)去五年全球MEMS市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的地區(qū)。2015年中國(guó)MEMS市場(chǎng)規(guī)模接近300億元，連續(xù)兩年增速高達(dá)15%；而且從中長(zhǎng)期來(lái)看，國(guó)內(nèi)MEMS行業(yè)的增速會(huì)比國(guó)外快。到2020年，中國(guó)傳感器市場(chǎng)的增長(zhǎng)率將進(jìn)一步提高，年均增長(zhǎng)率超過(guò)20%，并將繼續(xù)走在世界前列。

微機(jī)電系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

1) MEMS封裝將向標(biāo)準(zhǔn)化演進(jìn)，模塊平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化意味著更快的響應(yīng)速度。

據(jù)Amkor公司稱，微機(jī)電系統(tǒng)集成正在向標(biāo)準(zhǔn)化和平臺(tái)化方向發(fā)展。從之前的多種分立封裝形式，逐漸演變?yōu)槿N封裝形式，即包覆成型封裝、集成電路裸片表面和空腔體封裝。

微機(jī)電系統(tǒng)封裝向標(biāo)準(zhǔn)化的演變

2)封裝系統(tǒng)級(jí)的高度集成將是未來(lái)微機(jī)電系統(tǒng)在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的主要承載形式。

隨著物聯(lián)網(wǎng)這一最重要的下游應(yīng)用場(chǎng)景的快速發(fā)展，未來(lái)IOT平臺(tái)上的MEMS產(chǎn)品將逐步向SIP封裝演進(jìn)顯得尤為重要。通常，單個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)模塊會(huì)集成多個(gè)功能部件，包括單片機(jī)(微控制器單元)、射頻模塊(如藍(lán)牙、鈮IOT發(fā)射模塊)、微機(jī)電系統(tǒng)傳感器等。系統(tǒng)級(jí)封裝也帶來(lái)了快速的響應(yīng)速度和及時(shí)的產(chǎn)品更換，對(duì)于消費(fèi)類電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是極其重要的。目前，許多鑄造廠或封裝廠如安科正在推廣標(biāo)準(zhǔn)化的IOT微機(jī)電系統(tǒng)平臺(tái)產(chǎn)品。

微機(jī)電系統(tǒng)在IOT應(yīng)用領(lǐng)域的SIP封裝

采用的封裝形式主要有空腔體封裝和混合空腔體封裝。

微機(jī)電系統(tǒng)在IOT應(yīng)用領(lǐng)域的SIP封裝

3)未來(lái)MEMS產(chǎn)品可能會(huì)逐漸演變?yōu)榈投恕⒅卸?、高端三大類?/p>

低端MEMS主要用于智能手機(jī)、平板電腦等消費(fèi)類電子產(chǎn)品。中端MEMS主要應(yīng)用于GPS輔助導(dǎo)航系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化、工程機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域。根據(jù)Yole Developpment報(bào)告，作為智能傳感時(shí)代的重要硬件基礎(chǔ)，低端MEMS傳感器的市場(chǎng)規(guī)模在2014年達(dá)到130億美元，預(yù)計(jì)到2018年，低端MEMS市場(chǎng)產(chǎn)值將增長(zhǎng)到225億美元，復(fù)合增長(zhǎng)率為12% ~ 13%。

未來(lái)5到10年，隨著MEMS技術(shù)的成熟，以智能手機(jī)和平板電腦為主要應(yīng)用對(duì)象的低端MEMS市場(chǎng)利潤(rùn)將逐漸下降，但未來(lái)在可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域仍有一定的機(jī)會(huì)；面向工業(yè)、醫(yī)療和汽車應(yīng)用的中端微機(jī)電系統(tǒng)將繼續(xù)增長(zhǎng)和盈利；未來(lái)，同樣應(yīng)用于工業(yè)4.0和國(guó)防市場(chǎng)的高端MEMS，將帶來(lái)顯著的超額回報(bào)。根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)，2016-2021年高端MEMS市場(chǎng)的復(fù)合年增長(zhǎng)率將達(dá)到13.4%，而同期全球MEMS市場(chǎng)的復(fù)合年增長(zhǎng)率僅為8.9%。其中，軍事、航空航天、高端醫(yī)療電子和工業(yè)4.0應(yīng)用將占未來(lái)高端MEMS市場(chǎng)收入的80%。