随着“物联网”、“智慧城市”、“智能交通”等概念的兴起,及全球信息数据采集需求的旺盛,MEMS传感器的应用变得无所不在。

 

 

 

微机电系统（MEMS），在欧洲也被称为微系统技术，或在日本被称为微机械，是一类器件，其特点是尺寸很小，制造方式特殊。MEMS器件的特征长度从1毫米到1微米——1微米可是要比人们头发的直径小很多。

 

MEMS往往会采用常见的机械零件和工具所对应微观模拟元件，例如它们可能包含通道、孔、悬臂、膜、腔以及其它结构。然而，MEMS器件加工技术并非机械式。相反，它们采用类似于集成电路批处理式的微制造技术。 

 

 

以麦克风为例我们来更清晰地认识一下传统麦克风和MEMS麦克风的区别：

 

传统的驻极体麦克风

 

MEMS麦克风

 

诸如最典型的半导体发展历史：从 20 世纪初在英国物理学家弗莱明手下发明的第一个电子管，到 1943 年拥有 17468 个电子三极管的 ENIAC 和 1954 年诞生装有 800 个晶体管的计算机 TRADIC，到 1954 年飞兆半导体发明了平面工艺使得集成电路可以量产，从而诞生了 1964 年具有里程碑意义的首款使用集成电路的计算机 IBM 360。模拟量到数字化、大体积到小型化以及随之而来的高度集成化，是所有近现代化产业发展前进的永恒追求。MEMS也不例外。正因为 MEMS 拥有如此众多跨世代的优势，目前来看我们认为其是替代传统传感器的唯一可能选择，也可能是未来构筑物联网感知层传感器最主要的选择之一。

 

微型化： MEMS 器件体积小，一般单个 MEMS 传感器的尺寸以毫米甚至微米为计量单位，重量轻、耗能低。同时微型化以后的机械部件具有惯性小、谐振频率高、响应时间短等优点。 MEMS 更高的表面体积比（表面积比体积）可以提高表面传感器的敏感程度。

 

硅基加工工艺 : 可兼容传统 IC 生产工艺：硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨，同时可以很大程度上兼容硅基加工工艺。

 

批量生产：以单个 5mm*5mm 尺寸的 MEMS 传感器为例，用硅微加工工艺在一片 8 英寸的硅片晶元上可同时切割出大约 1000 个 MEMS 芯片，批量生产可**降低单个 MEMS 的生产成本。

 

集成化：一般来说，单颗 MEMS 往往在封装机械传感器的同时，还会集成ASIC 芯片，控制 MEMS 芯片以及转换模拟量为数字量输出。

 

多学科交叉： MEMS 涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。MEMS 是构筑物联网的基础物理感知层传感器的最主要选择之一。

 

由于物联网特别是无线传感器网络对器件的物理尺寸、功耗、成本等十分敏感，传感器的微型化对物联网产业的发展至关重要。 MEMS 微机电系统结合兼容传统的半导体工艺，采用微米技术在芯片上制造微型机械，并将其与对应电路集成为一个整体的技术，它是以半导体制造技术为基础发展起来的，批量化生产能满足物联网对传感器的巨大需求量和低成本要求。

 

 

 

 

未来可以预见未来大规模下游应用主要会以新的消费电子例如 AR/VR，以及物联网例如智能驾驶、智慧物流、智能家居等。而传感器做为感知层，是不可或缺的关键基础物理层部分，物联网的快速发展，将会给 MEMS 行业带来巨大的发展红利。

 

 

物联网的系统架构主要包括三部分：感知层、传输层和应用层。

 

感知层的作用主要是获取环境信息和物与物的交互，主要由传感器、微处理器和 RF 无线收发器等组成；

 

传输层主要用于感知层之间的信息传递，由包括 NB IOT、ZigBee、Thread、蓝牙等通讯协议组成；

 

应用层主要包括云计算、云存储、大数据和数据挖掘以及人机交互等软件应用层面构成。感知层传感器处于整个物联网的最底层，是数据采集的入口，物联网的“心脏”，有着巨大的发展空间。

 

随着国内设计、制造、封测等多个环节的技术和工艺正在逐步成熟， MEMS 作为物理量连接半导体的产物，将恰逢其时的受益于物联网产业的发展， MEMS 在消费电子、汽车电子、工业控制、军工、智能家居、智慧城市等领域将得到更为广泛的应用，根据 Yole developpement 的预测， 2016-2020 年 MEMS 传感器市场将以 13%年复合成长率增长， 2020 年 MEMS 传感器市场将达到 300 亿美元,前景无限。

 

MEMS全球市场产值预测（亿美元）

 

2015 年中国 MEMS 器件市场规模为 308 亿元人民币，占据全球市场的三分之一。从发展速度而言，中国 MEMS 市场增速一直快于全球市场增速。中国 MEMS 器件市场平均增速约 15 - 20%，中国集成电路市场增速约为 7 - 10%，横向对比而言，MEMS 器件市场的增速两倍于集成电路市场。

 

中国近年 MEMS 传感器市场规模（亿元）

 

 

MEMS 没有一个固定成型的标准化的生产工艺流程，每一款 MEMS 都针对下游特定的应用场合，因而有独特的设计和对应的封装形式，千差万别。

 

MEMS 产业链类似于传统半导体产业，主要包括了四大部分：前端 fabless 设计环节、 ODM 代工晶圆厂生产环节、封装测试到下游最终应用的四大环节。

 

MEMS产业链划分

 

全球前十名 MEMS 厂商主要包括博世、意法半导体、惠普、德州仪器、佳能、InvenSense、 Avago 和 Qorvo、楼氏电子、松下等等。其中 BOSCH 因为其在汽车电子和消费电子的双重布局，牢牢占据着行业的第一的位置，其营收约占五大公司合计营收的三分之一。

 

大部分 MEMS 行业的主要厂商是以 Fabless 为主，例如楼氏、 HP、佳能等。同时，平行的也有 IDM 厂商垂直参与到整条产业链的各个环节，比如 Bosch、 ST等都建有自己的晶元代工生产线。

 

全球主要 MEMS 厂商的生产模式定位

 

基于之前阐述的 MEMS 本身区别于传统 IC 产业特征，我们认为行业的核心门槛在于两点：设计理念和封测工艺。

 

MEMS成本结构拆分

 

 

 

微机电系统的生产制造涵盖设计、制造和封测。由于系统器件具有高度定制化、制程控制与材质特殊的特点，封装与测试环节至少占到整个成本的 60%。因此，为了能够在日益严峻的产品价格下跌趋势下有效降低成本，多数无晶圆或轻晶圆MEMS 供应商将封装与测试环节外包给专业封测厂商，这也将为 MEMS 器件封装及测试厂商带来机遇。

 

 

国内 MEMS 行业的 fabless 规模相对较小，但市场规模来说具备很大的发展空间。面对国内巨大的消费电子市场，自产自销满足国内部分中低端市场需求，也是国内 Fabless 司的一个捷径。

 

中国 MEMS 设计企业主要集中于华东地区，约占全国企业总数的 55%，其中，以上海、苏州、无锡三地为产业集中地：

 

上海：深迪，矽睿，丽恒，芯敏，微联，铭动，文襄，天英，巨哥

 

苏州：明皜，敏芯，双桥，多维，能斯达，汶灏，圣赛诺尔，希美

 

无锡：美新，乐尔，康森斯克，微奥，杰德，必创，微纳，芯奥微，沃浦

 

其他：深圳瑞声，山东歌尔，河北美泰，山西科泰，郑州炜盛，北京水木智芯，浙江大立，武汉高德，成都国腾，西安励德，天津微纳芯等。

 

国内 MEMS 企业布局

 

 

 

 

虽然国内主要集中在初级阶段，中低端应用。但从近几年的发展来看，中国地区已经成为过去五年全球 MEMS 市场发展最快的地区。 2015 年，我国 MEMS 市场规模接近 300 亿元，且连续两年增幅高达 15%以上；而且从中长期来看，国内 MEMS 行业的发展增速会快于国外，到 2020 年，我国传感器市场增幅将进一步提升，年平均增长率将达到 20%以上，继续保持全球前列。

 

 

从国内市场来看，我国拥有全球规模最大的集成电路市场。苹果、三星、小米、华为、中兴等手机品牌在中国设厂生产，加之汽车电子、物联网、无人机、智能家庭等概念产品的逐步兴起，以及可穿戴设备的蓬勃发展，国内市场对硅麦克风、加速度计、陀螺仪、电子罗盘、射频仪器、高精度压力传感器、气体传感器等MEMS 器件的需求快速增长。

 

根据 SEMI的估计，中国市场在全球市场的占比将从2010年的 9.2%增长到 2015年占比 15.10%。

 

中国作为全球最大的电子产品生产基地，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企业30强

 

MEMS传感器是属于集成电路行业，中央与地方政府开始着力扶持集成电路(芯片)产业，无论从资金规模还是扶持思路上都是空前的。

 

1. 3月5日，国务院总理**在今年两会上的政府工作报告中，首次提到集成电路(芯片)产业。

 

2. 3月4日，上海市经信委则启动了集成电路设计人员专项奖励工作。此外，江苏、深圳等省市可能都将在两会后出台百亿产业基金，由政府牵头，吸纳社会资本。

 

3. 2014年6月，国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》

 

4. 2014年4月23日国家成立了1200亿元国家级芯片产业扶持基金。

 

本文来源于猎芯网。