【导读】MEMS行业，作为基于集成电路技术演化而来的新兴子行业，这几年发展迅速。应用领域也在不断拓展，成为消费电子、智能汽车、航空航天、智慧生活、环境监测等领域的标配。
用MEMS工艺制造的传感器可以实现尺寸小型化，随之带来的是高集成度、低功耗、低成本、批量生产等优势，目前约占60%-70%的市场规模，已成为传感器领域的璀璨明星。
近几年从市场增速来看，MEMS传感器在国内市场几乎每年超过20%，即便是疫情爆发的2020年，其市场增速也达到了23%，是当年国家GDP增速的10倍，权威行业机构预计，到2023年中国MEMS市场规模将达千亿规模。
在我国，中高端MEMS传感器的受重视程度不亚于芯片和5G。近十年来，国家和多地政府出台了多项扶持政策，为国内MEMS行业的发展提供了良好的发展环境，行业研发和生产体系不断完善。
目前已有不少企业在探索前行中崭露头角，实现从0到1的突破，打破国外技术垄断。作为国内少有的IDM模式企业，士兰微电子（简称“士兰微”）便是其中之一，在产品技术创新和目标市场获得双赢。
日前，感知芯视界对士兰微MEMS总设计师王敏昌博士进行专访，话题围绕产品线实力、产业护城河建设、人才创新以及产业未来发展前景等展开，探析这个千亿蓝海市场的风向和机遇。
走IDM路线 竞逐千亿赛道
MEMS是利用集成电路制造技术和微机械加工技术，把微传感器、微执行器制造在一块芯片上的微型集成系统，呈现多学科交叉、产品高度定制化以及工艺技术门槛高等特点。
目前，MEMS传感器行业公认的商业模式主要有外购芯片封测模式、垂直分工制造(Fabless)模式和垂直整合制造(IDM)模式三种。
其中，IDM模式除自主设计传感器外，需配套大量传感器制造和封装测试所需设备，资金投入大，属于重资产企业。
随着制造技术和封装测试技术的提高，Fabless商业模式备受青睐。原因在于，Fabless 公司将晶圆制造环节外包，可以将有限的资源投入到IP、架构、验证等设计环节，从而实现整体的降本和增效。
但由于MEMS制程特殊、产品种类繁多及IP等因素考量，诸如德州仪器、意法半导体和博世等企业仍旧采用IDM模式，并占据MEMS市场的龙头地位。
士兰微成立于1997年，起步于芯片设计业务，但公司并不认同单纯的Fabless模式能构成可持续的竞争力。
“垂直分工是全球半导体产业发展的重要模式，但很多产品仍需要IDM的模式来实现更好的发展效果。因为IDM企业可以有更多、更宽泛的产品覆盖面积，包括在成本和研发效率上，有机会做得更好。”士兰微电子董事长陈向东曾经在媒体采访中，看好IDM。
图：杭州5、6、8吋制造基地
2001年起，士兰微开始进入硅芯片制造业务，不断将产线从最初的5/6吋升级到8吋和12吋，实现了芯片设计、制造、封测等环节的一体化布局，为后来发展成为MEMS IDM 供应商奠定了坚实的基础。
2010年，士兰微看准MEMS赛道潜力，开始投入大量资金，靠完整的MEMS团队，对加速度计、地磁传感器、压力传感器等一系列传感器产品进行开发，在6吋、8吋芯片生产线上实现了批量制造能力，并建立了封测产线，以百余项发明专利护航，走通了MEMS传感器的IDM发展之路。
王敏昌博士认为，“产品底层技术依赖自有产线进行工艺、材料等一些底层技术的研究，以及与器件设计的深度磨合，并将这些技术固化在产线上，这是IDM模式的一大特点。士兰微始终围绕这一特点，将其转化为产品优势。”
据了解，士兰微在超20年的产业深耕中，成功开发了三十多个传感器产品，其中加速度计等已大规模导入量产。多项产品和技术居于国内领先，其中，“单芯片六轴惯性传感器”具有国际领先水平，拥有41项发明/实用新型专利，获评2019年国家技术发明奖二等奖以及2018年陕西省科学技术奖一等奖奖项。
凭借持续的研发投入和坚持IDM模式所积累的技术优势，士兰微的MEMS传感器业务营收获得多年持续增长。
感知芯视界梳理士兰微近3年发布的财报数据获悉，2022年，士兰微MEMS传感器方面营收3.05亿元，虽受消费电子市场下行影响，仍同比增长15%。2021 年，MEMS 传感器产品营业收入突破 2.6 亿元，较上年增加 80%以 上。2020 年 MEMS 传感器营业收入突破 1.2 亿元，同比增加90%以上。
全系列产品多点开花 打开新增长曲线
查询资料获悉，MEMS的历史沿革可追溯至20世纪50年代，硅的压阻效应被发现后，学者们开始了对硅传感器的研究，直到20世纪80年代才开始真正实现产业化应用，迄今为止共经历了3次产业化浪潮。
第一次是20世纪80年代-90年代，安全气囊、轮胎压力检测系统等汽车应用促使MEMS传感器需求激增；第二次是20世纪90年代末-21世纪初，手机、小家电等消费电子的普及带动了产业发展；2010年至今，智能产品应用场景的日益丰富，推动了MEMS行业发展的第三次浪潮。
随之带动的是MEMS传感器的产品种类越来越多，运动、压力、麦克风、环境、光传感器等不断推向市场。yole报告分析，在整个市场中，消费电子、汽车和医疗成为了MEMS传感器的三大增长引擎。
而在上述领域，士兰微以IDM模式优势，布局了多系列MEMS传感器产品，赢得了目标市场的认可。
据王敏昌博士介绍，士兰微的MEMS产品包括压力传感器、加速度计、陀螺仪、麦克风、温湿度传感器、光感类传感器等，其中陀螺仪等产品已在 8 吋线上实现了批量产出。
据介绍，士兰微MEMS 传感器广泛应用于智能手机、智能手环和手表、平板电脑、行车记录仪、真无线立体声耳机等智能设备中。其中，加速度传感器进入国内主要的几家头部手机厂商。
未来，士兰微也志在更广袤的应用市场，加快向白电、工业、汽车等增量市场拓展，预计其产品出货量有望获得进一步增长。
抢占市场高地，企业的产品性能得要“出圈”。王敏昌博士着重提到，士兰微在产品功耗降低、性能提升、成本降低这三大性能上下足了功夫。
一方面，士兰微通过在MEMS/ASIC设计方面的努力，进一步缩小器件尺寸，实现功耗、性能、成本方面的综合提升，比如在ASIC芯片中增加温补功能等，显著提高了产品的性能。
另一方面，士兰微持续深挖底层技术能力，比如工艺质量、材料特性等，通过夯实这些底层核心技术能力，提升产品性能和品质，比如通过优化工艺降低材料的应力，已经将加速度计的零偏降低了三倍，而且这个指标还在持续提升。
“除此之外，士兰微还在制造产线的建设和优化方面下功夫，以此来提升产品品质，降低生产成本。”王敏昌博士补充道。
紧跟市场需求及时推出一系列新产品、新技术是创新实力的体现。
谈及企业如何保持持续的创新能力时，王敏昌博士说了这样一句话：“很多大的技术创新，往往不是发生在一个领域内，而是发生在多个技术领域的交界处，这是MEMS的一大特点。”
由此，我们得以了解到，士兰微除了通过相关制度保障外，内部也在不断打造人才创新的良好环境，鼓励设计、工艺、封装等产业链的技术人员自由探讨与磨合，让企业的内部创新成果水到渠来。
“给国内产品更多试用、试错的机会”
在需求牵引和创新技术的双轮驱动下，MEMS应用领域也愈加广泛，产业规模日渐扩大，本土MEMS传感器产业发展已成燎原之势。
据梳理获悉，深圳、苏州、北京、上海、武汉、郑州、无锡、蚌埠、成都、厦门等城市正在大力发展MEMS传感器产业，长三角、珠三角、京津、中部等区域已呈产业集聚之态。
不过，我国的MEMS传感器高端产品几乎全靠进口，80%的芯片依赖国外。此外，据赛迪顾问数据显示，国内市场依然为国外厂商主导，国内市场前 10 厂商占据的份额中属于国内厂商不到10%，这是不争的事实。那么，在国产替代进程的趋势下，自主可控的国产供应链之路该怎么走呢？
王敏昌博士指出，产业链建设和自主可控是大家一直讨论的问题，本土企业存在感弱的原因在于，产业链长、技术领域多、底层技术多都是大挑战。其次，以往国内对国外核心供应的依赖性强，国内产品没有足够多的应用机会。
“这些年国内MEMS产业变化挺大，主要原因是国外产品的供应问题。”王敏昌博士认为，本土传感器产业链国产化建设要获得长足发展，一方面国内的厂家要立足自身领域，不急不躁，持续投入，做好做精自身产品。另一方面，产业链上下游之间要互相扶持，给国内产品更多的试用、试错的机会。
来源：感知芯视界
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