29000字，揭露中國MEMS傳感器危機：落后10年中高端90%靠進口?。ǜ阶钚聝?yōu)秀企業(yè)名單）

2022-12-26

文章詳情

在2022世界傳感器大會新聞發(fā)布會上，中國科協(xié)科技創(chuàng)新部副部長林潤華發(fā)言指出：與全世界生產的超過2萬種產品品種相比，中國國內僅能生產其中的約1/3，整體技術含量也較低，是目前急需改變的一個狀態(tài)。

整體技術含量低到什么程度？很多人沒有直觀的認識。本文來自個人市場分析師，主要分析中國及全球MEMS傳感器行業(yè)的情況，資料均來自各大研究院、企業(yè)年報等，數(shù)據(jù)扎實，引用來源清晰，可以對中國MEMS傳感器的差距有全面的認識。

文中指出，國內MEMS廠商經營產品種類較為單一，在中高端MEMS產品和部件進口占比達80%，傳感器芯片進口率達90%，本土企業(yè)傳感器產品毛利率低于20%，而國際企業(yè)則高于60%，射頻類MEMS器件已成為卡脖子技術，消費電子市場占整個MEMS行業(yè)60%以上份額……

國內傳感器企業(yè)與國際企業(yè)差距巨大，通過本文，對中國MEMS傳感器行業(yè)會有個全面的了解。正視差距，方能超越。推薦需要了解中國MEMS傳感器行業(yè)的伙伴分享、收藏。

本文內容較全面，長達29000+字，可按如下大綱閱讀需要的內容：

一、行業(yè)現(xiàn)狀分析

（一）基本定義

（二）發(fā)展概況

1、國外MEMS產業(yè)發(fā)展概況

2、國內MEMS發(fā)展概況

（三）產品分類

二、政策環(huán)境分析

（一）國家法律法規(guī)及政策

（二）行業(yè)相關標準及規(guī)范

三、產業(yè)鏈分析

（一）MEMS研發(fā)設計

（二）MEMS生產制造

（三）MEMS封裝測試

（四）系統(tǒng)集成應用

四、市場情況分析

（一）全球/中國市場規(guī)模

1、全球MEMS市場規(guī)模

2、中國MEMS市場規(guī)模

（三）MEMS市場結構分析

1、應用領域分析

（1）消費電子

（2）汽車電子

（3）工業(yè)與通信

（4）醫(yī)療健康

（5）國防與航空

2、重點產品分析

（1）MEMS麥克風

（2）MEMS壓力傳感器

（3）慣性傳感器

（4）射頻MEMS器件

五、商業(yè)模式分析

1、外購芯片封裝測試

2、Fabless模式

3、IDM模式

六、競爭環(huán)境

（一）全球競爭格局

（二）歷年排名變化

七、龍頭公司分析

（一）MEMS設計

1、歌爾股份

2、瑞聲科技

3、敏芯科技

4、漢威電子

5、睿創(chuàng)微納

6、士蘭微

7、華工科技

8、蘇奧傳感

（二）MEMS制造

1、賽微電子

2、華潤微

（三）MEMS封裝

1、華天科技

2、長電科技

3、晶方科技

八、發(fā)展趨勢分析

1、商業(yè)模式

2、產品形式

（1）微型化

（2）集成化

（3）低功耗化

（4）智能化

3、MEMS封裝技術

附錄：國內MEMS各細分領域優(yōu)秀企業(yè)

一、行業(yè)現(xiàn)狀分析

（一）基本定義

MEMS全稱 Micro Electro Mechanical System，即微機電系統(tǒng)，是將微電子與精密機械結合發(fā)展的工程技術，通過采用半導體加工技術能夠將電子機械系統(tǒng)的尺寸縮小到毫米或微米級。

MEMS器件具有通道、孔、懸臂、膜、腔等一系列結構以測量環(huán)境變量，涵蓋機械（移動和旋轉）、光學、電子（開關和計算）、熱學、生物等功能結構，涉及眾多交叉學科。

名詞

含義

MEMS

微機電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文縮寫。它是將微電子技術與機械工程融合到一起的、操作范圍在微米范圍內的一種微細加工工業(yè)技術，涉及微電子、材料、力學、化學、機械學諸多學科領域。使用該技術制成的產品具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產、易于集成和實現(xiàn)智能化的特點，現(xiàn)已應用于微型傳感器、芯片等高精尖產品的生產中。

MEMS傳感器

采用MEMS技術制成的傳感器。傳感器是一類將環(huán)境中的自然信號轉換為電信號的半導體器件，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。

MEMS執(zhí)行器

MEMS執(zhí)行器是將電信號轉化為微動作或微操作的MEMS器件。

ASIC

全稱Application Specific Integrated Circuit，即專用集成電路，MEMS傳感器中的ASIC芯片主要負責為MEMS芯片供應能量，并將MEMS芯片轉換的電容、電阻、電荷等信號的變化轉換為電信號，電信號經過處理后再傳輸給下一級電路。

晶圓

硅半導體集成電路或MEMS器件和芯片制作所用的硅晶片，由于其形狀為圓形，故稱為晶圓。

裸片

裸片（die）是指在加工廠生產出來的芯片，即是晶圓經過切割測試后沒有經過封裝的芯片，這種裸片上只有用于封裝的壓焊點（pad），是不能直接應用于實際電路當中的。

封裝

將芯片裝配為最終產品的過程，即把芯片制造廠商生產出來的裸芯片放在一塊起到承載作用的基板上，把管腳引出來，然后固定包裝成為一個整體。

Yole Development

成立于1998年法國的市場調研及戰(zhàn)略咨詢機構，覆蓋半導體制造、傳感器和MEMS等新興科技領域。

賽迪顧問

賽迪顧問股份有限公司（HK：8235）是直屬于工業(yè)和信息化部中國電子信息產業(yè)發(fā)展研究院的咨詢企業(yè)。

EDA

Electronic Design Automation，電子設計自動化，指以計算機為工作平臺，融合應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術，完成電子產品的自動設計。

有限元分析

有限元分析 (FEA) 是虛擬環(huán)境中產品和系統(tǒng)的建模，用于查找和解決可能的（或現(xiàn)有）結構或性能問題。FEA 是有限元方法 (FEM) 的實際應用，它由工程師和科學家用于對復雜的結構、流體和多物理場問題進行數(shù)學建模和數(shù)值求解。

MEMS傳感器一般由MEMS芯片和與之配套的ASIC芯片構成，其工作原理為：MEMS芯片采用半導體加工技術在硅晶圓上制造出微型電路和機械系統(tǒng)，將接收的外部信號轉化為電容、電阻、電荷等信號變化，ASIC芯片再將上述信號變化轉化成電學信號，最終通過封裝將芯片保護起來并將信號引出，從而實現(xiàn)外部信息獲取與交互的功能。

MEMS執(zhí)行器是將電信號轉化為微動作或微操作的MEMS器件。

圖表1：微機電系統(tǒng)

圖表2：MEMS雙向操作

資料來源：智慧產品圈

圖表3：MEMS傳感器結構示意圖

資料來源：Sandia，華夏幸福產業(yè)研究院

（二）發(fā)展概況

全球MEMS傳感器發(fā)展經歷了三個階段：1990~2000 年的汽車電子化浪潮，點燃了 MEMS 傳感器的需求；2000~2010 年的消費電子浪潮，推動MEMS傳感器呈現(xiàn)多品類、多功能一體化的發(fā)展態(tài)勢；2010 年至今的物聯(lián)網及人工智能浪潮，帶動了 MEMS 傳感器單品放量、軟硬協(xié)同化發(fā)展。

圖表4：全球MEMS傳感器發(fā)展歷程

資料來源：敏芯股份招股說明書

1、國外MEMS產業(yè)發(fā)展概況

近年來，受益于汽車電子、消費電子、醫(yī)療電子、光通信、工業(yè)控制、儀表儀器等市場的高速成長，MEMS行業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，MEMS銷售額一直保持穩(wěn)步增長。據(jù)研究機構預測，2019年全球MEMS市場總規(guī)模約為115億美元。

從全球范圍來看，得益于智能家居、智能手機和可穿戴設備等領域的應用機會增多，消費電子依然是MEMS行業(yè)的第一大市場，占比超過60%。

國外企業(yè)自上世紀90年代就進入MEMS領域，大部分半導體制造公司也同時從事MEMS生產加工業(yè)務。國外企業(yè)如博世（Robert Bosch）、德州儀器（TI）、模擬器件（ADI）、英飛凌、NXP-飛思卡爾、樓氏電子（Knowles）、惠普、豐田電裝（DENSO）、松下、愛普生、村田制作所（Murata）等在MEMS傳感器設計和研究領域內走在前列。

隨著終端用戶對傳感器感測多個物理信號需求的進一步放大，未來MEMS產品將向著微型化、集成化、智能化的方向發(fā)展。而全球MEMS產業(yè)重心也在不斷東遷，加速向亞太地區(qū)轉移。

2、國內MEMS發(fā)展概況

國內MEMS 產業(yè)在 2009 年后才逐漸起步，在國家政策鼓勵下，中國MEMS產業(yè)已在長三角和京津冀地區(qū)建立完整的產學研布局，但國內MEMS公司在營業(yè)規(guī)模、技術水平、產品結構等方面與國外有明顯差距。

我國MEMS傳感器制造企業(yè)超過200家，大多屬于初創(chuàng)類中小型企業(yè)，國內企業(yè)（除歌爾聲學和瑞聲科技）整體規(guī)模較小。同時國內廠商經營產品種類較為單一，產品線多數(shù)為一條。

企業(yè)分布主要集中在長三角地區(qū)，占比超過50%。這主要得益于長三角具有良好的集成電路產業(yè)基礎，硅基MEMS研發(fā)及代工生產線資源較多，產業(yè)鏈完整，涵蓋設計、代工和封測的重點企業(yè)。

國內高端MEMS產品和部件高度依賴進口。國內MEMS市場中高端傳感器進口占比達80%，傳感器芯片進口率達90%，我國傳感器新品研制落后近10年，產業(yè)化水平落后10-15年。中國本土企業(yè)自主設計、制造和封裝測試的產品仍然以軍工市場和技術要求較低的中低端市場為主，如低端消費電子產品市場。

在汽車電子、消費電子等主要應用市場，中國本土企業(yè)缺乏競爭力，導致中國MEMS傳感器民用市場80%以上的份額由國際企業(yè)占據(jù)。在此背景下，中國本土企業(yè)業(yè)務及生產規(guī)模顯著落后于國際企業(yè)，生產規(guī)模的明顯差距導致本土企業(yè)單位生產成本遠高于國際領先企業(yè)，本土企業(yè)產品毛利率低于 20%，而國際企業(yè)毛利率高于60%。

在MEMS制造代工環(huán)節(jié)，國內經驗也相對不足。雖然國內頭部MEMS代工廠的硬件條件與國外先進水平相近，但國內企業(yè)的開發(fā)能力遠不及海外代工廠，中國MEMS代工企業(yè)還未積累起足夠的工業(yè)技術儲備和大規(guī)模市場驗證反饋的經驗，加工工藝的一致性、可重復性都不能滿足設計需求，產品的良率和可靠性也無法達到規(guī)模生產要求。

國內MEMS傳感器產業(yè)將呈現(xiàn)并購化、專業(yè)分工化的發(fā)展路徑。MEMS傳感器作為獲取信息的關鍵器件，對各種傳感裝置的微型化起著巨大的推動作用，在智能產業(yè)發(fā)展中具有廣闊前景。

（三）產品分類

發(fā)展至今，MEMS產品主要可以分為MEMS傳感器和MEMS執(zhí)行器，其中傳感器是用于探測和檢測物理、化學、生物等現(xiàn)象和信號的器件，而執(zhí)行器是用于實現(xiàn)機械運動、力和扭矩等行為的器件。從MEMS行業(yè)的市場結構來看，MEMS產品主要以傳感器為主。

MEMS傳感器的種類繁多，根據(jù)測量量不同可分為：MEMS物理傳感器、MEMS化學傳感器、MEMS生物傳感器三大類，每一種MEMS傳感器又有很多細分類別。常見的MEMS傳感器有壓力傳感器、加速度傳感器、微機械陀螺儀、慣性傳感器、MEMS硅麥克風等等。

MEMS傳感器的品種多到以萬為單位，且不同MEMS之間參量較多，沒有完全標準的工藝。

圖表5：MEMS分類

類別

細分類別

領域

主要產品

MEMS傳感器

MEMS物理傳感器

力學傳感器

加速度計、陀螺儀、位移傳感器、流量傳感器、壓力傳感器、慣性傳感器

電學傳感器

電場傳感器、電流傳感器、電場強度傳感器

磁學傳感器

磁通傳感器、磁場強度傳感器

熱學傳感器

熱導率傳感器、熱流傳感器、溫度傳感器

光學傳感器

可見光傳感器、紅外傳感器、激光傳感器

聲學傳感器

聲表面波傳感器、噪聲傳感器、超聲波傳感器、微型麥克風

MEMS化學傳感器

氣體傳感器

可燃性氣體傳感器、毒性氣體傳感器、大氣污染氣體傳感器、汽車用傳感器

溫度傳感器

離子傳感器

PH傳感器、離子濃度傳感器

MEMS生物傳感器

生理量傳感器

生物濃度傳感器、觸覺傳感器

生物量傳感器

DNA傳感器、免疫傳感器、微生物傳感器、酶傳感器

MEMS執(zhí)行器

光學MEMS

微鏡、自動聚焦、光具座

微流控

噴墨打印頭、藥物輸送、生物芯片

射頻MEMS

開關、濾波器、諧振器

微結構

微針、探針、手表元件

微型揚聲器

超聲指紋識別

超聲波指紋識別

數(shù)據(jù)來源：華夏產業(yè)研究院整理

二、政策環(huán)境分析

（一）國家法律法規(guī)及政策

近年來，國家大力推進 MEMS 傳感器等先進傳感器的產業(yè)化，主要法律法規(guī)及政策如下：

圖表6：國家法律法規(guī)及政策

序號

發(fā)布時間

發(fā)布單位

政策名稱

三、產業(yè)鏈分析

MEMS工藝就是將傳統(tǒng)機械系統(tǒng)的部件微型化后，利用半導體加工技術將微型機械系統(tǒng)和集成電路固定在硅晶圓上，然后根據(jù)不同的應用場景采用特殊定制的封裝形式，最終切割組裝形成硅基換能器。

相比傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)，微機電系統(tǒng)具有微型化、重量低、功耗低、成本低、功能多等競爭優(yōu)勢，可通過微納加工工藝進行批量制造、封裝和測試。

MEMS產業(yè)鏈一般由芯片設計企業(yè)、晶圓制造廠商、封裝測試廠商和終端應用企業(yè)構成，芯片設計企業(yè)專注于MEMS芯片及其產品結構的設計，完成設計后交由第三方晶圓廠生產制造出MEMS芯片，經過封裝測試后實現(xiàn)向消費電子、汽車、醫(yī)療和工控等應用領域客戶的出貨。

除上述專注于各環(huán)節(jié)的專業(yè)廠商外，MEMS 行業(yè)還存在博世、意法半導體等大型IDM廠商，這些公司能夠自行完成芯片設計、晶圓制造和封裝測試等主要研發(fā)和生產環(huán)節(jié)。

（一）MEMS研發(fā)設計

MEMS的研發(fā)設計，不僅涉及基礎理論、制備工藝、應用技術，還涉及到MEMS技術與其他如通訊技術、計算機技術的結合，更涉及到一些新興學科和一些前沿技術的綜合分析與應用。

MEMS產品設計中有三個主要任務是互相交聯(lián)在一起的：機電和結構設計、工藝流程設計、包括封裝和測試在內的設計驗證。MEMS設計中材料的選擇也比常規(guī)產品的材料選擇復雜的多。

目前典型的MEMS產品開發(fā)基本符合一個產品、一種工藝、一種封裝、一種專用集成電路芯片（ASIC）、一種測試系統(tǒng)的模式。在產品進入生產階段之前，需要完成多個閉環(huán)。

材料數(shù)據(jù)庫經常需要根據(jù)具體應用的實驗結果進行更新。這個開發(fā)流程通常是不可預測的，而且往往需要數(shù)年的時間才能量產。

圖表8：MEMS研發(fā)設計

資料來源：頭豹研究院

（1）機電和結構設計涵蓋有限元分析（FEA）建模和傳感器版圖結構設計。

MEMS設計企業(yè)通過Coventor、Ansys、TannerPro等國際MEMS EDA軟件企業(yè)提供的仿真模擬分析和建模設計軟件實現(xiàn)結構分析、力學分析、溫度分析、靈敏度分析、耦合分析等，從而完成傳感器結構建模，再通過AutoCAD等繪圖工具繪制MEMS傳感器掩膜版，從而完成版圖結構設計。

由于海外MEMS傳感器行業(yè)商業(yè)化始于2000年左右，而中國MEMS傳感器行業(yè)商業(yè)化始于2009年，中國MEMS傳感器行業(yè)起步較晚，中國市場尚不具備成熟的、商業(yè)化的、為MEMS設計提供輔助的本土EDA軟件供應商。

（2）工藝設計主要為 MEMS傳感器制作工藝設計，制作工藝的選擇對傳感器參數(shù)、制造成本、兼容性和集成度等方面均產生關鍵影響。

由于MEMS傳感器中復雜的極微小型機械系統(tǒng)的存在，MEMS傳感器的芯片設計和工藝研發(fā)必須緊密配合，制造端已有的工藝路線在很大程度上決定了芯片的設計路線，而芯片的設計路線又需要對制造端的工藝模塊進行重組和調試，以實現(xiàn)芯片所需達到的功能和可靠性要求。

此外，不同傳感器類型擁有不同機械特性，使得一種工藝路線只能對應一種傳感器。因此，MEMS傳感器的研發(fā)企業(yè)必須同時進行芯片和工藝端的研發(fā)，在制造端缺乏成熟工藝模塊的情況下，需要與制造端企業(yè)共同開發(fā)成熟的工藝模塊；在制造端具備成熟工藝模塊的情況下，新的一款芯片的推出需要重新對制造端工藝模塊的重新組合和調試。因此MEMS傳感器的生產工藝具有高度定制化特點。

（3）封裝測試設計包括封裝形式設計和測試系統(tǒng)設計。

由于MEMS傳感器種類多、應用廣，傳感器企業(yè)需完成封裝測試設計，即對傳感器封裝形式和測試系統(tǒng)做出定制化設計。

相比半導體集成電路封裝，MEMS傳感器封裝更加復雜，在封裝設計方面需考慮更多因素。例如，溫度、濕度以及傳感器自身的封裝材料散熱性、耐腐蝕性和結構強度等外部因素對傳感器可靠性產生的影響，因此封裝設計需考慮如何選擇合適的封裝結構和封裝材料，以保護傳感器免受外部因素干擾。

MEMS傳感器各個設計環(huán)節(jié)相互影響，不同應用領域、不同類型、不同性能參數(shù)的傳感器具有特定的設計邏輯，代表特定的工藝設計、機電結構設計和封裝測試設計等。因此，傳感器設計是MEMS傳感器產業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)，掌握設計自主知識產權的企業(yè)具備市場競爭優(yōu)勢。

（二）MEMS生產制造

MEMS與IC工藝雖然存在一定的相似度，但本質上存在明顯差異。與大規(guī)模集成電路產品均采用標準的CMOS生產工藝不同，MEMS制造對半導體加工技術的先進與否并不敏感，MEMS 傳感器芯片本質上是在硅片上制造極微小化機械系統(tǒng)和集成電路的集合體，生產工藝具有較高的定制化特點。

MEMS 傳感器的制造工藝則需要兼顧電路和機械系統(tǒng)，具有一種傳感器對應一種工藝路線的特點。因此，MEMS 傳感器的技術先進性除了體現(xiàn)在MEMS傳感器芯片的設計難度之外，還體現(xiàn)在MEMS傳感器芯片生產工藝的可實現(xiàn)性方面。MEMS傳感器廠商不但需要具備突出的極微小化機械系統(tǒng)和集成電路的設計能力，也需要開發(fā)不同傳感器芯片的生產工藝。

從MEMS制造環(huán)節(jié)來看，主要分為三類：純MEMS代工、IDM企業(yè)代工和傳統(tǒng)集成電路MEMS代工。

目前提供MEMS代工的IDM廠商主要有意法半導體、索尼、德州儀器等；傳統(tǒng)集成電路MEMS代工企業(yè)有臺積電、X-FAB（德國）、中芯國際等；全球知名的純MEMS代工廠Teledyne Dalsa（加拿大）、Silex Microsystems（瑞典）、亞太優(yōu)勢（APM）、Innovative Micro Technology（美國）、Tronics Microsystems（法國）和Micralyne（加拿大）等。國內的華虹宏力、上海先進半導體也有MEMS生產能力。

國內第三方半導體制造企業(yè)普遍缺乏成熟的MEMS傳感器工藝模塊。由此使得國內MEMS廠商，如果需要利用國內第三方半導體的制造資源，必須事先進行完整的包括晶圓制造、晶圓測試、封裝、成品測試在內的全生產環(huán)節(jié)的工藝研發(fā)，幫助第三方半導體制造企業(yè)建立起某一品類傳感器的成熟工藝模塊。

圖表9：MEMS代工企業(yè)類型比較

類別

純MEMS代工

IDM代工

傳統(tǒng)集成電路MEMS代工

客戶群體

可開發(fā)及代工的產品品種豐富

品種單一

以可量產的消費類電子產品為主

競爭優(yōu)勢

1、產品種類豐富，可同時處理多種工藝和多種產品；

2、在積累量產的實踐中集成了標準化工藝模塊，有效縮短產品商業(yè)化時間，降低開發(fā)成本；

3、技術儲備充足，在某些領域已具備超過IDM企業(yè)的技術能力；

4、不提供設計服務，無自營產品，在商業(yè)模式上更容易獲得客戶信賴。

1、技術及經營成熟，可為客戶提供一整套MEMS解決方案，包括MEMS設計、制造、封裝、測試和應用支持；

2、老牌集成電路廠商，進入MEMS代工行業(yè)時間較早，行業(yè)積累豐富，客戶優(yōu)質，目前占據(jù)著MEMS代工市場最大份額。

1、巨大的產能、全線生產，可提供成本更低的解決方案；

2、CMOS和MEMS工藝融合優(yōu)勢。

競爭風險

1、起步較晚，客戶規(guī)模有限；

2、產能利用率待提高。

1、利用剩余產能為客戶提供MEMS代工服務，代工業(yè)務被安排在自營產品之后，無法保證穩(wěn)定的產能和快速響應，同時也導致提供代工服務的產品單一；

2、自營產品與代工業(yè)務存在本質沖突，MEMS設計企業(yè)或因知識產權風險而避免與IDM代工企業(yè)合作。

1、以可量產的消費類產品代工為主，其他細分市場的MEMS設計公司因產品多樣小量難以獲得支持；

2、MEMS工藝開發(fā)能力較弱。

代表企業(yè)

Silex、Teledyne Dalsa、IMT

ST、Sony、TI

臺積電、X-FAB

MEMS器件依賴各種工藝和許多變量，所以一種MEMS產品對應一種工藝。只有經過多年的工藝改進及測試，MEMS器件才能真正被商品化。研發(fā)團隊一般需要大量時間來搜索并驗證有關工藝及材料物理特性。

利用單獨一種材料（如多晶硅）制得的器件可能需要根據(jù)多晶硅的來源及沉積方法來標記工藝中的變化。因此每一種工藝都需要長期、大量的數(shù)據(jù)來穩(wěn)定一個工藝。

目前全球MEMS加工工藝主要的技術途徑有三種：一是以美國為代表的以集成電路加工技術為基礎的硅基微加工技術；二是以德國為代表發(fā)展起來的利用X射線深度光刻、微電鑄、微鑄塑的LIGA技術；三是以日本為代表發(fā)展的精密加工技術，如微細電火花EDM、超聲波加工。

圖表10：MEMS工藝和IC工藝比較

各工藝名稱

MEMS工藝

IC工藝

光刻技術

需雙面光刻技術

單面光刻技術

干法（腐蝕技術）

深層、高深度比腐蝕

一般薄膜腐蝕

濕法（腐蝕技術）

各向異性腐蝕、自停止技術、深層體硅腐蝕

各向同性腐蝕、陽極腐蝕、電鈍化腐蝕，限于表面加工

犧牲層技術

表面硅微加工工藝，與IC工藝兼容，用于制造表面活動結構

不常用

鍵合

硅硅直接鍵合、硅玻璃陽極鍵合

高溫鍵合制作SOI材料

LIGA

制作高深寬比結構，成本高

不用

資料來源：電子發(fā)燒友

（三）MEMS封裝測試

目前在國內 MEMS行業(yè)中，參與封裝測試的企業(yè)為傳統(tǒng)半導體集成電路封裝測試代工企業(yè)和傳感器設計企業(yè)。其中，傳統(tǒng)半導體集成電路封裝測試代工企業(yè)主要參與傳感器封裝環(huán)節(jié)，測試環(huán)節(jié)由傳感器設計企業(yè)主導。

MEMS封裝通常分為芯片級封裝、器件級封裝和系統(tǒng)級封裝三個層次。芯片級含義更加廣泛，不但涵蓋包括控制器在內的集成電路封裝中的各種芯片，還包括感測的各種力、光、磁、聲、溫度、化學、生物等傳感器元器件和執(zhí)行運動、能量、信息等控制量的各種部件。

目前的MEMS封裝技術大多來自集成電路封裝技術，但MEMS產品應用領域多樣，且應用場景復雜，所以MEMS封裝比集成電路封裝更龐大、更復雜、更困難。

在MEMS產品量化過程中，封裝的成本比重已經越來越大，通常超過四成，再結合測試部分的成本，一般來說，后端的成本往往占據(jù)產品成本的大半，有的甚至超過七成。

因此為了盡量適應各個領域的應用，以便盡可能形成大規(guī)模的批量生產，降低研發(fā)到市場的導入成本，整合MEMS產品的封裝形式已經成為各大OSAT封裝廠商（外包半導體封裝測試廠）熱衷于思考和探索的課題。

MEMS與IC不同，測試時需要外加不同的激勵來測試不同的MEMS產品，非標準化特性明顯，如在加速度計、陀螺儀等產品時，需要多軸轉臺、振動臺、沖擊臺等設備來外加轉動、震動激勵；在測試硅麥克風時，需要通過消聲腔、標準聲源等外部設備來施加聲源激勵。

此外，即使同類型傳感器的測試方法也不一定相同，如普通加速度計內有活動部件，而基于熱對流原理的加速度計內無活動部件，二者的測試流程和設備并非完全相同；電容式MEMS麥克風的腔體是封閉的，而壓電式MEMS麥克風的腔體是開放的，二者的測試設備、流程也不盡相同。

因此，多數(shù)MEMS廠商針對自研產品的相關屬性原理設計個性化測試裝備、搭建個性化測試環(huán)境，在一定程度上拉高了產品成本。

（四）系統(tǒng)集成應用

MEMS傳感器產業(yè)鏈中的應用集成環(huán)節(jié)主要存在三大類。

一是由MEMS傳感器生產廠商提供，此類MEMS傳感器廠商也可稱為解決方案提供商，其解決方案特點是通用性強，且能夠更有效發(fā)揮產品性能，兼具靈活與輕度定制化特點，如應美盛Firefly移動解決方案，終端廠商只需簡單調整內部軟件即可用在整機產品上，基本做到即插即用；

二是由應用廠商進行集成，該類解決方案特點是專注于特定領域、研發(fā)成本較高、產品研發(fā)周期較長，如康明斯對外采購壓力、流量等傳感器、生產汽車發(fā)動機、渦輪增壓器等；

三是垂直整合廠商集成，該類應用集成的特點是專用強，高度設配自家應用，且通常屬高精尖領域，如GE為旗下航空、發(fā)電、運輸?shù)葮I(yè)務自行生產專用傳感器。

總體來看，由MEMS傳感器廠商提供的高通用性、高效能、靈活的解決方案更符合大眾消費市場發(fā)展要求，而后兩類集成方案更加適合專用領域。

圖表11：MEMS傳感器產業(yè)鏈全景圖

四、市場情況分析

（一）全球/中國市場規(guī)模

1、全球MEMS市場規(guī)模

根據(jù)Yole Development （2021）的統(tǒng)計與預測，2020年全球MEMS行業(yè)市場規(guī)模已達到 121億美元，預計2025年將達到 182億美元，2020-2026 年市場規(guī)模復合增長率為7.2%。

圖表12：2020-2026全球MEMS行業(yè)市場規(guī)模及預測（單位：億美元）

數(shù)據(jù)來源：Yole Development（2020）

2、中國MEMS市場規(guī)模

根據(jù)賽迪顧問的統(tǒng)計，近年來受益于中國智能手機、平板電腦等消費電子類產品產量的穩(wěn)定增長，加速度計、陀螺儀和微型麥克風等MEMS產品的需求也不斷增長，使得中國已經成為全球 MEMS 市場中發(fā)展最快的地區(qū)。

2019年中國MEMS市場規(guī)模達到597.8億元，同比增長18.3%。預計到2022年市場規(guī)模將突破1000億元。（與Yole Development的預測數(shù)據(jù)相沖突，可能是統(tǒng)計口徑問題及預測時間點等原因）

圖表13：2016-2022年中國MEMS行業(yè)市場規(guī)模及預測（單位：億元）

數(shù)據(jù)來源：賽迪顧問

（二）MEMS市場結構分析

1、應用領域分析

MEMS產品在消費電子、汽車電子、工業(yè)、通信、醫(yī)療、國防和航空等 MEMS 的主要應用領域均有著廣泛的應用。

應用領域

涉及的MEMS產品

消費電子

射頻MEMS、微型麥克風、噴墨打印頭、光學MEMS、慣性傳感器組合、陀螺儀、加速度計、壓力傳感器、磁傳感器等

汽車電子

加速度計、壓力傳感器、陀螺儀、慣性傳感器組合等

工業(yè)與通信

壓力傳感器、噴墨打印頭、非制冷紅外探測儀、微針、陀螺儀、流量計、加速度計等

醫(yī)療健康

壓力傳感器、微流控、流量計、微型麥克風、加速度計等

國防與航空

非制冷紅外探測儀、陀螺儀、加速度計、壓力傳感器等

注：各應用領域涉及的 MEMS 產品按照該應用領域中市場規(guī)模由高到低的順序列示。

不同的應用領域來看，全球消費電子產品市場占比最大，達到了58.92%，主要得益于智能手機以及未來5G應用的空間巨大。此外，汽車電子是占比第二大市場，市場占比為16.78%，主要得益于汽車安全以及智能化要求的日益增加。

圖表14：全球不同領域MEMS市場預測（億美金）

數(shù)據(jù)來源：Yole Development（2020）

圖表15：2020年全球各市場占比（%）

圖表16：2026年全球各市場占比（%）

數(shù)據(jù)來源：Yole Development（2020）

（1）消費電子

目前，消費電子是全球MEMS行業(yè)最大的應用市場，且在整個MEMS行業(yè)的市場規(guī)模的占比越來越高，包括射頻MEMS、微型麥克風、壓力傳感器、加速度計、陀螺儀等MEMS產品都廣泛運用在以智能手機、平板電腦為代表的消費電子產品中。

2017年消費類產品的出貨規(guī)模在整個MEMS市場規(guī)模中的占比超過50%。而隨著消費電子產品品類和數(shù)量的增長以及設備智能化程度的提升，其對MEMS產品數(shù)量的需求也將不斷增加。到2023年，消費類MEMS產品將占據(jù)整個MEMS行業(yè)60%以上的市場空間。

除了智能手機、平板電腦和筆記本電腦等主流消費電子產品外，近年來涌現(xiàn)出的智能家居和可穿戴設備等新興應用領域也廣泛使用了MEMS傳感器產品，如智能手表安裝了MEMS加速度計、陀螺儀、微型麥克風和脈搏傳感器，VR/AR設備采用MEMS加速度計、陀螺儀和磁傳感器來精確測定頭部轉動的速度、角度和距離等。

圖表17：2017 年消費電子領域 MEMS 產品結構