半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室趙工 半導(dǎo)體工程師 2022-01-17 08:43

文章大綱

MEMS器件應(yīng)用廣泛，市場(chǎng)空間大

·MEMS產(chǎn)品日益豐富，中國(guó)為主要市場(chǎng)

·工藝偏定制化，后端制造成本占比高

MEMS需求放量，融合化、智能化升級(jí)提高附加值

·物聯(lián)網(wǎng)、5G、智能駕駛推動(dòng)MEMS用量提升

·MEMS器件利潤(rùn)空間有望逐步增厚

MEMS黃金時(shí)代到來，國(guó)內(nèi)廠商加速成長(zhǎng)

·MEMS器件國(guó)產(chǎn)化空間廣闊，產(chǎn)業(yè)鏈逐步走向成熟

·國(guó)內(nèi)廠商市占率快速提升，國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程有望進(jìn)一步加速

MEMS聲學(xué)器件率先實(shí)現(xiàn)趕超

MEMS

MEMS器件應(yīng)用廣泛，市場(chǎng)空間大

MEMS產(chǎn)品日益豐富，中國(guó)為主要市場(chǎng)

MEMS即微機(jī)電系統(tǒng)（Microelectro Mechanical Systems），利用集成電路制造技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)，把微傳感器、微執(zhí)行器制造在一塊芯片上的微型集成系統(tǒng)。MEMS中的核心元件一般包含兩類：一個(gè)傳感器或執(zhí)行器，以及一個(gè)信號(hào)傳輸單元。傳感器將外界信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，執(zhí)行器與外界產(chǎn)生作用，信號(hào)傳輸單元能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理以及與其他微系統(tǒng)連接。MEMS傳感器具有體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、易于集成等優(yōu)點(diǎn)，正在逐漸取代傳統(tǒng)機(jī)械傳感器；以RF MEMS為代表的MEMS執(zhí)行器也隨著新一代通信技術(shù)的到來迎來重大發(fā)展機(jī)遇。

MEMS產(chǎn)品日益豐富，智能化、集成化程度逐步提高。1987年美國(guó)伯克利加州大學(xué)發(fā)明了微馬達(dá)，被認(rèn)為是MEMS技術(shù)的開端；1993年ADI公司的微加速度計(jì)產(chǎn)品大批量應(yīng)用于汽車防撞氣囊，MEMS正式走入產(chǎn)業(yè)化階段。20世紀(jì)90年代MEMS技術(shù)快速發(fā)展，圍繞深槽蝕刻技術(shù)發(fā)展出多種加工工藝，微鏡、噴墨打印頭等MEMS產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。2007年以后，以智能手機(jī)為代表的消費(fèi)電子產(chǎn)品大量應(yīng)用MEMS傳感器，慣性傳感器、磁力計(jì)、光學(xué)MEMS、射頻MEMS等應(yīng)運(yùn)而生。近年來，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展不斷推動(dòng)MEMS技術(shù)進(jìn)步，9軸IMU、集成環(huán)境MEMS等被大量應(yīng)用，MEMS集成化、智能化是未來發(fā)展趨勢(shì)。

射頻MEMS、壓力傳感器、麥克風(fēng)、加速度計(jì)、陀螺儀和慣性組合是目前應(yīng)用最為廣泛的器件。根據(jù)Yole的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球MEMS產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，射頻MEMS份額19.2%居首，其他產(chǎn)品中壓力傳感器、麥克風(fēng)、加速度計(jì)份額超過10%。中國(guó)市場(chǎng)結(jié)構(gòu)與全球類似，根據(jù)賽迪顧問發(fā)布的數(shù)據(jù)，2019年國(guó)內(nèi)射頻MEMS產(chǎn)品收入占比為25.9%；壓力傳感器占19.2%排第二位，麥克風(fēng)、慣性組合、加速度計(jì)分別占比7.1%、8.9%、6.5%。

全球千億市場(chǎng)規(guī)模，中國(guó)占比5成以上。從市場(chǎng)規(guī)模上來看，根據(jù)IHS的數(shù)據(jù)，2019年全球MEMS市場(chǎng)規(guī)模為165億美元（折合人民幣千億以上）。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)方面，根據(jù)賽迪智庫的統(tǒng)計(jì)，2019年市場(chǎng)規(guī)模約600億元，占全球市場(chǎng)比例約54%，且國(guó)內(nèi)市場(chǎng)增速持續(xù)高于全球。

工藝偏定制化，后端制造成本占比高

MEMS產(chǎn)業(yè)鏈主要涉及設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)制造、封裝測(cè)試、系統(tǒng)應(yīng)用四大環(huán)節(jié)。MEMS產(chǎn)業(yè)鏈的上游包括MEMS器件設(shè)計(jì)、材料和生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)和供應(yīng)，中游包括MEMS器件的制造加工和封裝測(cè)試、下游使用MEMS產(chǎn)品集成終端電子產(chǎn)品。

不同于IC的平面結(jié)構(gòu)，MEMS器件是三維機(jī)械結(jié)構(gòu)，工藝偏定制化。雖然MEMS制造工藝采用了IC技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，但是其本質(zhì)上是與IC結(jié)構(gòu)有著截然區(qū)別的：IC的基本結(jié)構(gòu)晶體管是一種純粹的電學(xué)器件，在所有產(chǎn)品中通用；而MEMS是一種微機(jī)械結(jié)構(gòu)，包含了微米級(jí)別的齒輪、儀表、引擎和泵，除了與IC采用同樣的硅材料外，基本結(jié)構(gòu)并不能完全做到統(tǒng)一和通用。因此MEMS器件的制造工藝更為定制化，有一種產(chǎn)品，一種工藝的說法。

基本材料屬性是決定產(chǎn)品性能的根本因素。IC制造的目的是在一個(gè)硅片上集成盡可能多的CMOS，但傳感器芯體重通常只封裝很少的電器元件，如一個(gè)IC上需要集成數(shù)以億計(jì)的CMOS，但一個(gè)力敏傳感器芯只有4個(gè)電阻元件。材料屬性（如結(jié)構(gòu)機(jī)械特特性、材質(zhì)化學(xué)特性）和生產(chǎn)工藝（如刻蝕深度、精度、材料應(yīng)力控制）決定了MEMS傳感器的性能。

封測(cè)環(huán)節(jié)價(jià)值占比高，為制造成本的主要部分。由于MEMS結(jié)構(gòu)相比IC更為復(fù)雜，不但需要封裝各種芯片，還包括各類感測(cè)用的力、光、磁、聲、溫度、化學(xué)、生物等傳感器元器件和執(zhí)行運(yùn)動(dòng)、能量、信息等控制量的各種部件，封裝的成本通常超過四成。此外，在測(cè)試環(huán)節(jié)，需要外加不同的激勵(lì)來測(cè)試不同的MEMS產(chǎn)品，如陀螺儀的測(cè)試需要多軸轉(zhuǎn)臺(tái)、振動(dòng)臺(tái)、沖擊臺(tái)等設(shè)備，而硅麥克風(fēng)則需要消聲腔、標(biāo)準(zhǔn)聲源等外部設(shè)備。結(jié)合測(cè)試的成本，根據(jù)器件不同后端成本可占到四成到八成。

另外，MEMS產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)依賴研發(fā)人員經(jīng)驗(yàn)。一方面，MEMS是多學(xué)科、技術(shù)的綜合，涉及IC技術(shù)、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線通信等技術(shù)，對(duì)于多學(xué)科、多因素的相互理解十分重要。另一方面，MEMS產(chǎn)品開發(fā)過程中工具、設(shè)計(jì)、工藝的相互依賴性需要很高的教育背景和多年研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。一般一個(gè)MEMS項(xiàng)目通常需要受過高等教育的工程師并至少擁有10年的工作經(jīng)驗(yàn)，因此也被稱為市場(chǎng)成長(zhǎng)中的博士級(jí)別問題（PhD Level Problem）。

由于上述特征的存在，導(dǎo)致MEMS行業(yè)研發(fā)和商業(yè)化周期長(zhǎng)。由于MEMS產(chǎn)品設(shè)計(jì)到量產(chǎn)需要設(shè)計(jì)、工藝、工具的相互匹配，以及對(duì)應(yīng)工藝裝備、封裝、測(cè)試設(shè)備的投資，所以研發(fā)和商業(yè)化的周期較長(zhǎng)。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，MEMS壓力傳感器、加速度計(jì)、氣體傳感器產(chǎn)品從研發(fā)設(shè)計(jì)到全面商業(yè)化均歷時(shí)二三十年的時(shí)間，2012年之前所有MEMS器件平均下來商業(yè)化周期在28年時(shí)間。

MEMS

MEMS需求放量，融合化、智能化升級(jí)提高附加值

消費(fèi)電子和汽車為目前MEMS最主要應(yīng)用領(lǐng)域。從2019年全球MEMS市場(chǎng)結(jié)構(gòu)來看，消費(fèi)電子為主要應(yīng)用領(lǐng)域，占比接近60%，汽車為第二大應(yīng)用領(lǐng)域，占比約19%。從2019年中國(guó)MEMS市場(chǎng)結(jié)構(gòu)來看，網(wǎng)絡(luò)與通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子合計(jì)占比50%，汽車領(lǐng)域占比29%。

我們認(rèn)為，隨著物聯(lián)網(wǎng)、消費(fèi)電子、汽車MEMS需求的放量，傳感器廠商收入水平有望快速提升，盈利能力也有望持續(xù)增強(qiáng)，主要基于：1）物聯(lián)網(wǎng)、5G、智能駕駛帶動(dòng)需求放量，同時(shí)MEMS器件尺寸進(jìn)一步微型化，單位成本有望快速下降；2）技術(shù)升級(jí)帶動(dòng)附加值提升。

物聯(lián)網(wǎng)、5G、智能駕駛推動(dòng)MEMS用量提升

技術(shù)浪潮是MEMS需求的最大推動(dòng)力。過去主要經(jīng)歷了兩撥大的技術(shù)浪潮，分別是汽車和以智能手機(jī)為首的消費(fèi)電子浪潮，根據(jù)IHS早期的數(shù)據(jù)我們可以看到，在消費(fèi)電子浪潮來臨之前，整個(gè)MEMS市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)趨于停滯，但消費(fèi)電子浪潮的出現(xiàn)為整體市場(chǎng)帶來了巨大的成長(zhǎng)動(dòng)能，消費(fèi)電子MEMS市場(chǎng)規(guī)模2010-2019年CAGR達(dá)到了16%。

物聯(lián)網(wǎng)普及極大拓展MEMS應(yīng)用場(chǎng)景。物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)架構(gòu)可以分為四層：感知層、傳輸層、平臺(tái)層和應(yīng)用層，MEMS器件是物聯(lián)網(wǎng)感知層重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶動(dòng)智能終端設(shè)備普及，推動(dòng)MEMS需求放量，據(jù)全球移動(dòng)通信系統(tǒng)協(xié)會(huì)GSMA統(tǒng)計(jì)，全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量已從2010年的20億臺(tái)，增長(zhǎng)到2019年的120億臺(tái)，未來受益于5G商用化和WiFi 6的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)潛力巨大，GSMA預(yù)測(cè)，到2025年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將達(dá)到246億臺(tái)，2019到2025年將保持12.7%的復(fù)合增長(zhǎng)率。

智能化趨勢(shì)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備單機(jī)MEMS用量大幅提升。如上所述，物聯(lián)網(wǎng)帶來了很多增量市場(chǎng)，比如智能音箱、智能電視、可穿戴設(shè)備等，同時(shí)智能化程度也在不斷提升，推動(dòng)單機(jī)MEMS用量提升，以智能穿戴為例，第一代的可穿戴設(shè)備計(jì)步器僅搭載了加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)計(jì)步功能，隨著產(chǎn)品的更新迭代，功能日益豐富，后續(xù)第二代、第三代可穿戴產(chǎn)品逐漸加入了壓力計(jì)和陀螺儀，至今第四代可穿戴代表產(chǎn)品智能手表除傳統(tǒng)的活動(dòng)識(shí)別和計(jì)數(shù)功能外，還能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位、智能交互，還加入了諸多健康監(jiān)測(cè)功能，MEMS麥克風(fēng)、磁傳感器、光學(xué)心率傳感器等產(chǎn)品得到了廣泛應(yīng)用，總體MEMS用量大幅提升。

傳統(tǒng)的手機(jī)和汽車市場(chǎng)方面，短期內(nèi)依然是MEMS器件主要的應(yīng)用領(lǐng)域，5G和汽車電動(dòng)化推動(dòng)出貨量穩(wěn)步提升，同時(shí)單機(jī)/車傳感器用量有明顯增加趨勢(shì)。

智能手機(jī)迎5G換機(jī)潮，傳感器及RF MEMS用量逐年提升。一方面，5G加速滲透，拉動(dòng)智能手機(jī)市場(chǎng)恢復(fù)增長(zhǎng)：今年10月份國(guó)內(nèi)5G手機(jī)出貨量占比已達(dá)64%；智能手機(jī)整體出貨量方面，在5G的帶動(dòng)下，根據(jù)IDC今年的預(yù)測(cè)，2021年智能手機(jī)出貨量相比2020年將增長(zhǎng)11.6%，2020-2024年CAGR達(dá)5.2%。另一方面，單機(jī)傳感器和RF MEMS用量不斷提升，以iPhone為例，2007年的iPhone 2G到2020年的iPhone 12，手機(jī)智能化程度不斷升，功能不斷豐富，指紋識(shí)別、3D touch、ToF、麥克風(fēng)組合、深度感知（LiDAR）等功能的加入，使得傳感器數(shù)量（包含非MEMS傳感器）由最初的5個(gè)增加為原來的4倍至20個(gè)以上；5G升級(jí)帶來的頻段增加也有望顯著提升單機(jī)RF MEMS價(jià)值量。

駕駛輔助系統(tǒng)升級(jí)帶動(dòng)MEMS＆傳感器單車價(jià)值提升。自動(dòng)駕駛已成大趨勢(shì)，環(huán)境信息的感知是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的基礎(chǔ)，越高級(jí)別的自動(dòng)駕駛對(duì)信息感知能力的需求越高，對(duì)應(yīng)的MEMS＆傳感器用量和價(jià)值量也會(huì)相應(yīng)提升。根據(jù)NXP和Strategy analysis的數(shù)據(jù)，L1/2級(jí)別的自動(dòng)駕駛僅需要1個(gè)攝像頭模組、1-3個(gè)超聲波雷達(dá)和激光雷達(dá)，以及0-1個(gè)融合傳感器，新增半導(dǎo)體價(jià)值在100-350美元，而至L4/5級(jí)別自動(dòng)駕駛車輛將會(huì)引入7-13個(gè)超聲波雷達(dá)和激光雷達(dá)、6-8個(gè)攝像頭模組并會(huì)引入V2X模塊以及多傳感器融合方案，新增半導(dǎo)體價(jià)值在1000美元以上。另外，短期來看，現(xiàn)實(shí)條件暴露了ADAS的缺陷，導(dǎo)致了一些安全事故的發(fā)生，由此對(duì)ADAS系統(tǒng)的安全性需求猛增，這些缺點(diǎn)重新致力于改進(jìn)LIDAR、RADAR和其他成像設(shè)備，將多面?zhèn)鞲衅飨到y(tǒng)集成到自動(dòng)駕駛汽車中。

根據(jù)Strategy analysis的預(yù)測(cè)，至2025年，汽車產(chǎn)量中將有73%配備不同程度的自動(dòng)駕駛功能，其中Level 1占46%，Level 2占27%，至2035年，95%的車有不同級(jí)別的自動(dòng)駕駛功能，其中Level 3及以上將占比20%以上，帶動(dòng)MEMS器件需求快速提升。

COVID-19疫情期間，熱成像、微流控MEMS迎來增長(zhǎng)。受COVID-19疫情影響，醫(yī)療設(shè)備需求增長(zhǎng)，尤其是無接觸測(cè)溫刺激了熱電堆和微熱輻射測(cè)定儀需求，核酸診斷拉動(dòng)了微流控產(chǎn)品的需求，呼吸機(jī)帶動(dòng)了壓力傳感器和流量計(jì)的需求。疫情期間熱成像類MEMS（熱電堆和微熱輻射測(cè)定儀）和微流控成為短期最大增長(zhǎng)點(diǎn)。

根據(jù)Yole的預(yù)測(cè)，在物聯(lián)網(wǎng)和手機(jī)5G換機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，全球消費(fèi)級(jí)MEMS市場(chǎng)規(guī)模有望從2019年的68.7億美元增長(zhǎng)至2025年的111.4億美元，6年CAGR達(dá)8.4%；在電動(dòng)汽車和自動(dòng)駕駛趨勢(shì)的帶動(dòng)下，汽車MEMS市場(chǎng)規(guī)模有望從21.8億美元增長(zhǎng)至2025年的26億美元，6年CAGR 3%，除此之外，工業(yè)市場(chǎng)也將在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等趨勢(shì)的帶動(dòng)下保持9.2%的復(fù)合增速，醫(yī)療、通信、國(guó)防/航空市場(chǎng)也將有顯著增量，整體MEMS市場(chǎng)規(guī)模將從2019年的115億美元增長(zhǎng)至2025年的177億美元，6年綜合CAGR為7.4%。

MEMS器件利潤(rùn)空間有望逐步增厚

從MEMS價(jià)格走勢(shì)來看，2000年以來，MEMS價(jià)格持續(xù)下降，2000-2006年CAGR為-3%，智能手機(jī)浪潮到來后，傳感器需求放量，成本不斷攤低，2006-2012年價(jià)格CAGR為-13%；2012-2018年在RF MEMS放量的推動(dòng)下，2012-2018年價(jià)格CAGR為-15%；2019年ASP在0.43美元左右。

受益于成本下降和新產(chǎn)品推出，業(yè)內(nèi)廠商毛利率基本維持穩(wěn)定。雖然價(jià)格在下行，但是從樓氏和歌爾等主要廠商毛利率水平走勢(shì)可以看到，業(yè)內(nèi)企業(yè)MEMS業(yè)務(wù)盈利能力基本維持穩(wěn)定：一方面是芯片及封裝尺寸縮小推動(dòng)成本端下降，另一方面是技術(shù)升級(jí)的需求導(dǎo)致不斷有新產(chǎn)品推出，新產(chǎn)品的毛利率顯著高于老產(chǎn)品（如美新半導(dǎo)體，2016 年磁傳感器新品35%毛利率顯著高于老產(chǎn)品11%的毛利率），推動(dòng)整體毛利率維持穩(wěn)定。

未來MEMS毛利率有望穩(wěn)中有升，我們認(rèn)為主要有如下幾點(diǎn)依據(jù)：

微型化趨勢(shì)推動(dòng)MEMS器件平均成本繼續(xù)下降。消費(fèi)電子領(lǐng)域輕薄化需求推動(dòng)MEMS器件尺寸縮小，MEMS生產(chǎn)廠商一方面改進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)計(jì)，在保證產(chǎn)品性能的基礎(chǔ)上縮小器件尺寸，另一方面也同步縮小芯片的尺寸，在單片晶圓尺寸固定的情況下，芯片尺寸的減小增加了芯片的產(chǎn)量，也有效降低了平均成本。未來，隨著MEMS尺寸的縮小，MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）將逐步向NEMS（納機(jī)電系統(tǒng)）轉(zhuǎn)變，并獲得尺寸和成本的持續(xù)降低。

封裝標(biāo)準(zhǔn)化程度提升，外包降低成本。封裝方面，由于MEMS偏定制化，出于保護(hù)自己公司IP的需要，多數(shù)公司選擇自己進(jìn)行組裝和測(cè)試，但隨著MEMS封裝標(biāo)準(zhǔn)化程度的不斷提升，OSAT提供的封裝服務(wù)帶來的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)超過了潛在的技術(shù)泄漏風(fēng)險(xiǎn)，越來越多的客戶將選擇外包封裝的方式，有助于成本的降低。

多傳感器融合與協(xié)同、智能化趨勢(shì)帶來價(jià)值提升。智能化趨勢(shì)客觀上需要更多的數(shù)據(jù)源，單個(gè)設(shè)備中搭載的傳感器數(shù)量逐漸增加，同時(shí)為了提升了信號(hào)識(shí)別與收集的效果和器件的集成化程度，傳感器之間開始實(shí)現(xiàn)融合與協(xié)同（比如加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)、IMU組合形成慣性傳感器組）。目前單個(gè)傳感器的平均價(jià)格不足1美元，相比單個(gè)傳感器，多個(gè)傳感器融合的產(chǎn)品具有更高的價(jià)值量，能夠達(dá)到1-2美元。通過進(jìn)一步將傳感器與MCU或者APU集成，形成智能化傳感系統(tǒng)，產(chǎn)品價(jià)格將大幅提升至20-40美元。

材料技術(shù)融合創(chuàng)新，柔性壓感MEMS產(chǎn)品亦有望帶來價(jià)值提升。相比傳統(tǒng)電容式方案，柔性MEMS對(duì)終端產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部空間要求較低，能夠有效降低組裝成本，在智能手機(jī)壓感觸控、可穿戴產(chǎn)品和工業(yè)/醫(yī)療測(cè)量等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。目前，國(guó)內(nèi)NDT（紐迪瑞科技）已將柔性MEMS概念成功商業(yè)化落地，其柔性MEMS是基于壓阻材料的微壓力應(yīng)變器技術(shù)，可同時(shí)檢測(cè)拉伸和壓縮應(yīng)變，在較大應(yīng)變范圍內(nèi)線性輸出。隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟，國(guó)內(nèi)更多廠商有望采用創(chuàng)新產(chǎn)品。

MEMS

MEMS黃金時(shí)代到來，國(guó)內(nèi)廠商加速成長(zhǎng)

MEMS器件國(guó)產(chǎn)化空間廣闊，產(chǎn)業(yè)鏈逐步走向成熟

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)廣闊，國(guó)產(chǎn)化率低。中國(guó)是最大的電子產(chǎn)品生產(chǎn)基地也是最大的電子產(chǎn)品消費(fèi)國(guó)，2019年全球MEMS器件市場(chǎng)規(guī)模為165億美元，中國(guó)占據(jù)了半數(shù)以上。但在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)依然為國(guó)外廠商主導(dǎo)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前10廠商占據(jù)的份額中僅6%屬于國(guó)內(nèi)廠商。

國(guó)內(nèi)廠商已具備主流MEMS器件生產(chǎn)能力。從國(guó)內(nèi)MEMS產(chǎn)品晶圓需求結(jié)構(gòu)來看，麥克風(fēng)、壓力、打印頭、加速度、射頻器件已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)恼急龋?寸片和8寸片需求合計(jì)分別占比31%、19%、11%、6%、7%。從頭部廠商產(chǎn)品類別來看，歌爾股份已覆蓋了MEMS麥克風(fēng)、MEMS壓力傳感器（氣壓/防水/血壓/差壓等）、MEMS氣流傳感器，組合傳感器產(chǎn)品也逐步豐富，瑞聲科技、睿創(chuàng)微納等公司也具備部分主流器件生產(chǎn)能力。

產(chǎn)業(yè)鏈逐步走向成熟。從國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程來看，1986年國(guó)家將傳感器技術(shù)列入國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，到2000年傳感器技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)初步建立。2001年國(guó)家將新型傳感器列入重點(diǎn)研究開發(fā)項(xiàng)目，國(guó)產(chǎn)傳感器技術(shù)水平不斷進(jìn)步，逐步縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，截止到2015年已經(jīng)形成完備的產(chǎn)業(yè)鏈，自主產(chǎn)品達(dá)到6000種。2016年以來，國(guó)內(nèi)傳感器技術(shù)及產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，同時(shí)受國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等技術(shù)的推動(dòng)，傳感器向著MEMS化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化的方向持續(xù)發(fā)展。

具體來看，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)能力均有顯著提升：

代工制造：工藝水平升級(jí)，產(chǎn)能持續(xù)擴(kuò)充國(guó)內(nèi)具備MEMS制造能力的主要有三類廠商：專業(yè)的MEMS代工廠、傳統(tǒng)晶圓代工廠、IDM廠商。過去國(guó)內(nèi)缺乏專業(yè)MEMS代工廠，傳統(tǒng)晶圓代工廠工藝積累不足，制造響應(yīng)周期長(zhǎng)，同時(shí)缺乏領(lǐng)軍的MEMS器件IDM廠商。但目前，上述情況有明顯的改善。

MEMS制造環(huán)節(jié)產(chǎn)能不斷提升。由于半導(dǎo)體下游部分市場(chǎng)高景氣，晶圓代工產(chǎn)能供不應(yīng)求，未來隨著新產(chǎn)能的投產(chǎn)這一現(xiàn)象將得到緩解，根據(jù)SEMI的統(tǒng)計(jì)，MEMS＆傳感器代工產(chǎn)能將從2019年的390萬片/月增加至2023年的470萬片/月。國(guó)內(nèi)專業(yè)MEMS代工方面，賽微電子2015年收購了MEMS專業(yè)代工領(lǐng)先廠商Silex（2019年專業(yè)MEMS代工收入排名第一），目前產(chǎn)能不斷擴(kuò)張，北京廠規(guī)劃產(chǎn)能3萬片/月。傳統(tǒng)晶圓代工廠方面，中芯國(guó)際和華虹半導(dǎo)體的MEMS代工也有了一定的工藝積累。

工藝水平、標(biāo)準(zhǔn)化程度不斷提升。賽維電子收購Silex極大提升了國(guó)內(nèi)MEMS代工水平。一方面突破技術(shù)壁壘（即所掌握的工藝IP），獲得瑞典Silex自主開發(fā)的、可驗(yàn)證的、得到客戶認(rèn)可的IP；另一方面憑借Silex的品牌和成熟的工藝流程極大地縮短產(chǎn)品的驗(yàn)證周期，開發(fā)周期。標(biāo)準(zhǔn)化程度方面，如前文所提到，行業(yè)的特點(diǎn)包括一種產(chǎn)品、一種工藝，暗示每種產(chǎn)品都要從頭開始設(shè)計(jì)工藝，導(dǎo)致產(chǎn)品商業(yè)化周期較長(zhǎng)。但目前80%以上的工藝流程已可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化（比如氧化、旋轉(zhuǎn)涂布、清洗、零掩膜對(duì)準(zhǔn)等），定制化的部分大概只占到15%-20%（DRIE、鍵合、薄膜沉積、晶圓封蓋、光刻等），目前Silex已開發(fā)了名為SmartBlock的模塊化標(biāo)準(zhǔn)化方法，可在不犧牲工藝一致性的情況下實(shí)現(xiàn)快速原型制作、定制和快速量產(chǎn)。

封測(cè)：國(guó)內(nèi)整體實(shí)力較強(qiáng)，部分MEMS器件廠商具備自主封測(cè)能力

MEMS封測(cè)平臺(tái)隨著現(xiàn)有平臺(tái)復(fù)雜性的變化而穩(wěn)步發(fā)展，以滿足傳感器融合的日益增長(zhǎng)的需求。封裝方面，傳感器融合的趨勢(shì)推動(dòng)封裝技術(shù)從單芯片封裝到多芯片封裝的轉(zhuǎn)變，同時(shí)芯片嵌入技術(shù)及晶圓級(jí)封裝成為發(fā)展方向。測(cè)試方面，測(cè)試設(shè)備供應(yīng)商正在改進(jìn)測(cè)試工具、加入新功能以降低成本。

國(guó)內(nèi)封測(cè)實(shí)力較強(qiáng)，具備先進(jìn)封裝技術(shù)交付能力。在OSAT市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)廠商在頭部占據(jù)一席之地，2017年MEMS封裝市場(chǎng)份額前三位分別為ASE、Amkor和長(zhǎng)電科技，市場(chǎng)份額分別為27%、23%和10%，目前長(zhǎng)電科技已可提供嵌入式晶圓級(jí)球柵陣列（eWLB）、晶圓級(jí)芯片級(jí)封裝（WLCSP）、倒裝芯片級(jí)芯片封裝（fcCSP）、精細(xì)間距球柵陣列（FBGA）等一系列封裝工藝。另一方面，國(guó)內(nèi)頭部MEMS器件廠商亦具備自主封測(cè)的能力，如歌爾股份和瑞聲科技。

設(shè)計(jì)：國(guó)內(nèi)頭部廠商向設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)延伸提升盈利能力

國(guó)內(nèi)MEMS傳感器領(lǐng)軍企業(yè)歌爾和瑞聲科技過去主要在產(chǎn)業(yè)鏈中從事系統(tǒng)整合和封測(cè)的環(huán)節(jié)，目前，紛紛向MEMS芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域延伸。

歌爾股份設(shè)立子公司歌爾微電子專注MEMS產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈不斷整合，同時(shí)擬分拆上市加快業(yè)務(wù)發(fā)展。歌爾股份2017年設(shè)立子公司歌爾微電子，意在通過豐富產(chǎn)品線種類，整合產(chǎn)業(yè)鏈上下游優(yōu)質(zhì)資源，進(jìn)一步鞏固公司在MEMS傳感器領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，為客戶提供整體解決方案。一方面對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈下游進(jìn)行整合，從單純的MEMS傳感器領(lǐng)域，通過系統(tǒng)整合把產(chǎn)品線延伸到消費(fèi)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域，從提供封裝測(cè)試延伸至產(chǎn)品終端應(yīng)用。另一方面對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈上游進(jìn)行整合，電聲元器件的部分原材料自制，例如振膜自制，降低產(chǎn)品成本并增強(qiáng)公司盈利能力。同時(shí)公司布局建設(shè)MEMS芯片、智能傳感器研發(fā)平臺(tái)，產(chǎn)業(yè)鏈向上游延伸至芯片設(shè)計(jì)研發(fā)領(lǐng)域。此外，公司擬分拆歌爾微電子上市，獲得更好融資途徑，進(jìn)一步加速微電子類高技術(shù)附加值產(chǎn)品的發(fā)展，同時(shí)通過對(duì)子公司高管及核心骨干股權(quán)期權(quán)激勵(lì)，未來管理效率及發(fā)展前景有望持續(xù)提升。

瑞聲科技MEMS產(chǎn)業(yè)鏈向上游芯片設(shè)計(jì)研發(fā)延伸。瑞聲科技主要為MEMS麥克風(fēng)產(chǎn)品提供封裝測(cè)試到系統(tǒng)整合，2018年以來逐步開始實(shí)現(xiàn)MEMS芯片自主研發(fā)。瑞聲科技今年在英國(guó)設(shè)立MEMS麥克風(fēng)全球研發(fā)中心，完善了公司的全球研發(fā)布局，主要側(cè)重于設(shè)計(jì)研發(fā)MEMS麥克風(fēng)芯片，也開始自行開發(fā)ASIC芯片。

國(guó)內(nèi)廠商市占率快速提升，國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程有望進(jìn)一步加速

國(guó)內(nèi)廠商市占率快速提升，勢(shì)頭依然強(qiáng)勁。近年來，國(guó)內(nèi)以歌爾股份為首的MEMS廠商全球市占率快速提升。根據(jù)Yole Development公布的2019年全球MEMS生產(chǎn)商前30名排名中，歌爾股份和瑞聲科技成功入圍，其中歌爾股份排名第九，是中國(guó)首個(gè)進(jìn)入全球前十的公司，并且其2019年MEMS收入同比增長(zhǎng)達(dá)36%，遠(yuǎn)超同行業(yè)其他頭部公司；瑞聲科技排名第22位，收入同比增長(zhǎng)11%同樣高于行業(yè)整體水平。

目前存在諸多有利條件，促進(jìn)未來國(guó)產(chǎn)化有望持續(xù)加速：

國(guó)內(nèi)政策大力推動(dòng)MEMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展：國(guó)家政策大力支持傳感器發(fā)展，國(guó)內(nèi)MEMS企業(yè)擁有優(yōu)質(zhì)發(fā)展環(huán)境。我國(guó)政府高度重視MEMS和傳感器技術(shù)發(fā)展，在2017年工信部出臺(tái)的《智能傳感器產(chǎn)業(yè)三年行動(dòng)指南（2017-2019）》中，明確指出要著力突破硅基MEMS加工技術(shù)、MEMS與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）集成、非硅模塊化集成等工藝技術(shù)，推動(dòng)發(fā)展器件級(jí)、晶圓級(jí)MEMS封裝和系統(tǒng)級(jí)測(cè)試技術(shù)。國(guó)家政策高度支持MEMS制造企業(yè)研發(fā)創(chuàng)新，政策驅(qū)動(dòng)下，國(guó)內(nèi)MEMS制造企業(yè)獲得發(fā)展良機(jī)。

貿(mào)易摩擦和疫情的客觀加速國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程：貿(mào)易摩擦和疫情讓眾多國(guó)內(nèi)廠商意識(shí)到了產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)產(chǎn)化的重要性，采購國(guó)產(chǎn)MEMS器件的訴求提升。

國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)起步10余年，具備基本的人才積累：如前文所述，MEMS的研發(fā)需要解決多學(xué)科的交叉問題，對(duì)人才要求較高，MEMS項(xiàng)目通常需要受過高等教育的工程師并至少擁有10年的工作經(jīng)驗(yàn)。目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)從起步到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了10余年的時(shí)間，有了一批具備產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)人才的積累。同時(shí)，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和海外環(huán)境的不確定性有望驅(qū)使更多MEMS行業(yè)有積累的專業(yè)人才歸國(guó)，為國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來新動(dòng)能。

科創(chuàng)板成立，資本助力產(chǎn)業(yè)發(fā)展：科創(chuàng)板的成立為成長(zhǎng)中MEMS企業(yè)提供了有效的融資渠道，助力產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

MEMS

MEMS聲學(xué)器件率先實(shí)現(xiàn)趕超

MEMS麥克風(fēng)應(yīng)用廣泛。不僅智能手機(jī)、電腦需要用到MEMS麥克風(fēng)，智能電視、智能穿戴、智能家居、智能建筑領(lǐng)域也需要大量用到MEMS麥克風(fēng)，此外，工業(yè)、醫(yī)療、軍事、智慧城市對(duì)MEMS麥克風(fēng)也有一定需求。從量上來看，智能手機(jī)、電腦、平板依然是目前MEMS麥克風(fēng)主要應(yīng)用領(lǐng)域，出貨量每年在10億量級(jí)，智能穿戴、智能家居、汽車領(lǐng)域目前每年出貨量在千萬到億的量級(jí)，但成長(zhǎng)迅速。

語音交互興起帶動(dòng)MEMS麥克風(fēng)需求迅速增長(zhǎng)。近年來，人工智能（AI）技術(shù)迅速發(fā)展，語音成為重要人機(jī)交互接口，Google、Apple、Microsoft、Amazon等領(lǐng)先科技企業(yè)近年紛紛推出語音交互技術(shù)助推生態(tài)形成，2019年這四家廠商的語音交互設(shè)備數(shù)量已達(dá)到19億臺(tái)，以手機(jī)和電腦為主。傳統(tǒng)電子設(shè)備上語音助手的搭載有效培養(yǎng)了用戶習(xí)慣的養(yǎng)成，新興的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備語音交互需求有望迎來快速增長(zhǎng)，以智能音箱、顯示器為例，根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，其中語音個(gè)人助手的需求將從2019年的1.1億個(gè)左右快速增長(zhǎng)至2024年的2.8億個(gè)左右。

TWS耳機(jī)的發(fā)展、降噪功能的加入帶動(dòng)耳機(jī)單機(jī)MEMS麥克風(fēng)用量提升。以耳機(jī)為例，傳統(tǒng)的耳機(jī)雙耳僅需1顆麥克風(fēng)（即平均單耳0.5顆），而TWS耳機(jī)一般單耳用到至少1顆麥克風(fēng)，而Airpods單耳需要用到2顆，Airpods Pro單耳則用到了3顆麥克風(fēng)。用量的快速提升背后邏輯一方面是TWS耳機(jī)對(duì)傳統(tǒng)耳機(jī)的替代，另一方面是降噪功能的加入，從Airpods Pro中3顆麥克風(fēng)的作用上我們可以窺見端倪：Airpods Pro中的1號(hào)麥克風(fēng)用于接收語音；2號(hào)麥克風(fēng)用于接收外部噪音信號(hào)，并發(fā)出一個(gè)噪聲幅度相同、相位相反的聲波信號(hào)抵消噪聲實(shí)現(xiàn)主動(dòng)降噪；3號(hào)麥克風(fēng)用于偵測(cè)耳機(jī)內(nèi)部的噪聲，并實(shí)現(xiàn)主動(dòng)降噪。科技風(fēng)向標(biāo)蘋果的采用有望帶動(dòng)TWS耳機(jī)中降噪技術(shù)快速普及，大幅提高市場(chǎng)上耳機(jī)平均MEMS麥克風(fēng)用量。

語音交互、降噪不是終點(diǎn)，MEMS麥克風(fēng)潛在空間廣闊。目前麥克風(fēng)陣列技術(shù)、噪聲消除技術(shù)、語音交互技術(shù)已經(jīng)逐漸走我們的生活，推動(dòng)MEMS市場(chǎng)不斷快速發(fā)展。未來，光學(xué)麥克風(fēng)（通過激光與麥克風(fēng)的配合實(shí)現(xiàn)5Hz到MHz范圍頻率響應(yīng)范圍的記錄，可應(yīng)用于無損檢測(cè)、超聲計(jì)量、聲學(xué)流程監(jiān)測(cè)以及醫(yī)療影像）、聲學(xué)相機(jī)（通過麥克風(fēng)陣列技術(shù)繪制聲像圖，實(shí)現(xiàn)噪聲控制與定位、產(chǎn)品質(zhì)量控制）的發(fā)展有望逐步打開MEMS麥克風(fēng)工業(yè)級(jí)市場(chǎng)。3D聲音感知、人工智能技術(shù)的發(fā)展亦有望進(jìn)一步拓展消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)。

根據(jù)我們的拆分，2019年，智能手機(jī)、智能音箱、智能電視、TWS耳機(jī)、筆記本電腦為MEMS麥克風(fēng)主要應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)規(guī)模分別為11、1.8、1.7、1.4、1億美元，其中智能音箱和TWS耳機(jī)對(duì)應(yīng)MEMS麥克風(fēng)市場(chǎng)增長(zhǎng)最為迅速，2019-2023年CAGR將分別達(dá)到14%和19%，2023年對(duì)應(yīng)市場(chǎng)規(guī)模分別為2.9、2.7億美元。消費(fèi)級(jí)MEMS麥克風(fēng)整體市場(chǎng)規(guī)模有望從2019年的17億美元增長(zhǎng)至2023年的接近21億美元，CAGR超過5%。

國(guó)內(nèi)頭部廠商MEMS麥克風(fēng)主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，市場(chǎng)份額有望持續(xù)提升。國(guó)外的樓氏、英飛凌、TDK等國(guó)外MEMS麥克風(fēng)企業(yè)的研發(fā)和生產(chǎn)起步較早，早期占據(jù)了全球主要的市場(chǎng)份額。但目前，國(guó)內(nèi)MEMS麥克風(fēng)的設(shè)計(jì)制造工藝已趨成熟，相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)已達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平，代表廠商歌爾股份MEMS麥克風(fēng)產(chǎn)品在尺寸、靈敏度、靈敏度公差、信噪比、聲學(xué)過載點(diǎn)等主要指標(biāo)上均已躋身全球領(lǐng)先。在技術(shù)超越的同時(shí)，國(guó)內(nèi)頭部企業(yè)依托中國(guó)作為全球最大的電子產(chǎn)品生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)的市場(chǎng)地位，以及低成本的優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)份額不斷提升，以歌爾股份為代表，根據(jù)IHS和麥姆斯咨詢的數(shù)據(jù)，其MEMS麥克風(fēng)市場(chǎng)份額從2013年的不足10%一路上升至2019年的30%以上。2019年歌爾股份微型麥克風(fēng)（ECM+MEMS）市場(chǎng)份額全球第一，未來有望繼續(xù)鞏固微型麥克風(fēng)領(lǐng)域龍頭地位。

參考資料來自：東方證券、馭勢(shì)資本研究所

來源：IC學(xué)習(xí)

半導(dǎo)體工程師

半導(dǎo)體經(jīng)驗(yàn)分享，半導(dǎo)體成果交流，半導(dǎo)體信息發(fā)布。半導(dǎo)體行業(yè)動(dòng)態(tài)，半導(dǎo)體從業(yè)者職業(yè)規(guī)劃，芯片工程師成長(zhǎng)歷程。