MEMS制造行業(yè)主要經(jīng)營模式_MEMS行業(yè)競爭格局

日前，賽微電子發(fā)布了其最新的募資說明書，在說明書里面，他們對MEMS行業(yè)進行了一個簡單的描述，現(xiàn)在我們將其摘錄如下，以饗讀者。

據(jù)介紹，MEMS的全稱是微型電子機械系統(tǒng)（Micro-Electro-MechanicalSystem），是微電路和微機械按功能要求在芯片上的一種集成，基于光刻、腐蝕等傳統(tǒng)半導體技術，融入超精密機械加工，并結(jié)合力學、化學、光學等學科知識和技術基礎，使得一個毫米或微米級的MEMS具備精確而完整的機械、化學、光學等特性結(jié)構(gòu)。MEMS行業(yè)系在集成電路行業(yè)不斷發(fā)展的背景下，傳統(tǒng)集成電路無法持續(xù)地滿足終端應用領域日漸變化的需求而成長起來的。隨著微電子學、微機械學以及其他基礎自然科學學科的相互融合，誕生了以集成電路工藝為基礎，結(jié)合體微加工等技術打造的新型芯片。汽車電子、消費電子等終端應用市場的擴張，使得MEMS應用越來越廣泛，產(chǎn)業(yè)規(guī)模日漸擴大，日趨成為集成電路行業(yè)的一個新分支。

MEMS的市場規(guī)模

隨著MEMS技術及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，MEMS在通訊、生物醫(yī)療、工業(yè)科學、消費電子、汽車電子、導航定位等領域的應用日漸普及，MEMS市場在不斷創(chuàng)新中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。2008年以前，汽車電子是MEMS主要應用市場；2008年以后，智能手機等終端產(chǎn)品日益涌現(xiàn)并占領MEMS主流市場；在未來，隨著智能化場景的進一步普及，各種新興應用領域如物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設備、智能家居及工業(yè)4.0等將為MEMS提供更廣闊的發(fā)展空間，MEMS產(chǎn)品的使用量預計將加速增長。

根據(jù)全球權威半導體咨詢機構(gòu)YoleDevelopment的研究，2019年全球MEMS行業(yè)市場規(guī)模為115億美元，考慮到COVID-19疫情影響，2020年MEMS市場規(guī)模將下滑至109億美元，預計到2025年MEMS市場規(guī)模將增長至177億美元，復合增長率可達7.4%。從市場細分領域來看，消費電子、汽車電子仍將是MEMS最大的兩個應用領域，而同時在通訊、生物醫(yī)療、工業(yè)科學領域的增速也將非常可觀。

在消費電子、工業(yè)及汽車電子應用的巨大市場和快速發(fā)展的強力拉動下，中國地區(qū)已經(jīng)成為過去五年MEMS市場規(guī)模發(fā)展最快的地區(qū)。中國作為全球最大的電子產(chǎn)品生產(chǎn)基地，對MEMS傳感器的市場需求巨大，各類MEMS傳感器供應商包括光傳感器、運動傳感器等供應商均已轉(zhuǎn)戰(zhàn)中國市場，MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境逐漸完善。

MEMS行業(yè)發(fā)展歷程

MEMS起源可追溯至20世紀50年代，硅的壓阻效應被發(fā)現(xiàn)后，學者們開始了對硅傳感器的研究。然而，MEMS產(chǎn)業(yè)真正發(fā)展始于20世紀80年代，前后經(jīng)歷了3次產(chǎn)業(yè)化浪潮。

20世紀80年代至90年代：1983年Honeywell利用大型刻蝕硅片結(jié)構(gòu)和背蝕刻膜片制作了集成壓力傳感器，將機械結(jié)構(gòu)與電路集成在一個芯片內(nèi)。80年代末至90年代，汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車電子應用如安全氣囊、制動壓力、輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)等需求增長，巨大利潤空間驅(qū)使歐洲、日本和美國的企業(yè)大量生產(chǎn)MEMS，推動了MEMS行業(yè)發(fā)展的第一次浪潮。

20世紀90年代末至21世紀初：本階段早期，噴墨打印頭和微光學器件的巨大需求促進了MEMS行業(yè)的發(fā)展。而2007年后，消費電子產(chǎn)品對MEMS的強勁需求，手機、小家電、電子游戲、遠程控制、移動互聯(lián)網(wǎng)設備等消費電子產(chǎn)品要求體積更小且功耗更低的MEMS相關器件，對MEMS產(chǎn)品需求更大，掀起了MEMS行業(yè)發(fā)展的第二次產(chǎn)業(yè)化浪潮，并將持續(xù)推動MEMS行業(yè)向前發(fā)展。

2010年至今：產(chǎn)品應用的擴展，使MEMS行業(yè)呈現(xiàn)新的趨勢。MEMS產(chǎn)品逐步應用于物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設備等新領域，應用場景日益豐富，正漸漸覆蓋人類生活的各個維度。此外，MEMS是當前移動終端創(chuàng)新的方向，新的設備形態(tài)（如可穿戴設備）需要更加微型化的器件和更為便捷的交互方式。然而，物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設備應用助推MEMS第三次產(chǎn)業(yè)化浪潮的同時，行業(yè)仍然面臨來自產(chǎn)品規(guī)格、功率消耗、產(chǎn)品整合以及成本等方面的壓力，MEMS產(chǎn)品及相關技術亟待持續(xù)改進，以滿足更小、更低能耗、更高性能的需求。

MEMS制造行業(yè)主要經(jīng)營模式

與傳統(tǒng)集成電路產(chǎn)業(yè)類似，從MEMS產(chǎn)業(yè)價值鏈來看，根據(jù)行業(yè)內(nèi)企業(yè)提供的產(chǎn)品或服務，可以分為設計、制造和封測三個環(huán)節(jié)。其中，MEMS制造行業(yè)屬于MEMS行業(yè)的一個環(huán)節(jié)，處于產(chǎn)業(yè)鏈的中游。該行業(yè)根據(jù)設計環(huán)節(jié)的需求開發(fā)各類MEMS芯片的工藝制程并實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，兼具資金密集型、技術密集型和智力密集型的特征，對企業(yè)資金實力、研發(fā)投入、技術積累等均提出了極高要求。

目前市場中，一方面IDM企業(yè)受到來自升級產(chǎn)業(yè)線以及降低成本維持利潤的雙重壓力，市場中已出現(xiàn)IDM企業(yè)將制造環(huán)節(jié)外包的情況；另一方面，MEMS產(chǎn)品應用的爆發(fā)式增長需要不同領域、不同行業(yè)的新興MEMS公司參與其中，但巨額的工廠建設投入、運維成本以及MEMS工藝開發(fā)、集成的復雜性卻形成了較高的行業(yè)門檻，阻礙了市場的持續(xù)擴張。

在此背景下，純MEMS代工廠與MEMS產(chǎn)品設計公司合作開發(fā)產(chǎn)品的商業(yè)模式將成為未來行業(yè)業(yè)務模式的主流。類似于傳統(tǒng)集成電路行業(yè)發(fā)展趨勢，MEMS產(chǎn)業(yè)將逐步走向設計與制造分立、制造環(huán)節(jié)外包的模式。

MEMS制造主要指MEMS芯片制造，行業(yè)內(nèi)主要經(jīng)營模式包括兩類，一類是依靠自有生產(chǎn)線進行生產(chǎn)，另一類則是外包給MEMS代工廠進行生產(chǎn)。行業(yè)內(nèi)提供MEMS制造代工服務的企業(yè)，從芯片類型和產(chǎn)業(yè)價值鏈來看，主要分為三類，即純MEMS代工、IDM企業(yè)代工以及傳統(tǒng)集成電路MEMS代工。

一、純MEMS代工

純MEMS代工企業(yè)不提供任何設計服務，企業(yè)根據(jù)客戶提供的MEMS芯片設計方案，進行工藝制程開發(fā)以及代工生產(chǎn)服務。代表企業(yè)有公司、TeledyneDalsa、IMT等。

二、IDM企業(yè)代工

IDM企業(yè)即垂直整合器件制造商，該類廠商除了進行集成電路設計之外，一般還擁有自有的封裝廠和測試廠，其業(yè)務范圍涵蓋集成電路的設計、制造、封裝和測試所有環(huán)節(jié)。由于晶圓制造、封裝和測試的生產(chǎn)線建設均需要巨額資金投入，因此IDM模式對企業(yè)的研發(fā)力量、資金實力和市場影響力都有極高的要求。在滿足自身晶圓制造需求后，IDM企業(yè)會將剩余的產(chǎn)能外包出去，提供MEMS代工服務。采用IDM代工模式的企業(yè)均為全球芯片行業(yè)巨頭，主要代表為博世（Bosch）、意法半導體（STMicro）、德州儀器（TI）等企業(yè)。

三、傳統(tǒng)集成電路MEMS代工

傳統(tǒng)集成電路（主要為CMOS）代工企業(yè)以原有的CMOS產(chǎn)線為基礎，嵌套部分特殊的生產(chǎn)MEMS工藝技術，將舊產(chǎn)線轉(zhuǎn)化為MEMS代工線。由于批量生產(chǎn)能力突出，傳統(tǒng)集成電路企業(yè)往往會集中向出貨量較高的消費電子領域的MEMS產(chǎn)品提供代工，該類代工企業(yè)以臺積電（TSMC）、GlobalFoundries等為代表。

歷史發(fā)展過程中，由于MEMS產(chǎn)品在材料、加工、制造工序等單個產(chǎn)品差異較大，器件標準化程度較低，影響了產(chǎn)業(yè)垂直分工的發(fā)展，行業(yè)以IDM企業(yè)為主導。近年來，隨著MEMS技術的發(fā)展和市場需求的逐漸興起，MEMS標準化的程度大大發(fā)展，平臺化基礎正在形成，越來越多的MEMS產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)鏈垂直分工條件日趨成熟。

MEMS行業(yè)的競爭壁壘

由于MEMS行業(yè)存在產(chǎn)品非標準化的特點，MEMS公司無法僅僅通過單一工藝支持整個產(chǎn)品世代。MEMS產(chǎn)品中，除了采用相同的硅材料外，沒有可以在所有器件中通用的基礎元件，“一類產(chǎn)品，一種制造工藝”的定律意味著MEMS制造商需要針對每個單獨的產(chǎn)品采取不同的工藝策略。在生產(chǎn)過程中，往往需要同時對多個產(chǎn)品同時進行工藝研發(fā)，在研發(fā)完成、產(chǎn)品測試合格并實現(xiàn)量產(chǎn)、進行銷售之前，公司需要大量資金投入以維持運營。因此，MEMS相較于傳統(tǒng)集成電路不僅需要大量的時間成本，還需要大量的資金投入，這就建立期了其資金壁壘。

除了資金外，技術又是其另一個壁壘。

首先，MEMS是一種全新的必須同時考慮多種物理場混合作用的研發(fā)領域，相對于傳統(tǒng)的機械，它們的尺寸更小，最大的不超過一厘米，有些甚至僅僅幾微米，其厚度更加微小。因而MEMS產(chǎn)品的開發(fā)和制造需要包括與物理、化學、生物等相關的專業(yè)技術。

其次，MEMS需要多種工藝開發(fā)技術。MEMS晶圓代工業(yè)務需要并行處理多項工藝開發(fā)項目，還需要盡可能以最有效的方式利用所有工程資源?！耙活惍a(chǎn)品，一種制造工藝”的定律意味著每種產(chǎn)品都需要從頭開始設計工藝。每一項工藝都需要經(jīng)過工藝開發(fā)和優(yōu)化的步驟，這些工藝步驟包括DRIE、鍵合、薄膜沉積（特別是在薄膜特性會直接影響MEMS性能的地方，如壓電材料等）和晶圓封蓋。光刻也是另一道需要經(jīng)常調(diào)整的工藝，MEMS的3D

結(jié)構(gòu)相比于普通的平面結(jié)構(gòu)難度更高。

再次，MEMS需要具有獨特專有的設備開發(fā)技術。例如，DRIE通過精密刻蝕硅材料，嚴格控制深度、寬高比及側(cè)壁輪廓來實現(xiàn)3D結(jié)構(gòu)。刻蝕可深可淺，而且涉及到刻蝕晶圓的任意比例。開發(fā)這些刻蝕工藝的關鍵參數(shù)需要特定的MEMS工藝工程技術，同時還需要這些專門的設備來積累豐富的經(jīng)驗。

人才壁壘也是不可忽視的一個方面。

MEMS開發(fā)過程中相互影響的因素，如工具、設計及工藝的相互依賴，意味著成功的MEMS項目依賴于豐富的產(chǎn)品經(jīng)驗以及對這些影響因素的充分理解。從經(jīng)驗上來看，MEMS項目通常需要受過高等教育的工程師組建為專門化團隊進行集體研發(fā)，工程師需要擁有至少10年工作經(jīng)驗，以保證研發(fā)效率及成功率，而具備前述條件的工程師十分稀缺。因此MEMS市場存在相當高的人才壁壘。

MEMS行業(yè)競爭格局

MEMS制造上連產(chǎn)品設計，下接產(chǎn)品封測，是MEMS產(chǎn)業(yè)鏈中必不可少的一環(huán)。MEMS產(chǎn)品類別多樣、應用廣泛，客戶定制化程度非常高，其生產(chǎn)采用的微加工技術強調(diào)工藝精度，屬于資金、技術及智力密集型行業(yè)。

全球范圍內(nèi)，MEMS產(chǎn)能主要集中在歐美等發(fā)達國家，目前國際主要MEMS代工廠商之間市場份額差距不大，且市場整體集中度較低，因此競爭較為激烈。國內(nèi)目前尚未出現(xiàn)擁有持續(xù)量產(chǎn)實踐的MEMS制造企業(yè)，但國內(nèi)市場需求巨大，政策及產(chǎn)業(yè)合力助推MEMS全產(chǎn)業(yè)鏈布局，未來產(chǎn)能將部分向國內(nèi)轉(zhuǎn)移，預計短期內(nèi)國內(nèi)MEMS市場將處于弱競爭洼地，隨著國內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與成熟，未來國內(nèi)MEMS企業(yè)間摩擦將日益加劇。

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢上看，盡管目前IDM企業(yè)憑借長期的行業(yè)積累、技術實力以及客戶基礎主導著MEMS加工制造，隨著新興器件的涌現(xiàn)、新細分市場及應用的開辟以及純代工MEMS企業(yè)在擅長領域內(nèi)的設計與加工工藝沉淀而產(chǎn)生的經(jīng)驗效應，能夠同時處理多類器件開發(fā)及生產(chǎn)的純MEMS代工企業(yè)將成為制造外包業(yè)務中的強力競爭者。就競爭強度而言，部分中低端器件尤其是消費電子類MEMS器件出貨量巨大且技術要求較低，商品同質(zhì)化程度較高，可預見未來細分行業(yè)市場競爭將會加劇。
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