國內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀是怎樣的？這些MEMS企業(yè)實力幾何？

盡管市場飽和和停滯困擾著許多業(yè)務(wù)領(lǐng)域，但MEMS卻仍然是半導(dǎo)體行業(yè)的一顆璀璨的明星。近幾年，在美日等少數(shù)企業(yè)霸占MEMS主要市場的時候，國內(nèi)的MEMS新老企業(yè)已崢嶸初現(xiàn)，先是MEMS麥克風(fēng)龍頭歌爾股份擠進全球MEMS供應(yīng)商TOP10，后8月10日，中國MEMS第一股敏芯股份正式登陸科創(chuàng)板，當(dāng)日開盤股價一度暴漲接近291%。作為21世紀最有前途的技術(shù)之一，MEMS被視為第二次微智造革命。面對如此重要的MEMS技術(shù)，在國外MEMS高手如林的賽場中，國內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀是怎樣的？這些MEMS企業(yè)實力幾何？

什么是MEMS？

MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）稱為微機電系統(tǒng)，或微電子和微機電系統(tǒng)。MEMS最早是在1960年代提出的，但是直到1980年代才商業(yè)化。就像戈登·摩爾觀察到晶體管摩爾定律一樣，人們做了許多努力，試圖使機電系統(tǒng)變得越來越小。

1959年，一位名叫理查德·費曼(Richard Feynman)的人在他的著名演講《底部有很多空間》(There's Plenty of Room at the Bottom)中談到，他對探索如何在小范圍內(nèi)操縱和控制事物很感興趣。費曼說:“他們告訴我，電動馬達只有你小手指上的指甲那么大，下面是一個小得驚人的世界?！碑?dāng)然MEMS設(shè)備的誕生是許多人在許多地方共同努力的結(jié)果。在這個著名的演講的最后，他向他的發(fā)起挑戰(zhàn)設(shè)計和制造一個微型馬達，為每個挑戰(zhàn)提供1000美元的獎金。自1997年以來，每年都頒發(fā)費曼納米技術(shù)獎，獎勵那些在費曼的納米技術(shù)目標(biāo)方面取得了最大成就的研究人員。

理查德·費曼

MEMS被認為是21世紀最有前途的技術(shù)之一，如果半導(dǎo)體微制造被視為第一次微制造革命，MEMS則是第二次革命。通過結(jié)合硅基微電子技術(shù)和微機械加工技術(shù)，MEMS具有革命性的工業(yè)和消費產(chǎn)品的潛力。

在此需要劃重點的是，MEMS是一種制造技術(shù)，諸如杠桿、齒輪、活塞、發(fā)動機甚至蒸汽機都是由MEMS制造的。事實上，MEMS這個詞實際上有一定誤導(dǎo)，因為許多微機械設(shè)備在任何意義上都不是機械的。然而，MEMS又不僅僅是關(guān)于機械部件的微型化或用硅制造東西，它是是一種利用批量制造技術(shù)設(shè)計、創(chuàng)建復(fù)雜機械設(shè)備和系統(tǒng)及其集成電子設(shè)備的范例。再具化一點講，集成電路的設(shè)計是為了利用硅的電學(xué)特性，而MEMS則利用硅的機械特性，或者說利用硅的電學(xué)和機械特性。

作為一種制造技術(shù)，MEMS有幾個明顯的優(yōu)勢。首先，MEMS技術(shù)及其微加工技術(shù)的跨學(xué)科性質(zhì)，以及其應(yīng)用的多樣性，導(dǎo)致了前所未有的設(shè)備范圍和協(xié)同效應(yīng)，跨越了以前不相關(guān)的領(lǐng)域(例如生物和微電子)。其次，MEMS具有批量制造技術(shù)，可以提高零部件和設(shè)備的制造性能和可靠性，并具有減小物理尺寸、體積、重量和成本的明顯優(yōu)勢。第三，MEMS為制造其他方法無法制造的產(chǎn)品提供了基礎(chǔ)。這些因素使得MEMS有可能成為比集成電路微芯片更普及的技術(shù)。

就像半導(dǎo)體技術(shù)使計算機能夠從房間大小縮小到掌上電腦一樣，微機電系統(tǒng)（MEMS）用微米級的等效物替代了傳統(tǒng)的機械和電子設(shè)備，MEMS產(chǎn)品是指尺寸在毫米級甚至微米級的微型機電裝置，主要分為微型傳感器（如MEMS麥克風(fēng)和壓力傳感器）和微型執(zhí)行器（如MEMS揚聲器）兩大類。

MEMS器件是用集成電路批量處理技術(shù)制造的，例如等離子體蝕刻，薄膜沉積和光刻，尺寸從幾微米到毫米不等。這些裝置（或系統(tǒng)）能夠在微觀尺度上感知、控制和驅(qū)動，并在宏觀尺度上產(chǎn)生影響。

MEMS作為一種新興技術(shù)，其產(chǎn)品以技術(shù)-產(chǎn)品范式為中心，而不是以產(chǎn)品-市場范式為中心。因此，MEMS設(shè)備可能會在不同的行業(yè)找到許多應(yīng)用。2006年之前，除了汽車氣囊與噴墨打印機墨盒之外，很少見到MEMS產(chǎn)品在其他市場的應(yīng)用。2006年任天堂首先把加速度計引入到其游戲機Wii中，隨后MEMS市場開始爆發(fā)，包括智能手機在內(nèi)的各種移動設(shè)備都可以找到MEMS產(chǎn)品的應(yīng)用。如今，MEMS設(shè)備無處不在，從加速器和陀螺儀到汽車導(dǎo)航和安全氣囊傳感器以及醫(yī)療和通信設(shè)備。

什么支撐MEMS市場增長？

根據(jù)Yole Développement發(fā)布的《MEMS行業(yè)2020年新狀態(tài)報告》，用于消費設(shè)備的MEMS將主要由RF MEMS支撐。到2020年以后，由于5G和6 GHz以下頻段的擴展，BAW濾波器的需求將會進一步增加。包括RF MEMS在內(nèi)，消費市場僅萎縮2.6%，但如果沒有RF MEMS，到2020年，消費市場將萎縮16%。預(yù)計到2021年，經(jīng)濟將恢復(fù)到covid之前的水平，并恢復(fù)增長。

圖源：Yole Développement

Eric Mounier博士斷言：“在汽車領(lǐng)域，2019冠狀病毒病的負面影響將會非常顯著，到2020年年均下降27.5%。大多數(shù)與汽車相關(guān)的設(shè)備，包括傳感、照明和電力，都會因市場下跌而受損。壓力和慣性MEMS將繼續(xù)引領(lǐng)這一市場，因為它們在安全系統(tǒng)中不可或缺，如TPMS7、安全氣囊、ESC8和翻車檢測?！?/p>

MEMS還從COVID-19大流行中獲益，一個是工業(yè)市場，因為基于熱電堆和微測熱儀的熱成像和傳感系統(tǒng)由于需要非接觸式體溫測量而激增。另一個是醫(yī)療市場，醫(yī)用MEMS市場主要由壓力和微流體主導(dǎo)，這種主導(dǎo)產(chǎn)品以后也將繼續(xù)延續(xù)下去。

在電信領(lǐng)域，來自Yole的Dimitrios Damianos表示：“到2025年，MEMS振蕩器將呈現(xiàn)出最高的增長潛力，因為5G和汽車V2X連接將需要更多的時間解決方案，因此MEMS振蕩器將快速增長?！贝送?，電信運營商決心在2020年繼續(xù)加快5G部署，因此增長將在這里?！?/p>

2020年，由于民用航空癱瘓，國防和航天市場將大幅下滑，盡管國防不會受到任何重大影響。傳統(tǒng)的MEMS傳感器包括壓力和慣性可能會受到負面影響，因為新的飛機訂單受到阻礙。然而，從長遠來看，基于微測輻射計的熱成像儀在國防應(yīng)用中提供了一個很好的機會，因為國防領(lǐng)域正在不斷取代使用更老的低溫冷卻技術(shù)傳統(tǒng)的熱成像儀。

全球MEMS供應(yīng)商競爭格局：雙“博”依舊獨大，歌爾擠進前十

MEMS可能仍然是一個擁有多種產(chǎn)品的行業(yè)，但它也越來越是一個由少數(shù)大供應(yīng)商主導(dǎo)的行業(yè)。寡頭現(xiàn)象在MEMS領(lǐng)域依舊明顯，從Yole統(tǒng)計的最新的2019年MEMS企業(yè)TOP30的排行榜可以看出，雙“博”（博通+博世）兩家公司的銷售額都比第三名或更少的公司高出一倍以上，兩家的營收均超過14億美元。而且總體來看，2019年MEMS玩家與2018年排名相差不大。值得一提的是，歌爾由2018年的第11位擠進了前十，排名第9。

2019年MEMS廠家的銷售額排名TOP30，(單位：百萬美元)(圖片出自：Yole Développement)

順便說一句，排名前30位的公司的總銷售額在2018年為99.4億美元，而在2019年增長2.2％，達到101.6億美元。

TOP1的博通從2013年開始飛速增長，博通主打射頻類MEMS產(chǎn)品，智能手機快速普及導(dǎo)致射頻MEMS產(chǎn)品量價齊升，RF MEMS對博通保持首位起到了決定性作用。排名第二的博世主打運動類MEMS產(chǎn)品，雙重布局于汽車和消費電子領(lǐng)域。可以預(yù)見，今后博通與博世的“斗爭”將會愈演愈烈。

第3的ST(意法半導(dǎo)體)是IDM企業(yè)，在MEMS領(lǐng)域深耕了20多年，ST的MEMS產(chǎn)品種類豐富廣泛，不僅能提供車載、工業(yè)、民用等方面的MEMS產(chǎn)品，作為全球最大的MEMS Foundry，也為其他公司代工生產(chǎn)MEMS。針對MEMS傳感器，ST一天的產(chǎn)能可以達到600萬片，不完全統(tǒng)計，ST已經(jīng)出貨超過150億片的產(chǎn)品。

第4的德州儀器（TI）是MEMS微鏡領(lǐng)域無可爭議的領(lǐng)導(dǎo)者。但這2年來其銷售額在不斷減少，主要是TI主打DLP（Digital Light Processing，即數(shù)字光處理，基于數(shù)字微鏡元件來完成的可視數(shù)字信息顯示技術(shù)）市場趨于飽和，現(xiàn)在TI正在推進開拓車載等新的市場。

在射頻MEMS領(lǐng)域，第5位的Qorvo也跟博通一樣，把RF MEMS作為主打產(chǎn)品。2019年10月8日，Qorvo收購了高性能射頻供應(yīng)商Cavendish Kinetics，該公司的團隊將繼續(xù)推動RF MEMS（射頻微機電系統(tǒng)）技術(shù)在Qorvo產(chǎn)品線中的應(yīng)用，并將該技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜谝苿釉O(shè)備和其他市場的大批量制造。全球多家領(lǐng)先的智能手機供應(yīng)商已經(jīng)證實，通過Cavendish Kinetics的RF MEMS技術(shù)能夠顯著改善天線的性能，包括降低損耗和提高線性度。

在MEMS麥克風(fēng)領(lǐng)域，排在第8的樓氏電子（Knowles）是當(dāng)之無疑的巨頭，除了麥克風(fēng)，樓氏電子還有如助聽器類的多元化產(chǎn)品。隨著人工智能（AI）音箱市場的興起，以及汽車中MEMS麥克風(fēng)的用量增加，樓氏電子可以進一步獲利。

歌爾股份在MEMS麥克風(fēng)領(lǐng)域也表現(xiàn)不俗。2019年歌爾首次躋身全球MEMS廠商前十名，排名第九。自2016年上榜全球MEMS廠商20強以來，歌爾僅用了四年的時間躋身前十，這是首個進入全球MEMS廠商前十的中國企業(yè)，也是上榜全球MEMS廠商20強的唯一一家中國企業(yè)。

日本廠商惠普（HP）和佳能（Canon）主要在爭奪噴墨打印頭的增量市場，惠普這幾年抓住了消費類打印機的需求增長，以及客戶對其墨盒的忠誠度，所以營收略微有所增長。

2019年中國上榜的企業(yè)有TOP9的歌爾股份，TOP22的瑞聲科技AAC，兩家企業(yè)主攻聲學(xué)MEMS產(chǎn)品及系統(tǒng)集成。

過去10年中十大MEMS供應(yīng)商銷售額的市場份額變化(圖片出自：Yole Développement)

同時，根據(jù)Yole的說法，與10年前相比，意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics），德州儀器（Texas Instruments）和惠普（Hewlett Packard）市場份額大有縮減之勢，而TDK則按照自己的步伐發(fā)展。

MEMS代工廠格局：中國賽微電子控股的代工廠榮登第一

將代工廠用于MEMS的半導(dǎo)體時代已經(jīng)開始。2018年MEMS代工市場為4.9億美元，2019年增長了5％，達到5.1億美元。MEMS代工主要有兩種類型：IDM廠商提供的MEMS代工，以及獨立代工廠提供的MEMS代工。其中，獨立的代工廠包括集成電路代工廠和純MEMS代工廠。

全球領(lǐng)先的純MEMS代工廠有Silex Microsystems、Teledyne DALSA、Asia Paci?c Microsystems、X-FAB、Innovative Micro Technology等。臺積電是全球最大的晶圓代工廠，其MEMS代工業(yè)務(wù)也排在行業(yè)前列。目前，提供MEMS代工的IDM廠商主要有ST、索尼、TI等。根據(jù)Yole發(fā)布的2019 MEMS foundry排名情況來看，與2018年還是有很大變化的。

2019年的MEMS Foundry銷售額排行榜。一般情況下，MEMS Foundry也兼具半導(dǎo)體Foundry的功能，此處僅僅是MEMS Foundry的銷售額統(tǒng)計。(圖片出自：Yole Développement)

2018年的MEMS Foundry銷售額排行榜(圖片出自：Yole Développement)

首先可喜可賀的是，Top1是中國的賽微電子（原耐威科技）控股公司Silex Microsystems，2018年Silex Microsystems排在第四位。自2000年成立以來，Silex一直是一家專門生產(chǎn)定制MEMS產(chǎn)品的制造商，并作為一家獨立的MEMS代工廠運營。Silex擁有世界上第一個專用的8英寸純MEMS代工廠。

2015年7月13日，香港投資控股公司GAE Ltd.收購了Silex 98%的股份。因此，GAE已獲得對Silex的實際控制權(quán)，而GAE的背后則是賽微電子（原來中國的耐威科技），獲得對Silex的控股后，賽微電子在北京建設(shè)了MEMS晶圓代工廠，以擴大該公司的產(chǎn)能。Silex在瑞典擁有6英寸和8英寸晶圓廠，并在瑞典投資1200萬美元進行了升級。Silex的優(yōu)勢在于使用其自有的硅通孔(TSV)技術(shù)，Silex還使用鋯鈦酸鉛作為壓電材料，用于能量收集等新型應(yīng)用。

變化較大的是ST和格芯，18年ST排在Foundry第一位，這次跌到了第13位；格芯19年賣掉了8寸MEMS工廠，退出了MEMS業(yè)務(wù)，2018年格芯排在第七位，這次已不在席列。

排名第二的Teledyne DALSA和第三Sony未發(fā)生變化，臺積電由2018年的第五上升到了第四位，X-FAB上升了一位排在第五，Asia Paci?c Microsystems從2018年的第10進入第7，羅姆由第8跌到第15位。

國內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)縮影：產(chǎn)業(yè)鏈初具規(guī)模

最近幾年，國內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)經(jīng)過政府和企業(yè)的共同努力，已經(jīng)形成從設(shè)計研發(fā)（中試）、生產(chǎn)制造、封裝測試到系統(tǒng)集成的完整MEMS產(chǎn)業(yè)鏈條。

在科研領(lǐng)域有蘇州納米科技、上海微技術(shù)工業(yè)研究院、中國科學(xué)院電子所等等；設(shè)計業(yè)也涌現(xiàn)了一大批優(yōu)秀的企業(yè)，如擠進全球前十的歌爾股份、前兩天科創(chuàng)板上市的敏芯股份、瑞聲科技、共達電聲，還有部分初創(chuàng)MEMS公司已經(jīng)崢嶸初現(xiàn)，如華景傳感、明皜傳感、深迪半導(dǎo)體、通用微，也包括如士蘭微、韋爾股份的傳統(tǒng)型集成電路廠商，還有格科微電子、矽?？萍?、芯奧微、美新半導(dǎo)體、青島元芯、華美澳通、無錫納微電子、士蘭微等等；MEMS代工企業(yè)也越來越專業(yè)，如中芯國際、上海先進、華潤上華、罕王微電子、賽微電子（原耐威科技）等；封測企業(yè)中包括長電科技、晶方科技、華天科技；系統(tǒng)集成應(yīng)用商包括華為、比亞迪、海康威視、中興等。

在MEMS麥克風(fēng)領(lǐng)域，四大中國廠商包括歌爾股份、瑞聲科技、共達電聲、敏芯股份合計市場份額高達48%，幾乎占據(jù)全球MEMS麥克風(fēng)市場的半壁江山！根據(jù)IHSMarkit的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，敏芯股份MEMS麥克風(fēng)2016年出貨量全球排名第六，2017年全球排名第五，2018年全球排名第四。

2017~2019年全球領(lǐng)先的MEMS麥克風(fēng)廠商營收（來源：麥姆斯咨詢）

目前，在國內(nèi)涉足MEMS的公司中有不少龍頭企業(yè)，歌爾股份和敏芯股份是MEMS麥克風(fēng)領(lǐng)域的龍頭，賽微電子是MEMS代工的龍頭，蘇奧傳感國內(nèi)汽車油量傳感器龍頭，蘇州固锝子公司的MEMS加速度傳感器銷量國內(nèi)名列前茅，華工科技是國內(nèi)家電溫度傳感器龍頭，漢威電子是國內(nèi)氣體傳感器龍頭，還有軍工MEMS的龍頭中航電測。

2020年7月24日，煙臺開發(fā)區(qū)管委委托煙臺業(yè)達經(jīng)濟發(fā)展集團有限公司（簡稱“業(yè)達經(jīng)發(fā)集團”，系煙臺經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)國有資產(chǎn)監(jiān)督管理局下屬的全資子公司）與睿創(chuàng)微納共同出資成立煙臺新型半導(dǎo)體技術(shù)研究院有限公司（簡稱“半導(dǎo)體研究院”），半導(dǎo)體研究院擬投資15億元，建設(shè)集特色芯片及智能MEMS傳感器的設(shè)計、制造、測試與封裝一體化的開放性研發(fā)平臺。

聚沙成塔，無論是MEMS的新老企業(yè)還是致力于MEMS新技術(shù)研發(fā)的研究所，對于MEMS全產(chǎn)業(yè)鏈本土化的貢獻都是不可磨滅的。但是需要明確的是，中國的MEMS產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，旺盛的市場需求與還相對薄弱的產(chǎn)業(yè)形成了一定的反差，從全球前30的MEMS供應(yīng)商就可以看出，具有一定知名度和出貨量的本土MEMS企業(yè)仍然屈指可數(shù)，逐鹿中國市場的大部分是跨國企業(yè)。

結(jié)語

當(dāng)下MEMS在很多市場扮演越來越重要的角色。但可喜的是，國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展勢頭向好，MEMS技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈條相對比較完整。在中美的時代競爭條件下，乘著物聯(lián)網(wǎng)的東風(fēng)，國內(nèi)MEMS可以說機遇與挑戰(zhàn)并存。隨著政府的扶持和資本的注入，相信中國的MEMS產(chǎn)業(yè)會發(fā)展得越來越好！