將微電子技術(shù)與精密機(jī)械技術(shù)結(jié)合發(fā)展出來的工程技術(shù)

微機(jī)電系統(tǒng)（Microelectromechanical Systems，簡稱 MEMS）是將微電子技術(shù)與精密機(jī)械技術(shù)結(jié)合發(fā)展出來的工程技術(shù)，尺寸在 1 微米到 100 微米量級，涵蓋機(jī)械（移動、旋轉(zhuǎn)）、光學(xué)、電子（開關(guān)、計(jì)算）、熱學(xué)、生物等功能結(jié)構(gòu)，主要分為傳感器、致動器、三維結(jié)構(gòu)器件等三大類。與 MEMS 類似，NEMS（Nanoelectromechanicalsystems，納機(jī)電系統(tǒng)）是專注納米尺度領(lǐng)域的微納系統(tǒng)技術(shù)，只不過尺寸更小。

MEMS/NEMS 是涉及機(jī)械、半導(dǎo)體、電子、物理、生物、材料等學(xué)科的交叉領(lǐng)域，代表性器件有加速度計(jì)、陀螺儀、磁傳感器、微型麥克風(fēng)、壓力計(jì)等。MEMS 技術(shù)主要包括硅基加工技術(shù)、高分子材料微納加工技術(shù)、金屬微納加工技術(shù)等。硅基技術(shù)主要是標(biāo)準(zhǔn) CMOS 集成電路加工工藝，包括表面微加工、深層刻蝕、體型微加工等。

相比傳統(tǒng)的機(jī)械傳感器與致動器，MEMS 具有微型化、重量低、功耗低、成本低、多功能等競爭優(yōu)勢，可通過微納加工工藝進(jìn)行批量制造、封裝、測試，因而 MEMS/NEMS廣泛應(yīng)用于汽車、消費(fèi)電子、工業(yè)、醫(yī)療、航空航天、通信等領(lǐng)域。

相比上一代產(chǎn)品，移動設(shè)備的每次更新?lián)Q代要求功能增多和性能提升。隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品尺寸的縮小，特別是智能手機(jī)“輕、薄”化，電子元器件的布局空間也隨著減少，進(jìn)而推動 MEMS 走向小型化。無論是單個 MEMS 器件，還是集成了加速度計(jì)、磁力計(jì)、陀螺儀、電子羅盤的MEMS 慣性導(dǎo)航單元，封裝尺寸的趨勢是封裝面積在不斷縮小，或者在面積相等的情況下從二維向三維拓展，集成更多的電子元件，賦予MEMS 更多的功能。

MEMS 小型化的趨勢是走向 NEMS。MEMS 尺寸縮小帶來微系統(tǒng)功能密度增加、成本下降、傳感性能提升、低功耗等優(yōu)勢。MEMS器件的尺度是微米量級，NEMS 器件是納米尺度。NEMS 的加工工藝難度相比 MEMS 要求更高，工藝設(shè)備更加復(fù)雜、精密。

目前 MEMS 技術(shù)處在從微米尺度向納米尺度過渡階段，NEMS 領(lǐng)域在慣性傳感器和化學(xué)傳感器已經(jīng)有部分商用產(chǎn)品。根據(jù)Yoledeveloppement 的研究，單個 MEMS 的平均成本在 0.1 美元~5 美元之間，面積在 1mm2~15 mm2，單個 NEMS 的平均成本在 0.1 美元~1 美元之間，面積在 1 mm2~10 mm2。據(jù) MEMSIC 的數(shù)據(jù)，2016 年美新半導(dǎo)體的消費(fèi)類加速度計(jì)和磁傳感器銷售均價(jià)分別為 1.06 元、1.01 元。

MEMS 小型化的趨勢是封裝尺寸減小。在 MEMS 傳感器的晶圓級封裝開發(fā)工藝中，封裝成本約占 MEMS 傳感器總成本的 30%~40%，封裝尺寸面積的減少能夠降低 MEMS傳感器的成本、提高傳感器的靈敏度。根據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu) Yole Développement 的研究，MEMS 典型器件中，加速度計(jì)的封裝管腳從 2009 年的 3×5 mm2 縮小至2014 年的 1.6×1.6 mm2，面積減小了 83%。

先進(jìn)封裝將推動 MEMS 與IC、RF 等器件的三維異質(zhì)集成

1、拓展摩爾定律推動 MEMS 發(fā)展 拓展摩爾定律（MtM）是指通過系統(tǒng)級封裝（SIP）等先進(jìn)封裝技術(shù)賦予微系統(tǒng)更多非數(shù)字電路功能，將射頻、模擬電路、生物芯片、高壓電源、MEMS 等器件進(jìn)行系統(tǒng)集成，從而增加微系統(tǒng)附加價(jià)值的方法。MtM 器件融合了非數(shù)字與非電子的信息功能，包括機(jī)械、熱學(xué)、聲學(xué)、化學(xué)、光學(xué)、生物醫(yī)療等功能，極大拓展了 MEMS 器件的功能范圍和應(yīng)用領(lǐng)域。

拓展摩爾定律與摩爾定律是微電子技術(shù)發(fā)展的兩條路徑。拓展摩爾定律旨在為微系統(tǒng)/MEMS 提供多樣化功能的高附加值技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域是人和環(huán)境的互動以及物與物的連接交互；摩爾定律在 CMOS 主流技術(shù)基礎(chǔ)上繼續(xù)將存儲器、邏輯器件、處理器的晶體管尺寸縮小，目前已經(jīng)進(jìn)入到7 納米節(jié)點(diǎn)。拓展摩爾定律將帶來 MEMS 器件、MCU、RF、電源等器件的集成，推動微系統(tǒng)走向更高集成密度、更小封裝尺寸、更低功耗、更低成本。

2、封裝工藝決定 MEMS 的性能和成本 封裝技術(shù)是 MEMS 器件成功的關(guān)鍵，也是 MEMS 產(chǎn)業(yè)鏈（設(shè)計(jì)、加工、封裝測試、 應(yīng)用）中不可或缺的環(huán)節(jié)。MEMS 器件與外界環(huán)境的信息、能量、物質(zhì)交換主要由微系統(tǒng)封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)，封裝的質(zhì)量往往決定了 MEMS 的整體性能。MEMS 封裝技術(shù)基于半導(dǎo)體封裝技術(shù)，包括襯底形成、結(jié)構(gòu)釋放、電學(xué)互連、器件包封、微組裝、測試及可靠性檢驗(yàn)等后端工藝。

與 IC 封裝類似，MEMS 封裝要考慮封裝尺寸、性能、可靠性、成本。MEMS 封裝的特征是通過封裝技術(shù)形成一個或多個腔體的活動結(jié)構(gòu)，使得一種或多種物理量能夠透過接口與外界交互。此外，MMES 封裝還要重視力學(xué)支撐、環(huán)境隔離、與外界環(huán)境的交互接口、應(yīng)力、氣密性環(huán)境、隔離度、特殊信號引出、微結(jié)構(gòu)失效等因素。因此 MEMS 封裝工藝比 IC 封裝更復(fù)雜，封裝的類型更加多樣化，考慮的因素更多。

MEMS 封裝在 MEMS 成本中占比較大。根據(jù) Yole developpement 的研究，MEMS成本中，封裝約占 30%~40%，IC 約占40%~50%。因而封裝環(huán)節(jié)支撐著 MEMS 技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也是 MEMS 成本占比較大的環(huán)節(jié)。

3、TSV 與 SIP 等先進(jìn)封裝將 MEMS 與模擬電路、微控制器、射頻、電源等組件集成 終端系統(tǒng)廠商不僅僅滿足于從 MEMS 傳感器獲取的原始數(shù)據(jù)，還希望所采集的多種傳感數(shù)據(jù)經(jīng)過采集、校準(zhǔn)、壓縮、優(yōu)化后再發(fā)送給處理器，這樣能減輕處理器的計(jì)算壓力，滿足終端在快速調(diào)取數(shù)據(jù)、態(tài)勢感知、用戶意圖預(yù)測等方面的需求。

MEMS 的挑戰(zhàn)來自于多種電子組件的集成。MEMS 與 IC、射頻器件、電源等集成需要先進(jìn)封裝技術(shù)或 SOC 技術(shù)。MEMS 工藝來源于微電子技術(shù)，但其復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)和功能在制造工藝上與主流的半導(dǎo)體 CMOS 技術(shù)還不能完全兼容，但通過先進(jìn)封裝技術(shù)可以進(jìn)行 MEMS 的系統(tǒng)集成。以 MEMSIC 的加速度傳感器為例，其采用標(biāo)準(zhǔn) CMOS 集成電路工藝將 MEMS 元件和 ASIC 電路結(jié)構(gòu)集成到單個芯片上，下游客戶可以直接借助MCU 來取得加速度計(jì)的輸出信號，因此無需額外搭配 A/D 轉(zhuǎn)換器，降低了成本、減小了尺寸。

傳統(tǒng) MEMS 定律認(rèn)為，“一種產(chǎn)品，一種工藝，一種封裝”，每種 MEMS 器件要求特定的工藝和封裝技術(shù)。但隨著 MEMS 技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，MEMS 制造正與標(biāo)準(zhǔn)CMOS 工藝進(jìn)行兼容，通過簡化工藝流程或降低 MEMS 尺寸來降低 MEMS 的整體成本。

微系統(tǒng)功能不斷增加、尺寸日益縮小的需求推動先進(jìn)封裝技術(shù)的發(fā)展。先進(jìn)封裝技術(shù)通過堆疊單芯片與其他元件并封裝在一個外殼里，可實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體、MEMS 和其他元器件的三維異質(zhì)集成，其技術(shù)包括系統(tǒng)級封裝（SIP）、晶圓級封裝（WLP）、硅穿孔（TSV）、三維芯片堆疊、2.5D 硅轉(zhuǎn)接板。

三維異質(zhì)集成是驅(qū)動 MEMS 傳感器與其他微電子組件集成的技術(shù)。三維異質(zhì)集成包括 CMOS 工藝、新材料、封裝技術(shù)、軟件算法。系統(tǒng)級封裝技術(shù)與 TSV 電學(xué)互連技術(shù)賦能 MEMS 與其他元器件以實(shí)現(xiàn)三維集成。

TSV 的優(yōu)點(diǎn)在于單組件上的 TSV 和三維堆疊技術(shù)將信號路徑大大縮短，實(shí)現(xiàn)各個元件之間的電氣互連，帶來更低的功耗、更高的傳輸線帶寬、更小的封裝尺寸，能夠集成多種電子組件，降低微系統(tǒng)的整體封裝費(fèi)用。

TSV 與 SIP 等先進(jìn)封裝技術(shù)用于 MEMS 封裝能帶來諸多好處。MEMS 與模擬接口電路、MCU、射頻之間以往是并排在封裝襯底上，TSV 通過硅轉(zhuǎn)接板或硅襯底將 MEMS傳感器疊加于模擬接口電路、MCU、射頻上，SIP 再將所有元器件一體化集成，這能夠大大減少封裝面積，縮短 MEMS 與芯片之間的信號傳輸損耗，提高 MEMS 器件的整體性能。根據(jù) Yole 的研究，博世將 TSV技術(shù)用于 MEMS 加速度計(jì)，能降低 55%的封裝尺寸，擁有低至 0.8 毫米的封裝厚度。

MEMS 傳感器正走向傳感融合，系統(tǒng)集成提升附加價(jià)值

1、多種傳感器融合是發(fā)展趨勢 MEMS 面臨電子設(shè)備應(yīng)用多元化、小型化、智能化的挑戰(zhàn)，增加功能密度、提升精 度成為 MEMS 的重要驅(qū)動因素。MEMS的傳統(tǒng)挑戰(zhàn)是縮小器件尺寸或功耗，但僅僅尺寸縮小不再是傳感器的唯一驅(qū)動因素。

MEMS 在消費(fèi)電子領(lǐng)域遇到的挑戰(zhàn)來自技術(shù)和市場。Yole developpement 認(rèn)為，MEMS在消費(fèi)電子中的技術(shù)挑戰(zhàn)包括傳感器性能/精度、傳感器不可見/小體積設(shè)備，市場挑戰(zhàn)是指傳感器能提供個人/可定制對象的解決方案，并能為消費(fèi)電子產(chǎn)品帶來可感知的價(jià)值。

以傳感用戶的移動位置信息為例，可穿戴設(shè)備需要感知四個自由度的線性加速度、旋轉(zhuǎn)、重力、電子羅盤、計(jì)步器、活動監(jiān)測與終端、運(yùn)動探測等信息，涉及 MEMS 加速度計(jì)、MEMS 陀螺儀、MEMS地磁計(jì)以及微控制器和軟件。因此將多種 MEMS 傳感器進(jìn)行功能集成是滿足用戶需求的重要發(fā)展方向。

用戶需要全套傳感器解決方案。從數(shù)據(jù)維度看，單品類傳感器從單軸向三軸集成，數(shù)據(jù)采集從一維向多維轉(zhuǎn)變，比如單軸加速度計(jì)向三軸加速度計(jì)演變；從傳感器融合角度看，用戶的單項(xiàng)需求采集需要多種傳感器配合才能實(shí)現(xiàn)，比如慣性傳感單元組合傾向于集成加速度計(jì)、陀螺儀、地磁計(jì)等 MEMS 傳感器。

2、傳感融合是傳感器融合為一體的關(guān)鍵技術(shù) 傳感器融合應(yīng)用的趨勢是：從數(shù)據(jù)采集到多維度數(shù)據(jù)整合再演進(jìn)到應(yīng)用場景解讀，從低精度傳感器向高精度傳感器演進(jìn)，從離散傳感器向智能傳感器演變。

移動設(shè)備中常見的三類傳感器的融合趨勢：慣性類傳感器將加速度計(jì)、陀螺儀、地磁計(jì)集成，形成9 軸慣性測量單元；環(huán)境類傳感器將氣體/微粒傳感器、壓力傳感器、溫/濕度傳感器、麥克風(fēng)集成在一起，組成環(huán)境傳感組合；光學(xué)類傳感器將可見光傳感器、接近光/環(huán)境光、3D 視覺傳感器、多頻譜光傳感器一體化集成，形成光學(xué)傳感組合。

多種傳感器融合的關(guān)鍵在于傳感器軟件和算法。每種傳感器所采集的數(shù)據(jù)在傳輸之前需要經(jīng)過校正與優(yōu)化，多種傳感器數(shù)據(jù)融合產(chǎn)生大量的原始數(shù)據(jù)，需要特定算法和微控制器進(jìn)行處理。優(yōu)化的算法和高效的微控制器能夠產(chǎn)生用戶所需的數(shù)據(jù)，減輕中央處理器的計(jì)算壓力，提高傳感數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和效率。

移動設(shè)備需要態(tài)勢感知。傳感器融合要求節(jié)點(diǎn)具備智能，智能傳感器需要意識到用戶的身份、位置、時(shí)間、活動。多種傳感器融合是獲取精確數(shù)據(jù)的前提，通過 MCU 對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理能夠最小化通信活動，占用的總線帶寬最小化，從而獲得更加精確的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高效的系統(tǒng)。根據(jù) Semico Research 的研究，基于系統(tǒng)的傳感融合將從 2012 年的 4 億增長到 2016 年的 25 億個。

傳感器集成趨勢：從離散器件向傳感與數(shù)據(jù)處理一體化集成的智能傳感器發(fā)展。MCU或板上系統(tǒng)將 MEMS 傳感器所需的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口電路、信號處理電路、數(shù)據(jù)輸出電路集成，系統(tǒng)級封裝（SiP）或片上系統(tǒng)（SoC）再將 MCU 與 MEMS 傳感器一體化集成，形成智能傳感器節(jié)點(diǎn)。

3、傳感器價(jià)值提升正從硬件走向軟硬結(jié)合的系統(tǒng)集成 長期來看，MEMS 傳感器的平均價(jià)格趨于下降。根據(jù) Yole developpement 的研究，MEMS 傳感器在 2000 年至 2007 年之間的平均價(jià)格以-6%的復(fù)合增速下降，其中，由于2007 年智能手機(jī)的快速增長帶動 MEMS 傳感器規(guī)?；帕浚琈EMS 傳感器的平均價(jià)格在2007 年至 2013 年間以-13%的復(fù)合增速下降。

隨著多功能傳感器占比的提升以及傳感器系統(tǒng)集成度的增加，MEMS 傳感器的平均價(jià)格下降趨勢有望減緩。在傳感器融合的背景下，多種傳感器的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過校準(zhǔn)與處理，再通過算法模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀，比如運(yùn)動監(jiān)測數(shù)據(jù)與室內(nèi)導(dǎo)航數(shù)據(jù)結(jié)合從而實(shí)現(xiàn)傳感器對用戶活動狀態(tài)和地理位置的態(tài)勢感知，傳感器的應(yīng)用價(jià)值隨著軟硬協(xié)同化發(fā)展得到提升。

傳感器價(jià)值增長曲線從傳感器走向系統(tǒng)集成。相比高附加值的 IC 器件，傳感器的單品價(jià)值量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如 MCU、AP 等 IC 器件。MEMS 傳感器制造商將多種單一功能傳感器組合成多功能合一的組合傳感器，再通過集成模數(shù)接口電路、微控制器（MCU）、應(yīng)用處理器（AP）等芯片，傳感器價(jià)值將完成二次升級。

根據(jù) Yole developpement 的數(shù)據(jù)，單一功能傳感器的平均價(jià)格不足 1 美元/個，多功能組合傳感器的平均價(jià)格約 2.5~3 美元/個，集成了 MCU 與 AP（應(yīng)用處理器）的傳感器系統(tǒng)平均價(jià)格在 30~40 美元/個，比如 MEMS 加速度計(jì)的價(jià)格約為0.14 美元，麥克風(fēng)的價(jià)格約為 0.19 美元。

MEMS 傳感器生態(tài)系統(tǒng)形成。全球MEMS 產(chǎn)業(yè)生態(tài)包括 MEMS 制造商、芯片組供應(yīng)商、軟件供應(yīng)商、系統(tǒng)/服務(wù)供應(yīng)商等。隨著傳感器技術(shù)的成熟和平均價(jià)格的走低，MEMS生態(tài)的價(jià)值正從產(chǎn)品逐步走向軟件和算法領(lǐng)域。

博世在 MEMS 領(lǐng)域的成功要素

（一）單項(xiàng) MEMS 傳感器技術(shù)儲備豐富 1、博世在全球 MEMS 行業(yè)的市場競爭格局 博世（BOSCH）是全球 MEMS 領(lǐng)域的龍頭。博世旗下有四個事業(yè)部：汽車科技、工業(yè)科技、能源與建筑科技、消費(fèi)者商品。博世是全球最大的汽車電子技術(shù)供應(yīng)商，2013年汽車電子業(yè)務(wù)占其銷售額的 66%。自 2014 年起，憑借在汽車傳感器的出貨量優(yōu)勢，博世一舉超越意法半導(dǎo)體，成為全球MEMS 行業(yè)的老大。

MEMS 領(lǐng)域的營業(yè)收入連續(xù)增長。2009年博世在 MEMS 方面的營收接近 5 億美元， 2015 年博世在 MEMS 方面的營業(yè)收入為 12.14 億美元，6 年復(fù)合增長率為15.9%，營收規(guī)模和增速遠(yuǎn)超第二名意法半導(dǎo)體。全球 MEMS 的領(lǐng)先廠商還包括意法半導(dǎo)體、德州儀器、惠普、樓氏、應(yīng)盛美等。

2、博世是創(chuàng)新驅(qū)動的平臺型企業(yè) 博世是全球領(lǐng)先的 MEMS 傳感器、致動器及解決方案供應(yīng)商。博世目前擁有約 42萬的研究者與產(chǎn)品開發(fā)人員，位于全球 89 個國家。博世在過去 10 年投資了超過 350 億歐元在研究和產(chǎn)品開發(fā)上。根據(jù) Bosch Sensortec 發(fā)布的報(bào)告顯示，每個工作日，博世平均申請 19 個專利。這使得博世成為世界領(lǐng)先的專利應(yīng)用科技公司，同時(shí)也是德國首屈一指的高科技公司。

博世深耕 MEMS 領(lǐng)域超過 20 年。1995 年至 2005 年是 MEMS傳感器滲透汽車電子領(lǐng)域的發(fā)展時(shí)期，博世在此期間研發(fā)的產(chǎn)品包括加速度計(jì)、角速度傳感器、壓力傳感器、質(zhì)量流量傳感器等；得益于智能手機(jī)的快速發(fā)展，2005 年至 2015 年是 MEMS傳感器進(jìn)入消費(fèi)電子領(lǐng)域的快速發(fā)展時(shí)期，博世在此期間研發(fā)的產(chǎn)品包括地磁傳感器、陀螺儀、壓力傳感器、濕度傳感器、組合傳感器、專用傳感器、MEMS 麥克風(fēng)等；2015 年博世開始進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，推出智能傳感器、嵌入式軟件與算法、定制化物聯(lián)網(wǎng)傳感器等。

博世 MEMS 技術(shù)全球領(lǐng)先，在研發(fā)史上創(chuàng)造了多個全球第一。2006 年博世推出全球尺寸最小的數(shù)字壓力傳感器，2007 年發(fā)布全球封裝尺寸最小的數(shù)字壓力傳感器，2012 年推出全球最小的封裝尺寸為 3×3 mm2 的陀螺儀，2015 年在全球率先推出第一個室內(nèi)空氣質(zhì)量傳感器以及智能傳感器組合。

博世 MEMS 產(chǎn)品線豐富，涉及四個領(lǐng)域：運(yùn)動傳感、聲學(xué)、連接與解決方案、汽車電子。博世發(fā)明了針對 MEMS 產(chǎn)品制造工藝的 DRIE（Deepreactive-ion etching，深反應(yīng)離子刻蝕）技術(shù)，該工藝奠定了博世在 MEMS 領(lǐng)域的產(chǎn)品工藝開發(fā)基礎(chǔ)。

（二）多功能組合傳感器帶來單品價(jià)值提升 博世發(fā)展 MEMS 傳感器的策略是多樣化的傳感器功能集成。以慣性傳感器（三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀、三軸地磁計(jì)）為例，博世將三軸加速度計(jì)和三軸地磁計(jì)組合，通過封裝形成六軸電子羅盤產(chǎn)品，將三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀組合，通過封裝形成六軸慣性傳感單元產(chǎn)品，六軸電子羅盤與三軸陀螺儀組合形成 9+3 個自由度的慣性傳感組合。

博世擁有寬廣的 MEMS 傳感器技術(shù)儲備以及從低集成度到較高集成度的 MEMS 產(chǎn)品，其 MEMS 傳感器主要分為 5 大系列：慣性、地磁計(jì)、環(huán)境、傳感集群、麥克風(fēng)。每個系列的 MEMS 傳感器包括單一性能的傳感器、多功能的傳感器組合，能滿足多個細(xì)分領(lǐng)域的客戶需求。

MEMS 累計(jì)出貨量接連創(chuàng)新高。自1995 年涉足 MEMS 以來，博世公司的 MEMS 累計(jì)出貨量接連創(chuàng)下新高，從 1995 年到 2013 年 MEMS累計(jì)出貨量接近 40 億個。

（三）系統(tǒng)集成能力是 MEMS 企業(yè)的核心競爭優(yōu)勢 MEMS 領(lǐng)域的系統(tǒng)集成能力不僅需要知道 MEMS 制造工藝，而且還需要掌握傳感器相關(guān)的知識（軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)、傳感器集成功能、傳感器數(shù)據(jù)融合）以及 MEMS 傳感器應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)的知識（應(yīng)用領(lǐng)域背景知識、客戶需求、除了傳感器數(shù)據(jù)融合之外的知識）。

博世在 MEMS 傳感器領(lǐng)域擁有極強(qiáng)的系統(tǒng)集成能力。慣性傳感器組合方面，博世具備九軸、微控制器、傳感器數(shù)據(jù)融合軟件的系統(tǒng)集成能力；在環(huán)境傳感器組合方面，博世擁有大氣壓力傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器的集成能力；在聲學(xué)傳感器組合方面，博世的產(chǎn)品為聲學(xué)麥克風(fēng)、麥克風(fēng)陣列控制，能夠提供傳感數(shù)據(jù)融合軟件。

以博世六軸 MEMS 慣性傳感器BMC050 為例進(jìn)行分析，BNC050 采用 16 管腳的 LGA封裝，尺寸為 3mm×3mm×0.95mm，通過 MEMS 封裝技術(shù)集成了 ASIC 專用芯片、三軸加速度計(jì)、三軸地磁計(jì)。根據(jù) Yole developpement 的研究，其成本構(gòu)成如下：專用芯片（48%）、封裝測試（35%）、MEMS（13%）、地磁計(jì)（4%）。

隨著 MEMS 應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，寬泛的傳感技術(shù)儲備和傳感器應(yīng)用背景成為新型電子消費(fèi)領(lǐng)域的必備。博世在 MEMS 傳感器技術(shù)、傳感器軟硬協(xié)同能力、解決方案的集成能力方面具備雄厚的實(shí)力，從而能夠滿足不同層次、不同應(yīng)用領(lǐng)域的客戶需求。

博世構(gòu)建了從 MEMS 傳感器功能組合、MEMS 與芯片一體化集成、MEMS 輔助軟件、數(shù)據(jù)與云系統(tǒng)的系統(tǒng)集成能力。除了單項(xiàng)傳感器產(chǎn)品、多功能產(chǎn)品集成產(chǎn)品、軟硬件配套解決方案之外，博世熟知 MEMS 傳感器數(shù)據(jù)融合，建立了開放的軟件開放平臺和 AP接口，對傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域有著深刻的理解。

MEMS 細(xì)分領(lǐng)域眾多，下一個增長點(diǎn)是物聯(lián)網(wǎng)

（一）政策加大力度支持傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展 國家出臺系列政策大力支持 MEMS 與傳感器發(fā)展。根據(jù)《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》《中國制造 2025 重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖》《十三五規(guī)劃》《智能傳感器產(chǎn)業(yè)三年行動指南（2017-2019 年）》《促進(jìn)新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動計(jì)劃（2018-2020年）》等政策文件，政策面從關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等角度大力支持 MEMS 與傳感器的發(fā)展。

技術(shù)方面，政策重點(diǎn)支持新型傳感器、傳感器核心器件、傳感器集成應(yīng)用、智能感知、智能控制、微納制造、MEMS、新材料傳感器、智能蒙皮微機(jī)電系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)攻關(guān)。

應(yīng)用領(lǐng)域方面，政策重點(diǎn)推進(jìn)工業(yè)制造、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、汽車、航空、農(nóng)業(yè)機(jī)械、可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、VR/AR 等領(lǐng)域的傳感器發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化。

《中國制造 2025 重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖》提出，在汽車電子控制系統(tǒng)方面，國產(chǎn)關(guān)鍵傳感器國內(nèi)市場占有率達(dá)到 80%，到 2020 年，國內(nèi)企業(yè)將掌握傳感器、控制器關(guān)鍵技術(shù)，供應(yīng)能力滿足自主規(guī)模需求，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國際先進(jìn)水平。

《智能傳感器產(chǎn)業(yè)三年行動指南（2017-2019 年）》提出，到 2019 年，我國智能傳感器產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到 260 億元；主營業(yè)務(wù)收入超十億元的企業(yè) 5 家，超億元的企業(yè) 20 家。

（二）從互聯(lián)網(wǎng)到萬物互聯(lián)，物聯(lián)網(wǎng)是 MEMS 的第三波浪潮 1、連接從人與人到物與物：MEMS 產(chǎn)業(yè)逐漸發(fā)展壯大 過去 20 年是人類接入互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代。根據(jù) bosch 的數(shù)據(jù)，1995 年，世界人口約為 57億，其中約有 0.7%的人口接入互聯(lián)網(wǎng)；2005 年，世界人口約為 65 億，其中約有 15%的人口接入互聯(lián)網(wǎng)；2015 年，世界人口約為 73 億，其中約有 75%的人口接入互聯(lián)網(wǎng)。

電子設(shè)備互聯(lián)現(xiàn)狀：移動終端數(shù)量占比過半。根據(jù) bosch 的數(shù)據(jù)，2015 年約有 65.93億設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，其中包括 0.62 億汽車、0.19 億遠(yuǎn)程醫(yī)療設(shè)備、0.70 億安全領(lǐng)域設(shè)備、1.2 億智能表、2.6 億電視、6.25 億平板電腦、30億移動電話、14.98 億筆記本、8.95 億臺式機(jī)、0.44 億服務(wù)器。人類通過計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、平板電腦、電話等設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，帶來消費(fèi)電子領(lǐng)域的繁榮與發(fā)展，進(jìn)而推動 MEMS 傳感器的發(fā)展。

MEMS 行業(yè)的第一波浪潮是汽車領(lǐng)域。從 1990 年到 2000 年，汽車電子化趨勢帶動了加速度計(jì)、角速度傳感器、壓力傳感器、質(zhì)量流量傳感器的崛起，主要原因是 MEMS傳感器在可靠性、性能方面可比擬機(jī)械類傳感器，但在成本、體積、功能、成本方面的優(yōu)勢超過了機(jī)械傳感器。

MEMS 行業(yè)的第二波浪潮是消費(fèi)電子。從 2000 年到 2010 年，手機(jī)的快速發(fā)展帶動運(yùn)動類、聲學(xué)類、光學(xué)類、環(huán)境類 MEMS 快速崛起。智能手機(jī)的傳感器數(shù)量一般在 9~13個左右，比如 iPhone 中包含了近距離傳感器、麥克風(fēng)、加速度計(jì)、陀螺儀、溫濕度傳感器、環(huán)境光傳感器等 9 種 MEMS 器件。iPhoneX 搭載 3D Sensing，進(jìn)一步提升智能手機(jī)中傳感器數(shù)量和價(jià)值量。隨著智能手機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新和手機(jī)廠商差異化競爭的趨勢，傳感器數(shù)量還將繼續(xù)增長。

MEMS 行業(yè)的第三波浪潮是物聯(lián)網(wǎng)。從 2010 年到 2020 年，隨著聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長趨勢，智能傳感器與節(jié)點(diǎn)、傳感器相關(guān)軟件與算法、定制化物聯(lián)網(wǎng)傳感器解決方案將成為行業(yè)重要發(fā)展趨勢。物聯(lián)網(wǎng)的核心是傳感、互連和計(jì)算，MEMS 在物聯(lián)網(wǎng)中的重要應(yīng)用場景包括智能家居、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)測、智慧城市等領(lǐng)域。

全球聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量迎來高速發(fā)展階段。根據(jù) Machina Research 的研究，2024 年全球聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)將超過 380 億，其中互聯(lián)生活、工作相關(guān)的連接節(jié)點(diǎn)數(shù)量占比超過一半。除了手機(jī)、平板電腦、個人電腦等手持設(shè)備之外，互聯(lián)汽車、互聯(lián)城市、互聯(lián)工業(yè)領(lǐng)域的連接數(shù)也將扮演重要角色。根據(jù) IHS 的數(shù)據(jù)，2017 年全球聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量超過 200 億，其中汽車 2.02 億、工業(yè)設(shè)備 36 億、消費(fèi)電子 80 億、醫(yī)療設(shè)備3.19 億、通訊設(shè)備 60 億、軍事與航空設(shè)備 500 萬、計(jì)算機(jī)設(shè)備 17 億，從 2015 年到 2025年上述領(lǐng)域的設(shè)備數(shù)量年均復(fù)合增速分別為 22%、27.8%、16.4%、17.8%、8.5%、12.9%、-2%。

隨著未來聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)呈現(xiàn)高速增長態(tài)勢，集成電源、MEMS、MCU、射頻等器件的多功能聯(lián)網(wǎng)傳感器將持續(xù)增長，物聯(lián)網(wǎng)將是 MEMS 的下一個重要增長極。

物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的核心是傳感、連接、計(jì)算。MEMS 傳感器、微控制器、安全芯片等硬件將成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)。傳感器約占到物聯(lián)網(wǎng)硬件市場規(guī)模的 20%，微型化、低功率、高集成度、低成本將成為物聯(lián)網(wǎng)傳感器的發(fā)展趨勢。隨著NB-IoT、LTE-V 等通信協(xié)議的逐步商業(yè)化，MEMS 傳感器將在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中得到廣泛應(yīng)用。

2、MEMS 市場細(xì)分領(lǐng)域眾多，前景廣闊 根據(jù) Yole Développement 的研究，不包括基于玻璃與復(fù)合物的微流體芯片在內(nèi)，全球MEMS 傳感器市場規(guī)模將從 2015年的 118.5 億美元增長至 2021 年的 396.9 億美元，CAGR為 22%。預(yù)計(jì)到 2021 年，10 億美元以上的 MEMS 細(xì)分領(lǐng)域包括射頻 MEMS（38 億美元）、光學(xué)類MEMS（116 億美元）、慣性組合 MEMS（118 億美元）、陀螺儀（15 億美元）、加速度計(jì)（16 億美元）、 麥克風(fēng)（18 億美元）、壓力傳感器（38 億美元）。

從市場增速看，2015 年至 2021 年 CAGR 排名靠前的MEMS 細(xì)分領(lǐng)域有：環(huán)境類MEMS（39%）、紅外線傳感器（29%）、射頻 MEMS（21%）、其他（19%）、振蕩器（16%）、微流體（13%）、輻射熱測量計(jì)（13%）、慣性組合（10%）、麥克風(fēng)（9%）、光學(xué) MEMS（8%）、壓力傳感器（6%）。

從應(yīng)用領(lǐng)域來看，MEMS 市場的主要應(yīng)用領(lǐng)域集中在消費(fèi)電子、醫(yī)療、汽車、工業(yè)等領(lǐng)域。按照應(yīng)用領(lǐng)域分類，根據(jù) Yole Développement 的研究，2021 年全球 MEMS 傳感器市場規(guī)模分別為：電信（3 億美元）、醫(yī)療（10 億美元）、工業(yè)（18 億美元）、國防（4 億美元）、消費(fèi)電子（111 美元）、汽車（48 億美元）、航空航天（2 億美元）；2015-2021年對應(yīng)的 CAGR 增速為：電信（3.6%）、醫(yī)療（11.1%）、工業(yè)（7.3%）、國防（7.8%）、消費(fèi)電子（11.8%）、汽車（4.2%）、航空航天（4.9%）。

3、全球 MEMS 市場競爭格局 2015 年全球 MEMS 企業(yè) 30 強(qiáng)實(shí)現(xiàn) MEMS 銷售收入 90.73 億美元，同比增長 5%，其中，5 家 MEMS 企業(yè)實(shí)現(xiàn)銷售額增速大于 20%：安華高（Avago Technologies）受益射頻前端模組業(yè)務(wù)在4G手機(jī)頻道應(yīng)用的增長，實(shí)現(xiàn)銷售收入增速為41%；應(yīng)美盛（InvenSense）2015 年銷售增速為 33%，得益于慣性傳感器系統(tǒng)的多功能集成以及針對手機(jī)研發(fā)的STUDIO 傳感軟件套裝業(yè)務(wù)的增長；臺積電（TSMC）首次上榜，在應(yīng)盛美和 mCube 等客戶的業(yè)務(wù)推動，實(shí)現(xiàn) 29%的銷售收入增長；Qorvo 和瑞聲科技（AAC）分別實(shí)現(xiàn) MEMS營收增速為28%、22%。

2016 年全球 MEMS 企業(yè)前 30 強(qiáng)實(shí)現(xiàn)MEMS 銷售收入 93.5 億美元，同比增長 1.6%。博世和德州儀器公司相比 2015 年排名沒有變化，意法半導(dǎo)體和 Hewlett Packard 的 MEMS收入同比下降。受益 4G 應(yīng)用以及 4.5G 對蜂窩技術(shù)要求提升，2016 年射頻 MEMS 市場需求呈現(xiàn)高增長，博通憑借 RF MEMS 強(qiáng)勁出貨首次排名第二，Qorvo 也受益射頻前端市場，營收在 3 年內(nèi)從 1.45 億美元增長至 5.85 億美元。

射頻 MEMS 市場將呈現(xiàn)高增長。Yole 預(yù)計(jì) 2017~2022 年，射頻 MEMS 濾波器市場規(guī)模 CAGR 為 35%，此外，射頻前端市場同期的 CAGR 為 14%。

（三）3D Sensing 從iPhone 走向安卓陣營，智能傳感器進(jìn)入加速成長階段 【智能手機(jī)光學(xué)創(chuàng)新】雙攝到三攝成為智能手機(jī)的趨勢，預(yù)計(jì)三攝市場滲透率將從今年的 1%滲透到明年的 5%，搭載三攝的旗艦新機(jī)包括華為 Mate20 系列、P20 Pro 系列、OPPO R17 Pro、三星 Glaxay A7、LG V40 ThinQ。自 iPhone X 搭載 3D Sensing 以來，3D Sensing從蘋果向安卓機(jī)滲透，2018蘋果發(fā)布的iPhone XR/Xs/Xs Max三款手機(jī)均采用Face ID。3D Sensing 滲透率：2017 年 2.1%提升至 2020 年的 30%。據(jù) TrendForce，3D Sensing 市場規(guī)模 2023 年可達(dá) 180 億美元，2018-2023年復(fù)合增速達(dá)到 44%。目前安卓機(jī)也在積極布局 3DSensing：小米 8 探索版采用 MantisVision編碼結(jié)構(gòu)光方案，OPPO 的 FIND X、華為 mate 20 系列。

1、3D Sensing是 iPhone X 最大的亮點(diǎn) 原深感攝像頭系統(tǒng)搭載智能手機(jī)面容 ID 功能。原深感攝像頭系統(tǒng)是 iPhone X 實(shí)現(xiàn)3D Sensing 的基礎(chǔ)，能夠讓用戶輕松方便地使用面容 ID、人像模式自拍、“動話表情”（Animoji）、AR 等功能，拍出精彩紛呈的照片。

2、3D Sensing：開啟下一個計(jì)算平臺，AR 時(shí)代加速來臨 據(jù)彭博社最新報(bào)道，2019 年iPhone將會首次在后置攝像頭中加入3D深度感應(yīng)技術(shù)，但不同于現(xiàn)在的 iPhone X，將會帶領(lǐng)智能手機(jī)全面擁抱 AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。

蘋果正在研發(fā)一種不同于 iPhone X TrueDepth 原深感應(yīng)系統(tǒng)的新技術(shù)，新的后置傳感器會使用所謂的“飛行時(shí)間”(Time of Flight)方式，計(jì)算激光束從周圍物體反射回來的時(shí)間，從而創(chuàng)建環(huán)境 3D 模型。蘋果在 6 月發(fā)布 ARkit，IOS 11 為 AR 奠定軟件基礎(chǔ)，目前有多款 AR 應(yīng)用上線。

3、3D Sensing 從 iPhone X 快速走向國產(chǎn)品牌手機(jī)，成為消費(fèi)電子發(fā)展趨勢 華為榮耀 V10 搭載散斑結(jié)構(gòu)光手機(jī)配件，具有人臉識別與解鎖功能。榮耀 V10 的人臉識別功能通過繪制用戶臉部的深度圖譜，對用戶臉部進(jìn)行建模實(shí)現(xiàn)的，識別精度達(dá)到亞毫米級別，安全等級達(dá)到支付級別。借助“點(diǎn)云深度攝像頭”的散斑結(jié)構(gòu)光手機(jī)配件，榮耀 V10 可實(shí)現(xiàn) 3D 人臉建模、人臉識別、3D 面部表情控制以及 3D 小物體建模功能。

國產(chǎn)品牌手機(jī)廠商擬推出 3D 成像方案的新機(jī)型。據(jù)電子時(shí)報(bào)的消息，小米和 OPPO將在明年發(fā)布的新機(jī)中采用 3D 傳感解決方案，該方案由奇景光電、高通合作開發(fā)。9 月高通與奇景光電宣布將合作開發(fā)高分辨率、低功耗、主動 3D 深度傳感攝像頭系統(tǒng)，用于手機(jī)等領(lǐng)域的人臉識別、3D 重建、場景感知，該 3D 攝像頭預(yù)計(jì)于 2018Q1 量產(chǎn)。榮耀V10 的發(fā)布表明國產(chǎn)中高端旗艦機(jī)型將積極采用 3D Sensing，3D Sensing 將成為智能手機(jī)硬件創(chuàng)新的趨勢。

4、3D Sensing 產(chǎn)業(yè)鏈 iPhoneX 的 3D sensing 采用結(jié)構(gòu)光和 TOF 結(jié)合的方案，包括如下模塊：結(jié)構(gòu)光接收端、泛光感應(yīng)元件、距離傳感器（TOF）、環(huán)境光傳感器、前置攝像頭、點(diǎn)陣投射器（結(jié)構(gòu)光發(fā)射端）。

2022 年 3D Sensing 市場規(guī)模將達(dá) 90 億美元。Yole 預(yù)測：3Dsensing 及 Camera 在 2022年將由目前的工業(yè)、商業(yè)為主轉(zhuǎn)向消費(fèi)市場為主，市場規(guī)模將約為 2016 年的 7 倍，其中消費(fèi)市場年復(fù)合增長率將為 158%，汽車市場年復(fù)合增長率將為 49%。

（四）MEMS 是智能汽車感知環(huán)境的關(guān)鍵 智能感知是智能汽車上路的基礎(chǔ)。智能汽車的核心在于傳感、計(jì)算、聯(lián)網(wǎng)、決策。智能汽車感知環(huán)境的物理角度包括聲學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、力學(xué)等方面，汽車上路需要軟硬件協(xié)同一體化的智能傳感器（包括 MEMS、MCU、RF、AP 等單元）。根據(jù) Yole Développement 的研究，2018年 MEMS 在汽車領(lǐng)域的市場規(guī)模約為 36.24 美元。

聲學(xué)感知包括超聲波雷達(dá)、麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器等。超聲波雷達(dá)含有超聲波發(fā)射器和采集器，主要用于自動泊車、道路行人與障礙物檢測避障。麥克風(fēng)與揚(yáng)聲器是 MEMS 的成產(chǎn)品之一，同時(shí)也是智能汽車人機(jī)交互的主要接口之一，語音的接收與作答是MEMS 在汽車內(nèi)的重要應(yīng)用之一。

光學(xué)感知包括紅外夜視儀、激光雷達(dá)、CMOS 圖像傳感器、行車記錄儀等。紅外夜視儀包括紅外探測器、紅外發(fā)射器等 MEMS 器件，主要用于夜晚、雨霧等不良路況下的行人及動物檢測。激光雷達(dá)包括激光生產(chǎn)器、激光采集器等，用于道路中車輛、行人、礙物的精準(zhǔn)測距。

熱學(xué)感知包括車身空調(diào)系統(tǒng)、溫度傳感器等。車身空調(diào)系統(tǒng)、動力控制系統(tǒng)等部件均有 MEMS 溫度傳感器。

電學(xué)感知包括射頻器件、天線等 MEMS，主要用于車與車、車與人、車與道路之間的車聯(lián)網(wǎng)通信。

力學(xué)感知包括加速度計(jì)、壓力傳感器、陀螺儀、電子羅盤、振蕩器等 MEMS 傳感器，運(yùn)動類傳感器主要用于智能汽車的高精度定位與導(dǎo)航，壓力傳感器用于胎壓監(jiān)測、油壓監(jiān)測等方面。

（五）國內(nèi) MEMS 產(chǎn)業(yè)鏈完整，蓄勢待發(fā) 中國是全球 MEMS 傳感器最大的市場，重點(diǎn)產(chǎn)品包括運(yùn)動類、聲學(xué)類、射頻類、紅外成像等領(lǐng)域，構(gòu)建了從科研、產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計(jì)到代工制造、封裝測試、下游應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈。2015 年中國 MEMS 傳感器市場規(guī)模約為 300 億元，連續(xù)兩年增速在 15%以上，隨著消費(fèi)電子、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)等市場的發(fā)展以及國內(nèi)制造工藝技術(shù)的不斷革新，中國MEMS 傳感器市場將迎來重要發(fā)展機(jī)遇。

中國是全球 MEMS 行業(yè)的增長引擎。中國擁有全球最大的智能手機(jī)和汽車市場，但中高端傳感器和傳感器芯片自主化率低，MEMS 傳感器需求十分強(qiáng)勁。以智能手機(jī)為例，目前iphone手機(jī)中所使用的MEMS器件在9~13個，隨著智能手機(jī)部件更新的加快，MEM器件在智能手機(jī)中的使用量將有望達(dá)到 20 個。隨著華為、小米、OPPO、Vivo 等國產(chǎn)機(jī)廠商在全球崛起，預(yù)計(jì)智能手機(jī)所需要的硅麥克風(fēng)、加速度計(jì)、陀螺儀、電子羅盤、射頻儀器、高精度壓力傳感器、氣體傳感器等 EMMS 器件將實(shí)現(xiàn)快速增長，2017 年至 2020年，年均復(fù)合增速有望達(dá)到 20%以上。

MEMS 產(chǎn)業(yè)鏈中，科研環(huán)節(jié)包括大學(xué)、科研院所等機(jī)構(gòu)，產(chǎn)品開發(fā)環(huán)節(jié)包括上海微技術(shù)工業(yè)研究院、蘇州納米城、無錫物聯(lián)網(wǎng)等單位，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)包括 MEMSIC、硅?？萍?、敏芯微電子等，代工制造包括中芯國際、華虹宏力、CSMC、ASMC、耐威科技，封裝測試包括長電科技、華天科技、通富微電、晶方科技等，下游應(yīng)用包括智能手機(jī)、平板電腦、汽車、工業(yè)等領(lǐng)域。

國內(nèi) MEMS 代工制造以 6 英寸和 8 英寸產(chǎn)線為主，封裝測試環(huán)節(jié)是強(qiáng)項(xiàng)，應(yīng)用領(lǐng)域正從手機(jī)、汽車走向 VR/AR、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。

中國 MEMS 企業(yè)主要集中在長三角。根據(jù) SITRI 的研究，上海、蘇州、無錫三地的MEMS 企業(yè)占全國的比例約為 19%、18%、16%。中國的 MEMS 企業(yè)主要分布在長三角、京津冀、珠三角。