MEMS传感器一个半导体新技能的解析

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的鼓起带动MEMS 出货量倍增，方兴未已之际，2014 年可穿戴设备及异军突起，将持续推进MEMS 快速生长，据Yole Developpement 估计，2012-2018 年，全球 MEMS商场将以12%的年复合增加率生长，2018 年商场规划到达 220 亿美元。从中长时刻来看，

智能化颁发降临，MEMS 迎来快速增加时刻。智能手机和平板电脑的鼓起带动MEMS 出货量倍增，方兴未已之际，2014 年可穿戴设备及医疗电子异军突起，将持续推进MEMS 快速生长，据Yole Developpement 估计，2012-2018 年，全球 MEMS商场将以12%的年复合增加率生长，2018 年商场规划到达 220 亿美元。从中长时刻来看，物联网忝在爱末将翻开MEMS 使用的蓝海。

MEMS（Micro-Electro-Mechanical System微机电跋涉）是指集微型传感器、履行器以及信号处理和操控电路、接口电路、通讯电源于一体的微型机电跋涉，简言之，其作业原理是外部环境物理、化学和生物等信号输入，别管微传感器转换成电信号，别管信号处理（模拟信号或数字信号）后，由微履行器履行动作，到达与外部环境“互动”的功用。

MEMS技能是一种多学科穿插的前沿技能，简直涉及到自然科学的一切范畴，如电子技能、物理学、机械等。MEMS器材需求做到微米标准，在这样的标准下，许多宏观物理规则将不再适用，许多的理论也将开展改动，开发难度大。其次，需求对器材进行微米等级的加工，也对加工工艺、设备、环境提出了很高的要求。这些决议了MEMS技能具有很大的技能壁垒的特性。

MEMS产品的研制需求用到高精细的微纳米加工设备，这些设备大都价格贵重。比方一台根底的ASML公司的光刻机，价格都要高达百万等级。其次在加工进程中需求使用到耗材也是十分贵重，比方光刻胶、显影液、高纯硅片等。再者，MEMS产品规划微纳米加工工艺，关于研制人员也有较高的门槛要求，需求高精尖人才才干担任。

技能壁垒高企叠加本钱较高，导致新产品开发周期较长，上世纪60年代压力传感器的商业化时刻为21年。大部分新式MEMS公司是无晶圆厂的草创公司，他们依靠于全球MEMS代工产能。半响商场方针是快速、量大的消费商场，关于那些新式的MEMS草创公司来说，他们寄期望代工厂可以为供给快捷的工艺搬运、快速的良率进步、完好的解决计划（从前端到封装）。可是这种代工机制也会进一步的拉长研制进程，半响产品的的规划和出产被间隔，每次新修正的规划不能收拾得到验证，中心的时刻延迟终究导致了整个产品的长周期研制。

现在产能首要会集于欧美等发达国家，据计算，2012年全球前20大搬弄是非占有77%的商场比例，在智能手机及平板电脑范畴，前五大MEMS厂商占有商场73%的商场比例。

MEMS 工业链类似于传统半导体工业，首要包含了四大部分：前端规划fabless、制作和下流使用的三大环节。

全球前十名MEMS 厂商首要包含博世意法半导体、惠普、德州仪器、佳能、InvenSense、Avago 和Qorvo、娄氏电子、松下等等。大部分MEMS 职业的首要厂商是以规划为主，如娄氏、HP、佳能等。但也有厂商会笔直参加到整条工业链的各个环节，比方Bosch、ST等都建有自己的晶元代工出产线。

作为MEMS的中心门槛之一，半导体规划环节半响其fabless的轻财物特性，及其间心门槛，国内公司出资较为活跃。国内有很多比较闻名的Fabless，例如海思半导体、展讯、RDA、全志科技、国民技能、澜起科技等等。

国内MEMS职业的Fabless规划相对较小，但商场规划来说具有很大的开展空间。面临国内巨大的消费电子商场，自产自销时过境迁国内部分中低端商场需求，也是国内fabless公司的一个捷径。例如姑苏敏芯最近宣告MEMS传感器出货量超一亿颗，他们的微硅麦克风传感器产品承揽浸透至以消费类电子产品为主的各个细分使用中，成功使用在SONY，ASUS，联想，魅族，小米等品牌客户的产品上。

Mems制作环节首要为出产、封装和测验两部分。我国MEMS 工业在2009 年后才逐渐起步，国内MEMS 厂家在经营规划、技能水平、产品结构、工业环境上与国外有显着距离，现在国内mems厂商的产品依旧会集在中低端商场，如加速度计、压力传感器等传统范畴，但对新产品（例如生物传感器、化学传感器、陀螺仪）的进入不多。本乡MEMS工业显着落后世界水平，绑架国内由存在着巨大的商场需求，导致国内商场严峻依靠进口，商场比例根本被Bosch、ST、ADI、Honeywell、Infineon、AKM 等世界大公司寡头独占，中高端MEMS传感器进口比例达80%，传感器芯片进口比例高达90%。

出产环节半响需求精简的技能和贵重的设备，一般都是由晶圆厂代工完结。国内MEMS 代工厂首要为华润上华、中芯世界、上海先进等，硬件条件虽与世界水平附近，但开发才能远不及海外代工厂；我国MEMS代工企业还未堆集起时过境迁的工艺技能储备和大规划商场验证反响的经历，加工工艺的一致性、可重复性都不能时过境迁规划需求，产品的良率和可靠性也无法到达规划出产要求。因而商业化阶段的本乡规划公司更愿意同TSMC、X-Fab、Silex 等海外老练代工厂协作。因而，海外的代工厂依旧抢占着绝大部分的代工事务。代工环节单薄导致好的规划无法敏捷产品化并推向商场，极大地限制了我国MEMS 工业的开展，工业中游迫切需求有工艺经历和高端技能的厂商添补凹地。

封装和测验也是mems制作中的中心部分，且因mems器材的用处不同而有着不同的工艺。比方对硅麦有防水和不防水区别，光学血氧浓度传感器需求穿孔和空腔设备透镜等。可是半响mems器材具有高度定制化、制程操控与原料特别的特色，封装与测验环节至少占到整个本钱的60%。

为了可以在日益严峻的产品价格跌落趋势下有用降低本钱，大都无晶圆或轻晶圆MEMS 搬弄是非将封装与测验环节外包给专业封测厂商，这也将为MEMS 器材封装及测验厂商带来机会。

MEMS器材半响和传统IC比较，其具有体积小、重量轻、功耗低、灵敏度高、价格低、易批量出产等长处，因而被广泛使用于轿车、消费电子、医疗电子、航空航天和工业等范畴，其间，消费电子、轿车电子和医疗电子是三大首要使用范畴。

MEMS赋予电子产品共同的人机交互体会，使得电子产品愈加文娱化智能化，广泛使用于喷墨打印头、投影仪、笔记本等计算机类产品、智能手机等通讯产品以及MP3、MP4、游戏机、麦克风等消费电子产品中。

近年来，智能手机和平板电脑的遍及也极大的拉动了MEMS传感器的销量。现在一款智能手机中平均需求使用到加速度计、陀螺仪、电子罗盘、压力传感器、硅麦克风等多达12颗MEMS芯片，未来跟着技能的开展，更多MEMS芯片如压力传感器、温湿度传感器RF传感器也在向智能终端浸透，估计不久后，每部智能手机将使用到20颗以上的MEMS芯片。其次，依据商场调研组织Yole的计算，2012年手机和平板电脑中的MEMS商场增加19%至22亿美元，估计2018年将增加至64亿美元，年复合增速18.5%。

其次，MEMS传感器在可穿戴设备商场也有着巨大增加潜力。在智能手机、平板电脑、笔记本电脑浸透率到达较高水平，工业链昏暗加重，盈余下降的布景下，世界电子巨子将方针瞄准了可穿戴商场，三星在世界大厂中首先推出智能手表Galaxy Gear，随后高通亦展现了自己的智能手表top、苹果iwatch、google glass也相继问世，可穿戴商场快速发动。

跟着全球人口老龄化及人们对健康的日益注重，近年来医疗电子范畴开展敏捷，体外坐落及医疗设备小型化成为趋势，并进入高速生长时刻。MEMS广泛使用于生物和医疗电子产品中，如生物制药、pH胶囊、心脏起搏器、精细手术仪器、医疗机器、智能假肢、血糖仪、数字血压计、血气分析仪等。据法国Yole Developpement的查询指出，全球生物MEMS商场规划可望在未来几年内生长三倍，从2012年的19亿美元生长到2018年的66亿美元。

轿车电子是MEMS的首要使用商场之一。现阶段，MEMS传感器的使用方向和商场需求包含车辆的防抱死跋涉（ABS）、电子车身安稳程序（ESP）、电控悬挂（ECS）、电动手刹（EPB）、斜坡起动辅佐（HAS）、胎压监控（EPMS）、引擎防抖、车辆倾角计量和车内心跳检测等。其间电子车身安稳程序ESP得到众MEMS厂商的高度重视。半响其自动防滑功用要求更多的传感器和先进的处理跋涉，因而将带动轿车电子MEMS传统使用商场的需求。现在每台轿车选用50到上百个MEMS传感器，首要为压力传感器、加速度传感器、陀螺仪和流量传感器，算计占轿车MEMS跋涉的99%，未来跟着轿车进一步智能化，对MEMS传感器的需求将进一步宗族。

物联网是指把射频辨认设备、红外感应器、全球定位跋涉、激光扫描器等设备与互联网连接起来，完成智能化辨认和办理。具体地说，便是把感应器嵌入和配备到电网、铁路、公路、修建、供水跋涉、油气管道等物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，完成人类社会与物理跋涉的整合。其间，MEMS的效果在于让“无生命，无思维”的物品对环境改变恰当反响，完成“传感+履行”的进程。未来MEMS芯片将整合消息、光线、化学分析及压力、温度感测等子跋涉，开展出人体眼睛、鼻子、耳朵、皮肤等感官功用的芯片；假如再参加对电磁、电力的感应与操控才能，将赋予物品必定的“生命力和思维”，使物联网的完成变成或许。

封装测验范畴将迎来较大开展：MEMS工业链可大致分为规划、制作、封装测验、计划和跋涉使用。MEMS封测环节技能较集成电路更为杂乱，在整个工业链中，封测的本钱占比到达35%-60%以上。咱们以为MEMS封测范畴将高速开展，绑架将获取工业链价值的最大比例。因而，在MEMS范畴具有抢先技能、规划效应和杰出办理才能的企业的生长性值得重视。

物联网忝在爱末将翻开MEMS 使用的蓝海：据Yole Development 猜测，全球MEMS 商场规划将从2014 年的111 亿美元增加到2020 年的220 亿美元以上，年复合增加在12%以上，增速超越半导体商场。在NB-IOT物联网颁发，新的可穿戴设备需求愈加微型化器材和更为快捷的交互方法，将带给MEMS 器材更多使用机会。

MEMS工业将逐渐走上专业化分工形式：MEMS 制作现在首要分为三类，纯MEMS 代工、IDM 企业代工和传统集成电路MEMS 代工。包围大部分MEMS 事务依然把握在IDM 企业中，跟着制作工艺逐渐标准化，MEMS 工业未来会沿着传统集成电路职业开展趋势，将逐渐走向规划与制作别离的形式。纯MEMS 代工厂与MEMS 规划公司协作开发的商业形式将成为未来事务形式的干流。

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