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什么是MEMS技術？
MEMS技術于1980年代發明，是一種利用硅基半導體制造工藝制造微型機械電子系統的技術，最早在汽車和軍工領域有部分應用，主要產品包括MEMS傳感器和MEMS執行器。使用MEMS工藝制造的器件具有小型化、可智能化的特點，契合物聯網中邊緣端設備采集不同維度、海量數據過程中對低功耗、一致性高的需求。但在4G網絡誕生以前，由于通信網絡數據傳輸和承載能力有限，MEMS傳感器的市場需求亦非常有限，正如胎兒時期的人類由于神經網絡尚未發育，相應的感官器官的發展也會受到限制。
縱觀MEMS行業的發展歷史，汽車產業、醫療及健康監護產業、通信產業以及手機和游戲機等個人電子消費品產業相繼促進了MEMS產業的快速發展。尤其是2007年以來，隨著以智能手機為代表的消費電子產品的快速普及和發展，MEMS商業化的進展明顯加快。從而伴隨著4G網絡和智能手機的誕生，MEMS器件在過去十余年時間里有了非常顯著的發展，根據IHS的報告，至2019年整個MEMS器件市場的容量為165億美元，而中國信通院的報告顯示，下游智能傳感器市場的全球市場總量達到378.5億美元。
但整個MEMS器件及下游的智能傳感器市場仍然處于發展的初期，主要原因在于：
一、隨著5G網絡及之后通信網絡數據傳輸速度和承載能力的進一步提高，邊緣端設備感知能力的市場需求才能進一步有效產生，而MEMS器件的低功耗、一致性高以及微小型化極大地契合了這一需求，更多新興的MEMS器件需求以及現有MEMS器件的全新應用場景將在未來10年內持續產生；
二、傳感器是物聯網的核心數據入口，物聯網的發展帶動智能終端設備普及，推動MEMS需求量增長。據全球移動通信系統協會GSMA統計和預測，2019年全球物聯網設備數量為120億臺，預計到2025年將增長至246億臺，2019年到2026年將保持12.7%的復合增長率；
三、全球主要工業國家的人口出生率近年來均出現了不同程度的下降，用工成本和供需矛盾將進一步凸顯，旨在減少用工人員的工業制造智能化的需求涌現，越來越多的制造業工廠正在經歷智能化改造，而MEMS傳感器在智能化制造過程中的應用屬于剛需，需求將不斷提升。
國內掌握核心技術的MEMS企業在未來10年將面臨前所未有的發展機遇。首先，中國是消費電子、汽車、工業制造的主要集中地，這就意味著中國MEMS芯片企業可以與下游市場建立更為緊密的聯系。而國外的MEMS芯片提供商多為英飛凌、意法半導體、德州儀器、ADI等大型模擬芯片廠商以及博世、霍尼韋爾等脫胎于汽車和工業制造供應商的模組廠商，企業體系內原有利益格局較為穩定，相比國內專業的MEMS芯片企業，其在緊貼下游的服務意識和服務半徑方面均存在一定劣勢，對新市場新需求的響應也會相對落后，國內廠商相比而言更能把握住下游市場新的顛覆性需求；國外模擬類芯片大廠多采用IDM模式，并因此得以在行業發展初期占據優勢地位，而國內MEMS芯片企業在發展初期普遍受限于資金，多采用Fabless的模式。因此這也是國內MEMS產品的產業化進程周期較長的一個關鍵原因，同時也是目前國際MEMS芯片廠商仍然處于領先地位的重要因素。而國內MEMS芯片領先企業在制造端的投入將縮短新產品的產業化進程，大大提高其在整個MEMS行業中的競爭力。
MEMS傳感器芯片的基本特點
與大規模集成電路產品均采用標準的CMOS生產工藝不同，MEMS傳感器芯片本質上是在硅片上制造極微小化機械系統和集成電路的集合體，需要綜合運用多學科、多行業的知識與技術、生產加工工藝具有明顯的非標準化和高度的定制化以及對產品供應鏈體系的支撐有著非常高的要求等特點MEMS芯片具有非常強的工藝特征，三維制造工藝與集成電路的二維制造工藝相差甚大，這也是國家十四五規劃中明確將MEMS特殊工藝的突破納入其中的重要原因。
主要技術門檻是什么
(1)跨行業知識與技術的綜合運用
MEMS是一門交叉學科，MEMS產品的研發與設計需要機械、電子、材料、半導體等跨學科知識以及機械制造、半導體制造等跨行業技術的積累和整合。MEMS行業的研發設計人員需要具備上述專業知識技術的深入儲備和對上下游行業的深入理解，才能設計出既滿足客戶需求，又適合供應商實際加工能力的MEMS產品，因此對研發人員的專業知識和行業經驗都提出了較高的要求。
(2)各生產環節均存在技術壁壘
與大規模集成電路行業相比，MEMS產品的研發步驟更加復雜，除了完成MEMS傳感器芯片的設計外，還需要開發出適合公司芯片設計路線的MEMS晶圓制造工藝。在晶圓制造廠商缺乏成熟的MEMS工藝模塊的情況下，公司需要參與開發適合晶圓制造廠商的制造工藝模塊，即使在晶圓制造廠商已經具備成熟制造工藝模塊的情況下，公司也需要根據公司的芯片設計路線確定每款芯片的具體工藝流程。由于MEMS傳感器需要與外界環境進行接觸，感知外部信號的變化，所以需要對成品的封裝結構和封裝工藝進行研發與設計，以降低產品失效的可能性。由于MEMS傳感器承擔了對外部信號的獲取和轉換等功能，下游應用場景多樣，產品內部的極微小型機械系統對外界應用環境相對敏感，因此公司還需要負責MEMS專業測試設備系統和測試技術的開發，以滿足MEMS傳感器產品性能和質量測試的需求。因此，MEMS傳感器行業在芯片設計、晶圓制造、封裝和測試環節都具有壁壘。
(3)技術工藝非標準化
MEMS傳感器具有一種產品一種加工工藝的特點。MEMS傳感器產品種類多樣，各種產品的功能和應用領域也不盡相同，使得各種MEMS傳感器的生產工藝和封裝工藝均需要根據產品設計進行調試，晶圓和成品的測試過程也采取非標準工藝，因此MEMS傳感器產品不存在通用化的技術工藝，需要從基礎研發開始對產品設計、生產工藝、設備開發和材料選取等各生產要素經歷長時間的研發和投入，并在大量出貨的過程中不斷對上述生產要素進行完善和優化。
(原標題：MEMS傳感器的基本特點與技術門檻)
浙公網安備 33010602000006號
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