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MEMS技術無疑已經成為最炙手可熱的半導體技術之一。物聯網大發展背景下，可以預見傳感器率先受益，而MEMS傳感器優勢明顯，將成未來趨勢，空間巨大。中國現在已經是世界上最大的手機和汽車市場，不過令人遺憾的是，我們的中高端傳感器進口比例達80%，傳感器芯片進口比例更高達90%，中國本土的MEMS產業鏈更是仍有很長的路要走。值得欣喜的是，這一產業正在迅速崛起。 中國MEMS產業，弱在哪里？ 毋庸置疑，雖然正在快速崛起中，中國整體MEMS產業現狀與國外先進水平相比仍有不小的差距。敏芯微電子總裁李剛博士分析，造成此差距的原因在于，首先國內MEMS產業起步較晚，產業鏈端整體上比較落后，其次國內整體技術能力與國外先進水平有較大差距。他指出：“我個人認為SMIC在2009年宣布進入MEMS代工業務，算是國內MEMS大規模產業化的元年。美國的MEMS fabless設計公司幫助臺灣打通了MEMS制造產業鏈（代工廠、封裝廠、測試廠），順暢的制造產業鏈也孵化了臺灣本土的一些MEMS fabless設計公司。而本土MEMS產業鏈如何構建呢？代工廠最商業的思維就是承接國際大廠的代工業務，可是本土廠商如果沒有很好的技術積累，國際大廠通常也不會與你合作。” 除了產業鏈不完善，李剛還表示，“本土MEMS產業缺乏高端研發人員，與歐美發達國家相比，我們的研發水平相對較低，從基礎研究上就處于落后地位；亦缺乏經驗豐富的本土MEMS工程師，導致產業化難度較大。同時國內創業環境較差，對很多MEMS初創公司來說較難募集到資金。由于存在上述發展障礙，國內外的MEMS技術差距正在不斷增大。” 上海矽睿科技有限公司總裁謝志峰博士表示，在全球MEMS初期發展階段，國內這方面的研究集中于科研院所，但是產業化發展一直沒有形成規模；近幾年在政府大力支持和各渠道資金的投入下，本土MEMS產業開始快速成長，產業鏈逐漸形成規模。目前國內已經建成了多條達到國際水準的8寸MEMS生產線，但是在工藝制程的研發上還有較長的路要走。目前國內大部分MEMS廠商在國際市場上還缺乏競爭力，但是在個別領域，例如麥克風產品已經具有了可觀的市場占有率。“由于MEMS產品種類的多樣性，使得工藝的發展也各有不同，供應商的數量較多而缺乏規模效應，這一點在本土顯得尤為突出。”他指出。 的確，與IC技術相異的是，MEMS技術的工藝、制造是其技術集中的核心領域，在相當大的程度上制約了中國MEMS產業，特別是MEMS創業設計公司的發展。“在美新1999年在國內和美國同時啟動時，全世界基本上沒有MEMS代工。所有做MEMS的公司，包括美新在內，都得自己建立內部工廠。這使得MEMS創業難上加難。”美新半導體董事長兼CEO趙陽博士指出。因此受整個芯片產業基礎薄弱的影響，MEMS產業還沒能在國際競爭中占據有利地位，各個產業鏈上缺乏規模企業，沒有產生在國際市場上具有領導地位的企業。無錫必創傳感科技有限公司總經理徐鋒補充道：“相比起國際主流廠家，中國MEMS企業出貨量都比較小，所以沒有積累起大規模市場驗證反饋的經驗，在可靠性、穩定性等規模生產工藝技術方面差距巨大。而MEMS傳感器和IC芯片一樣，具有很強的規模效應，國內企業的出貨量上不去，導致整個產業鏈，比如前端流片等環節加工能力比較薄弱，一致性、生產重復性都不能滿足設計的加工工藝要求。因此整個MEMS產業鏈均處于投入階段，盈利比較困難，產生了惡性循環。” 來自制造端的上海華虹宏力半導體技術研發暨設計服務執行副總裁孔蔚然博士表示，相對于歐美的MEMS企業，中國的MEMS產業處于起步階段，短期內無法滿足對MEMS市場的旺盛需求。“與標準化的IC制造相比，MEMS制造通常需要一些專用基礎設備投入，并且需要設計環節和生產制造環節緊密配合。一方面，很多原來制造中的問題要移到設計中去解決；另一方面，一些設計中的困難需要制造工藝來克服。從MEMS產業發展歷程來看，各類MEMS產品的初期研發階段往往是始于那些歐美日IDM大廠。到目前為止，IDM大廠在大多數MEMS產品的技術和市場上仍處于絕對領先態勢。” 同時他還特別指出，當前中國MEMS產業存在專業支撐平臺能力不足、技術成果轉化周期長等問題。“國內發展CMOS集成MEMS方案務必需要研究其他大廠的現有專利，以防止誤觸他人的專利范疇。此外，在MEMS市場競爭激烈之下，為了在市場上占據一席之地，降低生產成本已成為刻不容緩的課題。” 市場搖籃能否孕育中國MEMS產業后發優勢？ 那么，依靠中國這個最大的半導體、電子消費市場，中國MEMS產業是否有機會憑借地域優勢趕超先進？答案是肯定的。對此，孔蔚然總結了三點優勢所在。第一，最直接的終端消費市場需求。由于智能手機、平板電腦的巨大市場需求，以及增長潛力無限的可穿戴和物聯網市場的驅動，MEMS傳感器的市場增量將相當可觀。根據IHS的資料，MEMS傳感器市場于2014年的規模為93億美元，并預測于2019年增至130億美元，年復合增長率為7%。 同時，作為世界制造大國，中國是消費電子、汽車的最大生產和消費國，這也決定了中國是芯片消費大國。相比IC產品，中國在MEMS傳感器產品的自給率更低。但是，差距同時也是機遇。國內MEMS產業勢必需要加快自主研發進度，發揚技術創新，加強上中下游合作，盡早形成產業化，并最終在MEMS市場中占據一席之地甚至持續擴大市場份額。 第二，成熟的CMOS技術工藝和產能。國內200mm CMOS工藝及產線已經具備多年相當成熟的量產經驗，CMOS集成MEMS方案是國內MEMS傳感器發展壯大的唯一出路。以Fabless+Foundry模式，利用成熟的CMOS集成電路生產線，整合MEMS專用設備及工藝，實現MEMS器件與標準CMOS工藝及產線的全兼容，有利于加快MEMS產業的發展，降低成本，避免重復投資，延長200mm設備及廠房技術壽命。 第三，有力的政策支持。鑒于中國消費類電子、汽車應用、醫療等各領域對MEMS元件的強勁需求，政府正大力推動本土MEMS產業的發展，著力將本土晶圓代工廠、IC設計公司與半導體設備供應商聯合起來，形成完整的產業鏈，并為此提供強大的資金后援和有力的政策支持。2014年6月，國務院更是以“國家集成電路發展綱要”積極布局半導體產業，以市場化運作的基金方式投入，從而也為MEMS產業的發展提供了一個良好的條件。 李剛補充認為，在整個行業大背景下，中國MEMS產業面臨著眾多優勢及機遇。“首先，中國作為一個大國，有著人力資源的優勢：中國有著眾多國家基金支持（如863、973、電子發展基金、核高基等）的研究所及大學，培養了眾多的MEMS專業人才，涉及到了MEMS基礎研究的各個方面（材料、工藝、器件、可靠性、封裝等等），可以滿足基礎研發的需求。 中國擁有龐大的在美國及歐洲留學及工作的MEMS人才，如加以利用，可以解決高端研發人才缺乏的問題。其次，中國MEMS產業更多的機遇則來自于現有的產業環境，包括市場時機、市場空間、工業基礎等多方面因素。” 而徐鋒認為，隨著物聯網市場的發展，傳感器需求量會出現持續的增長，而MEMS工藝是目前滿足市場需求的最佳傳感器巨量生產技術。“只要是少數國際廠商壟斷的行業，中國企業都有興趣進入，所以將會有越來越多的資本和企業會進入這個行業，市場需求和少數國際企業壟斷格局將會促進中國本土MEMS產業的發展。” 謝志峰則補充說，隨著國內在IC產業基礎上衍生出的逐步完善的MEMS產業鏈，也讓各類風投資金看到了本土MEMS產業的未來，并已經促成了一系列本土MEMS設計企業的建立。“從海外歸來的具有豐富MEMS經驗的技術人才和管理人才成為本土MEMS企業建立的基礎，使得本土MEMS企業可以在技術上實現較快的突破。”他強調，“未來幾年內可穿戴設備和物聯網應用的爆發是可期待的。可以預見的是在健康醫療、環保、家庭安全、新能源汽車等領域，各類MEMS技術將會得到廣發應用；隨著各類需求更加明確，新興的MEMS技術在化學、光電、生物等方面應該會有所突破。” 李剛認為RF-MEMS，化學傳感器（例如氣體傳感器）、MOEMS，BioMEMS，Actuator等新興技術將會得到更多的發展。 關于如何壯大中國MESM產業的思考 與半導體產業黃金“摩爾定律”不同，MEMS的黃金定律則為“一類產品線，一種制造工藝”。對半導體而言，做“腦細胞”的工藝是一樣的，因此可以不斷復制，而對MEMS而言，做眼睛的工藝很難用來做鼻子，做鼻子的工藝很難來做耳朵。MEMS目前這種制造工藝非標準化的特點就決定了現在沒有一個公司覆蓋全部市場，形成壟斷地位。也正這樣的行業特性留了足夠的戰略發展空間給中國的MEMS公司。“起步晚，底子薄，技術能力差，更重要的是創新能力差，總是做me too的東西。”李剛痛心地表示，無論是IC領域，還是MEMS領域，本土廠商皆是如此。“不過優勢在于我們有龐大的下游市場；多層次的本土市場；開始逐步完善的MEMS產業鏈；技術單點突破的能力。估計會先單點突破，例如在某幾個產品線上的突破，后續才會全面突破。全面超越估計會先從產業鏈端的封裝和測試領域，設計公司和Fab估計在2020年前很難超越。” 作為MEMS設計公司的敏芯，李剛指出設計公司環節與國外競爭對手相比，有困難，有突破。“首先，我們在整合國內MEMS產業鏈上花費了巨大的時間和資本上的投入，推動國內MEMS產業鏈的發展。突破為敏芯是唯一一個全產業鏈本土化的MEMS量產（>1kk支/月）公司。目前公司有三條產品線，硅麥克風、壓力傳感器與加速度傳感器，市場上目前處于開拓階段，還未全面進入國內一線手機廠商。手機領域客戶有海信、傳音等，ODM項目包括魅藍、小錘子、TCL、ZTE等。非手機領域包括philips，logitech，asus，小米，樂視等。公司近期的策略是針對存量市場做代替型產品，將來會布局一些完全創新的產品線。 ” 必創科技2010年左右開始MEMS傳感器芯片投入，徐鋒強調， “我們的研發團隊都是中國最早進入MEMS傳感器行業的高素質人員，具有20年以上的MEMS傳感器研發經驗。我們在MEMS傳感器制程中，除了流片是外包代工的，其他的設計，封裝測試我們都是自己投資建設的，我們做了大量的批產工藝設計和生產線研發，很多關鍵生產設備都是自己研發的，特別是我們的壓力傳感器芯片的開口封裝（BOWP）技術，完全是我們自主的發明創造，對比國際其他主流廠商具有明顯的優勢和差異性。”他補充說，“我們目前把所有的資源都聚焦在MEMS壓力傳感器芯片這一單一品類上，主要面向汽車和消費品市場，目前國內大部分的汽車傳感器制造企業都已經采用或者已經考慮使用必創的MEMS壓力方案。下一步我們會持續改進我們的MEMS壓力傳感器設計生產線，準備擴展海外市場。” 美新則非常獨特，不同于所有MEMS公司。 “我們從設計，封裝，測試，圓片流程樣樣都有。以前都是自己開發，自己建廠，自己生產。我們的MEMS傳感器已經在數十億個手機和消費電子設備中。我們的高精度MEMS傳感器在五千萬輛汽車中。同時我們還有MEMS應用系統解決方案。比如我們的MEMS慣性導航模塊應用于工業和航天，安裝在精準農業拖拉機，無人機，通用飛機，民用噴氣機，及戰斗機等等。我們的流量傳感系統安裝在工業醫療設備中以及氣表中。電流傳感器應用于服務器和各種工業電力系統中。我們的無線局域網系統用于加州葡萄園和橋梁監測。” 趙陽強調，“我們未來的發展將集中在MEMS傳感器在高精度工業的應用。” 矽睿作為一家輕資產重技術的MEMS設計企業，與華虹宏力正是MEMS領域的合作伙伴。謝志峰表示，“在工藝制造方面，我們和華虹宏力聯合開發了國內最先進的8寸MEMS-CMOS工藝制程，成功推出多款達到國際水平的MEMS產品。該領域設計企業數量較少，產品集中于加速度傳感器、磁傳感器、陀螺儀及相關組合傳感器，主要滿足智能移動終端和可穿戴產品的應用，并面向未來物聯網的各類需求。目前包括魅族、青橙等國內知名手機廠商已經采用了我們的產品和方案。”未來，他表示矽睿將形成業界最完整的運動傳感器系列產品線，并著重于研發配套算法和軟件，針對客戶需求開發高附加值的應用方案，為客戶提供最為高效的系統級服務。 而華虹宏力位于MEMS產業的晶圓制造環節，著眼于開發具有自主知識產權的CMOS-MEMS智能傳感器產品集成制造技術平臺，重點開發面向智能移動終端和物聯網的智能傳感器芯片制造工藝平臺，包括表硅MEMS及體硅MEMS工藝平臺。“華虹宏力投資矽睿科技進行戰略合作，發力MEMS傳感器市場，已經合作了多款產品。近期雙方更是聯合推出國內第一款單芯片三軸陀螺儀QMG6982，首次將MEMS陀螺儀器件和ASIC器件集成在單一硅片上，從而簡化了內部連線，減少了內部封裝的互連金線，提升了封裝可靠性，因此較上一代產品體現出更高的性能和良率。” 孔蔚然指出，“MEMS傳感器是華虹宏力一個新的增長機會。我們正在加大與客戶的合作，進一步鞏固和加強現有MEMS傳感器工藝技術及其產品在智能移動終端的市場滲透率，同時也將大力拓展智能穿戴設備、物聯網、汽車和醫療等應用領域。同時，為了確保公司的持續競爭力，我們還將繼續加強由包含MEMS傳感器等研發項目產生重要的創新技術而不斷增加專利和專利申請，大力捍衛我們的知識產品組合。” 中國MEMS產業前方仍面臨著一條艱難的道路。然而可以預見的是，未來中國還將出現更多的MEMS初創公司，分散在各類傳感器產品領域，并可能出現影響全球MEMS市場的關鍵角色，改變目前由國際巨頭瓜分市場的競爭勢態，抒寫中國‘芯’的新篇章。在制造端，以及本文未涉及的封測端，在行業、市場與政府聯合推動下，摸索前進。 來源：eetchina |
