什么是MEMS技術(shù)？
 

　　MEMS技術(shù)于1980年代發(fā)明，是一種利用硅基半導(dǎo)體制造工藝制造微型機(jī)械電子系統(tǒng)的技術(shù)，最早在汽車和軍工領(lǐng)域有部分應(yīng)用，主要產(chǎn)品包括MEMS傳感器和MEMS執(zhí)行器。使用MEMS工藝制造的器件具有小型化、可智能化的特點(diǎn)，契合物聯(lián)網(wǎng)中邊緣端設(shè)備采集不同維度、海量數(shù)據(jù)過程中對(duì)低功耗、一致性高的需求。但在4G網(wǎng)絡(luò)誕生以前，由于通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和承載能力有限，MEMS傳感器的市場(chǎng)需求亦非常有限，正如胎兒時(shí)期的人類由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)尚未發(fā)育，相應(yīng)的感官器官的發(fā)展也會(huì)受到限制。
 

　　縱觀MEMS行業(yè)的發(fā)展歷史，汽車產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療及健康監(jiān)護(hù)產(chǎn)業(yè)、通信產(chǎn)業(yè)以及手機(jī)和游戲機(jī)等個(gè)人電子消費(fèi)品產(chǎn)業(yè)相繼促進(jìn)了MEMS產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。尤其是2007年以來(lái)，隨著以智能手機(jī)為代表的消費(fèi)電子產(chǎn)品的快速普及和發(fā)展，MEMS商業(yè)化的進(jìn)展明顯加快。從而伴隨著4G網(wǎng)絡(luò)和智能手機(jī)的誕生，MEMS器件在過去十余年時(shí)間里有了非常顯著的發(fā)展，根據(jù)IHS的報(bào)告，至2019年整個(gè)MEMS器件市場(chǎng)的容量為165億美元，而中國(guó)信通院的報(bào)告顯示，下游智能傳感器市場(chǎng)的全球市場(chǎng)總量達(dá)到378.5億美元。
 

　　但整個(gè)MEMS器件及下游的智能傳感器市場(chǎng)仍然處于發(fā)展的初期，主要原因在于：
 

　　一、隨著5G網(wǎng)絡(luò)及之后通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度和承載能力的進(jìn)一步提高，邊緣端設(shè)備感知能力的市場(chǎng)需求才能進(jìn)一步有效產(chǎn)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(xiàn)有MEMS器件的全新應(yīng)用場(chǎng)景將在未來(lái)10年內(nèi)持續(xù)產(chǎn)生；
 

　　二、傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的核心數(shù)據(jù)入口，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶動(dòng)智能終端設(shè)備普及，推動(dòng)MEMS需求量增長(zhǎng)。據(jù)全球移動(dòng)通信系統(tǒng)協(xié)會(huì)GSMA統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，2019年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量為120億臺(tái)，預(yù)計(jì)到2025年將增長(zhǎng)至246億臺(tái)，2019年到2026年將保持12.7%的復(fù)合增長(zhǎng)率；
 

　　三、全球主要工業(yè)國(guó)家的人口出生率近年來(lái)均出現(xiàn)了不同程度的下降，用工成本和供需矛盾將進(jìn)一步凸顯，旨在減少用工人員的工業(yè)制造智能化的需求涌現(xiàn)，越來(lái)越多的制造業(yè)工廠正在經(jīng)歷智能化改造，而MEMS傳感器在智能化制造過程中的應(yīng)用屬于剛需，需求將不斷提升。
 

　　國(guó)內(nèi)掌握核心技術(shù)的MEMS企業(yè)在未來(lái)10年將面臨前所未有的發(fā)展機(jī)遇。首先，中國(guó)是消費(fèi)電子、汽車、工業(yè)制造的主要集中地，這就意味著中國(guó)MEMS芯片企業(yè)可以與下游市場(chǎng)建立更為緊密的聯(lián)系。而國(guó)外的MEMS芯片提供商多為英飛凌、意法半導(dǎo)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(yè)制造供應(yīng)商的模組廠商，企業(yè)體系內(nèi)原有利益格局較為穩(wěn)定，相比國(guó)內(nèi)專業(yè)的MEMS芯片企業(yè)，其在緊貼下游的服務(wù)意識(shí)和服務(wù)半徑方面均存在一定劣勢(shì)，對(duì)新市場(chǎng)新需求的響應(yīng)也會(huì)相對(duì)落后，國(guó)內(nèi)廠商相比而言更能把握住下游市場(chǎng)新的顛覆性需求；國(guó)外模擬類芯片大廠多采用IDM模式，并因此得以在行業(yè)發(fā)展初期占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，而國(guó)內(nèi)MEMS芯片企業(yè)在發(fā)展初期普遍受限于資金，多采用Fabless的模式。因此這也是國(guó)內(nèi)MEMS產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程周期較長(zhǎng)的一個(gè)關(guān)鍵原因，同時(shí)也是目前國(guó)際MEMS芯片廠商仍然處于領(lǐng)先地位的重要因素。而國(guó)內(nèi)MEMS芯片領(lǐng)先企業(yè)在制造端的投入將縮短新產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，大大提高其在整個(gè)MEMS行業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)力。
 

　　MEMS傳感器芯片的基本特點(diǎn)
 

　　與大規(guī)模集成電路產(chǎn)品均采用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS生產(chǎn)工藝不同，MEMS傳感器芯片本質(zhì)上是在硅片上制造極微小化機(jī)械系統(tǒng)和集成電路的集合體，需要綜合運(yùn)用多學(xué)科、多行業(yè)的知識(shí)與技術(shù)、生產(chǎn)加工工藝具有明顯的非標(biāo)準(zhǔn)化和高度的定制化以及對(duì)產(chǎn)品供應(yīng)鏈體系的支撐有著非常高的要求等特點(diǎn)MEMS芯片具有非常強(qiáng)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(guó)家十四五規(guī)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(shù)門檻是什么
 

　　(1)跨行業(yè)知識(shí)與技術(shù)的綜合運(yùn)用
 

　　MEMS是一門交叉學(xué)科，MEMS產(chǎn)品的研發(fā)與設(shè)計(jì)需要機(jī)械、電子、材料、半導(dǎo)體等跨學(xué)科知識(shí)以及機(jī)械制造、半導(dǎo)體制造等跨行業(yè)技術(shù)的積累和整合。MEMS行業(yè)的研發(fā)設(shè)計(jì)人員需要具備上述專業(yè)知識(shí)技術(shù)的深入儲(chǔ)備和對(duì)上下游行業(yè)的深入理解，才能設(shè)計(jì)出既滿足客戶需求，又適合供應(yīng)商實(shí)際加工能力的MEMS產(chǎn)品，因此對(duì)研發(fā)人員的專業(yè)知識(shí)和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)都提出了較高的要求。
 

　　(2)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)均存在技術(shù)壁壘
 

　　與大規(guī)模集成電路行業(yè)相比，MEMS產(chǎn)品的研發(fā)步驟更加復(fù)雜，除了完成MEMS傳感器芯片的設(shè)計(jì)外，還需要開發(fā)出適合公司芯片設(shè)計(jì)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(fā)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(jīng)具備成熟制造工藝模塊的情況下，公司也需要根據(jù)公司的芯片設(shè)計(jì)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(huán)境進(jìn)行接觸，感知外部信號(hào)的變化，所以需要對(duì)成品的封裝結(jié)構(gòu)和封裝工藝進(jìn)行研發(fā)與設(shè)計(jì)，以降低產(chǎn)品失效的可能性。由于MEMS傳感器承擔(dān)了對(duì)外部信號(hào)的獲取和轉(zhuǎn)換等功能，下游應(yīng)用場(chǎng)景多樣，產(chǎn)品內(nèi)部的極微小型機(jī)械系統(tǒng)對(duì)外界應(yīng)用環(huán)境相對(duì)敏感，因此公司還需要負(fù)責(zé)MEMS專業(yè)測(cè)試設(shè)備系統(tǒng)和測(cè)試技術(shù)的開發(fā)，以滿足MEMS傳感器產(chǎn)品性能和質(zhì)量測(cè)試的需求。因此，MEMS傳感器行業(yè)在芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝和測(cè)試環(huán)節(jié)都具有壁壘。
 

　　(3)技術(shù)工藝非標(biāo)準(zhǔn)化
 

　　MEMS傳感器具有一種產(chǎn)品一種加工工藝的特點(diǎn)。MEMS傳感器產(chǎn)品種類多樣，各種產(chǎn)品的功能和應(yīng)用領(lǐng)域也不盡相同，使得各種MEMS傳感器的生產(chǎn)工藝和封裝工藝均需要根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)試，晶圓和成品的測(cè)試過程也采取非標(biāo)準(zhǔn)工藝，因此MEMS傳感器產(chǎn)品不存在通用化的技術(shù)工藝，需要從基礎(chǔ)研發(fā)開始對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、設(shè)備開發(fā)和材料選取等各生產(chǎn)要素經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的研發(fā)和投入，并在大量出貨的過程中不斷對(duì)上述生產(chǎn)要素進(jìn)行完善和優(yōu)化。
 

　　(原標(biāo)題：MEMS傳感器的基本特點(diǎn)與技術(shù)門檻)