半導(dǎo)體的發(fā)展歷史：從電子管-晶體管-集成電路

微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro Mechanical System）是指尺寸在幾毫米乃至更小的傳感器裝置，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級(jí)，是一個(gè)獨(dú)立的智能系統(tǒng)。簡(jiǎn)單理解， MEMS 就是將傳統(tǒng)傳感器的機(jī)械部件微型化后，通過(guò)三維堆疊技術(shù)，例如三維硅穿孔 TSV 等技術(shù)把器件固定在硅晶元（wafer）上，最后根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合采用特殊定制的封裝形式， 最終切割組裝而成的硅基傳感器。 受益于普通傳感器無(wú)法企及的 IC 硅片加工批量化生產(chǎn)帶來(lái)的成本優(yōu)勢(shì)， MEMS 同時(shí)又具備普通傳感器無(wú)法具備的微型化和高集成度。

傳統(tǒng) ECM 駐極體電容麥克風(fēng)/Apple Watch 樓氏 MEMS 硅麥克風(fēng)

諸如最典型的半導(dǎo)體發(fā)展歷史： 從 20 世紀(jì)初在英國(guó)物理學(xué)家弗萊明手下發(fā)明的第一個(gè)電子管，到 1943 年擁有 17468 個(gè)電子三極管的 ENIAC 和 1954 年誕生裝有 800 個(gè)晶體管的計(jì)算機(jī) TRADIC， 到 1954 年飛兆半導(dǎo)體發(fā)明了平面工藝使得集成電路可以量產(chǎn)， 從而誕生了 1964 年具有里程碑意義的首款使用集成電路的計(jì)算機(jī) IBM 360。 模擬量到數(shù)字化、 大體積到小型化以及隨之而來(lái)的高度集成化，是所有近現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)發(fā)展前進(jìn)的永恒追求。

半導(dǎo)體的發(fā)展歷史： 從電子管-晶體管-集成電路

正因?yàn)?MEMS 擁有如此眾多跨世代的優(yōu)勢(shì)， 目前來(lái)看我們認(rèn)為其是替代傳統(tǒng)傳感器的唯一可能選擇，也可能是未來(lái)構(gòu)筑物聯(lián)網(wǎng)感知層傳感器最主要的選擇之一。

1）微型化：MEMS 器件體積小， 一般單個(gè) MEMS 傳感器的尺寸以毫米甚至微米為計(jì)量單位， 重量輕、耗能低。 同時(shí)微型化以后的機(jī)械部件具有慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。 MEMS 更高的表面體積比（表面積比體積） 可以提高表面?zhèn)鞲衅鞯拿舾谐潭取?/p>

2）硅基加工工藝，可兼容傳統(tǒng) IC 生產(chǎn)工藝：硅的強(qiáng)度、硬度和楊氏模量與鐵相當(dāng)，密度類似鋁，熱傳導(dǎo)率接近鉬和鎢，同時(shí)可以很大程度上兼容硅基加工工藝。

3）批量生產(chǎn)：以單個(gè) 5mm*5mm 尺寸的 MEMS 傳感器為例， 用硅微加工工藝在一片 8 英寸的硅片晶元上可同時(shí)切割出大約 1000 個(gè) MEMS 芯片， 批量生產(chǎn)可大大降低單個(gè) MEMS 的生產(chǎn)成本。

4）集成化：一般來(lái)說(shuō)，單顆 MEMS 往往在封裝機(jī)械傳感器的同時(shí)， 還會(huì)集成ASIC 芯片，控制 MEMS 芯片以及轉(zhuǎn)換模擬量為數(shù)字量輸出。 同時(shí)不同的封裝工藝可以把不同功能、不同敏感方向或致動(dòng)方向的多個(gè)傳感器或執(zhí)行器集成于一體，或形成微傳感器陣列、微執(zhí)行器陣列，甚至把多種功能的器件集成在一起，形成復(fù)雜的微系統(tǒng)。微傳感器、微執(zhí)行器和微電子器件的集成可制造出可靠性、穩(wěn)定性很高的 MEMS。 隨著 MEMS 的工藝的發(fā)展，現(xiàn)在傾向于單個(gè) MEMS 芯片中整合更多的功能， 實(shí)現(xiàn)更高的集成度。 例如慣性傳感器 IMU（Inertial measurement unit） 中， 從最早的分立慣性傳感器，到 ADI 推出的一個(gè)封裝內(nèi)中集成了三軸陀螺儀、加速度計(jì)、磁力計(jì)和一個(gè)壓力傳感器以及 ADSP-BF512 Blackfin 處理器的 10 自由度高精度 MEMS 慣性測(cè)量單元。

5）多學(xué)科交叉：MEMS 涉及電子、機(jī)械、材料、制造、信息與自動(dòng)控制、物理、化學(xué)和生物等多種學(xué)科，并集約了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的許多尖端成果。MEMS 是構(gòu)筑物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)物理感知層傳感器的最主要選擇之一。 由于物聯(lián)網(wǎng)特別是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)器件的物理尺寸、功耗、成本等十分敏感，傳感器的微型化對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。 MEMS 微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)合兼容傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝， 采用微米技術(shù)在芯片上制造微型機(jī)械，并將其與對(duì)應(yīng)電路集成為一個(gè)整體的技術(shù)，它是以半導(dǎo)體制造技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的， 批量化生產(chǎn)能滿足物聯(lián)網(wǎng)對(duì)傳感器的巨大需求量和低成本要求。

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來(lái)，MEMS的機(jī)會(huì)

全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中， PC 在主導(dǎo)產(chǎn)業(yè) 10 多年后， 已經(jīng)逐漸讓位于消費(fèi)電子， 隨著摩爾定律逐漸到達(dá)其瓶頸， 制程的進(jìn)步已經(jīng)漸近其物理極限。 根據(jù) MonolithIC 3D 創(chuàng)辦人 Zvi Or-Bach 的觀點(diǎn)，在 28 納米之后， 晶圓廠可以繼續(xù)把晶體做得更小、但卻無(wú)法更便宜， 對(duì)制程要求相對(duì)較低的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可能會(huì)成為成熟制程重要的下游產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

摩爾定律正在接近極限

就目前趨勢(shì)來(lái)看， 高端制程在整個(gè) IC 封裝工藝中， 占比已經(jīng)開(kāi)始相對(duì)下降。 先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)元件的實(shí)際工程成本，已經(jīng)證明對(duì)產(chǎn)業(yè)界大多數(shù)廠商來(lái)說(shuō)都太昂貴；因此半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)確實(shí)已經(jīng)分頭發(fā)展，只有少數(shù)會(huì)追求微縮至 7 納米，而大多數(shù)仍維持采用 28 納米或更舊節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。

未來(lái)可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)大規(guī)模下游應(yīng)用主要會(huì)以新的消費(fèi)電子例如 AR/VR， 以及物聯(lián)網(wǎng)例如智能駕駛、 智慧物流、 智能家居等。 而傳感器做為感知層，是不可或缺的關(guān)鍵基礎(chǔ)物理層部分，物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，將會(huì)給 MEMS 行業(yè)帶來(lái)巨大的發(fā)展紅利。

物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)主要包括三部分：感知層、傳輸層和應(yīng)用層。 感知層的作用主要是獲取環(huán)境信息和物與物的交互， 主要由傳感器、 微處理器和 RF 無(wú)線收發(fā)器等組成； 傳輸層主要用于感知層之間的信息傳遞，由包括 NB IOT、Zig Bee、Thread、藍(lán)牙等通訊協(xié)議組成；應(yīng)用層主要包括云計(jì)算、云存儲(chǔ)、 大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘以及人機(jī)交互等軟件應(yīng)用層面構(gòu)成。 感知層傳感器處于整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的最底層，是數(shù)據(jù)采集的入口，物聯(lián)網(wǎng)的“心臟”， 有著巨大的發(fā)展空間。

物聯(lián)網(wǎng)的三層架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)覆蓋面廣，小到手機(jī)，大到新能源汽車以及大量未聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備、終端都將聯(lián)通，為市場(chǎng)帶來(lái)萬(wàn)億市值增長(zhǎng)潛力?；ヂ?lián)網(wǎng)、智能手機(jī)的出世推動(dòng)了信息產(chǎn)業(yè)第二波浪潮，但目前已趨于成熟，增速較為平緩，而以傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)為代表的信息獲取或信息感知正在推動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)進(jìn)入第三次浪潮，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代已經(jīng)啟動(dòng)。

物聯(lián)網(wǎng)：第三次產(chǎn)業(yè)化浪潮

2015 年，全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模已接近 3500 億美元，中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到7500 億人民幣。 Forrester Research 預(yù)測(cè)，到 2020 年，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模要比信息互聯(lián)網(wǎng)大 30 倍，將有 240 億臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，真正實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。

隨著國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)等多個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)和工藝正在逐步成熟， MEMS 作為物理量連接半導(dǎo)體的產(chǎn)物，將恰逢其時(shí)的受益于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， MEMS 在消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)控制、軍工、智能家居、智慧城市等領(lǐng)域?qū)⒌玫礁鼮閺V泛的應(yīng)用，根據(jù) Yole developpement 的預(yù)測(cè)， 2016-2020 年 MEMS 傳感器市場(chǎng)將以 13%年復(fù)合成長(zhǎng)率增長(zhǎng)， 2020 年 MEMS 傳感器市場(chǎng)將達(dá)到 300 億美元,前景無(wú)限。

MEMS 全球市場(chǎng)產(chǎn)值預(yù)測(cè)（億美元）

2015 年中國(guó) MEMS 器件市場(chǎng)規(guī)模為 308 億元人民幣，占據(jù)全球市場(chǎng)的三分之一。從發(fā)展速度而言，中國(guó) MEMS 市場(chǎng)增速一直快于全球市場(chǎng)增速。中國(guó) MEMS 器件市場(chǎng)平均增速約 15 - 20%，中國(guó)集成電路市場(chǎng)增速約為 7 - 10%，橫向?qū)Ρ榷裕琈EMS 器件市場(chǎng)的增速兩倍于集成電路市場(chǎng)。

中國(guó)近年 MEMS 傳感器市場(chǎng)規(guī)模（億元）

MEMS產(chǎn)業(yè)鏈一覽，國(guó)外領(lǐng)先

MEMS 沒(méi)有一個(gè)固定成型的標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)工藝流程， 每一款 MEMS 都針對(duì)下游特定的應(yīng)用場(chǎng)合， 因而有獨(dú)特的設(shè)計(jì)和對(duì)應(yīng)的封裝形式，千差萬(wàn)別。

MEMS 和傳統(tǒng)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有著巨大的不同， 她是微型機(jī)械加工工藝和半導(dǎo)體工藝的結(jié)合。 MEMS 傳感器本身一般是個(gè)比較復(fù)雜的微型物理機(jī)械結(jié)構(gòu)，并沒(méi)有 PN 結(jié)。但同時(shí)單個(gè) MEMS 一般都會(huì)集成 ASIC 芯片并植在硅晶圓片上， 再封裝測(cè)試和切割，后道工藝流程又類似傳統(tǒng) COMS 工藝流程。

因此 MEMS 性能的提升很大程度上不會(huì)過(guò)分依賴于硅晶圓制程工藝的升級(jí)， 而更傾向于根據(jù)下游應(yīng)用需求定制設(shè)計(jì)、對(duì)微型機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、對(duì)不同材料的選擇，實(shí)現(xiàn)每一款傳感器的獨(dú)特功能，因此也不存在傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝晶圓廠不同世代的制程工藝升級(jí)路線圖（ROAD MAP）。

IC 制程工藝更接近于 2D 平面 VS MEMS3 維立體堆疊

典型的 MEMS 系統(tǒng)如圖所示，由傳感器、信息處理單元、執(zhí)行器和通訊/接口單元等組成。其輸入是物理信號(hào)，通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理（模擬的和/或數(shù)字的）后，由執(zhí)行器與外界作用。每一個(gè)微系統(tǒng)可以采用數(shù)字或模擬信號(hào)（電、光、磁等物理量）與其它微系統(tǒng)進(jìn)行通信。 MEMS 將電子系統(tǒng)與周圍環(huán)境有機(jī)結(jié)合在一起，微傳感器接收運(yùn)動(dòng)、光、熱、聲、磁等自然界信號(hào)，信號(hào)再被轉(zhuǎn)換成電子系統(tǒng)能夠識(shí)別、處理的電信號(hào)，部分 MEMS 器件可通過(guò)微執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)對(duì)外部介質(zhì)的操作功能。

傳感器工作原理

MEMS 產(chǎn)業(yè)鏈類似于傳統(tǒng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，主要包括了四大部分：前端 fabless 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、 ODM 代工晶圓廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)、 封裝測(cè)試到下游最終應(yīng)用的四大環(huán)節(jié)。

MEMS 產(chǎn)業(yè)鏈劃分

全球前十名 MEMS 廠商主要包括博世、意法半導(dǎo)體、惠普、德州儀器、佳能、InvenSense、 Avago 和 Qorvo、 樓氏電子、松下等等。 其中 BOSCH 因?yàn)槠湓谄囯娮雍拖M(fèi)電子的雙重布局，牢牢占據(jù)著行業(yè)的第一的位置，其營(yíng)收約占前五大公司合計(jì)營(yíng)收的三分之一。

大部分 MEMS 行業(yè)的主要廠商是以 Fabless 為主， 例如樓氏、 HP、佳能等。同時(shí)，平行的也有 IDM 廠商垂直參與到整條產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，比如 Bosch、 ST等都建有自己的晶元代工生產(chǎn)線。

全球主要 MEMS 廠商的生產(chǎn)模式定位

基于之前闡述的 MEMS 本身區(qū)別于傳統(tǒng) IC 產(chǎn)業(yè)特征， 我們認(rèn)為行業(yè)的核心門檻在于兩點(diǎn)：設(shè)計(jì)理念和封測(cè)工藝。

前者不僅僅包括對(duì)傳統(tǒng) IC 設(shè)計(jì)的理解，更需要包括多學(xué)科的綜和，例如微觀材料學(xué)、力學(xué)、 化學(xué)等等。 原因是因?yàn)閮?nèi)部涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)，空腔，和不同的應(yīng)用場(chǎng)景，如導(dǎo)航，光學(xué)，物理傳感等?？梢哉归_(kāi)細(xì)說(shuō)。

后者， 因?yàn)閱蝹€(gè) MEMS 被設(shè)計(jì)出來(lái)的使用用途、使用環(huán)境、 實(shí)現(xiàn)目的不同，對(duì)封裝有著各種完全不同的要求。 比如對(duì)硅麥有防水和不防水區(qū)分，光學(xué)血氧濃度傳感器需要穿孔和空腔安裝透鏡，氣壓傳感器需要向外界敞開(kāi)不能密封等等。 在整個(gè) MEMS 生產(chǎn)中，封測(cè)的成本占比達(dá)到 35%-60%以上。

MEMS 成本結(jié)構(gòu)拆分

一、設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

作為 MEMS 的核心門檻之一， 半導(dǎo)體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)因?yàn)槠?fabless 的輕資產(chǎn)特性，及其核心門檻， 國(guó)內(nèi)公司投資較為積極。 國(guó)內(nèi)有眾多比較知名的 Fabless， 例如海思半導(dǎo)體、 展訊、 RDA、全志科技、 國(guó)民技術(shù)、瀾起科技等等。

但國(guó)內(nèi) MEMS 行業(yè)的 fabless 規(guī)模相對(duì)較小， 但市場(chǎng)規(guī)模來(lái)說(shuō)具備很大的發(fā)展空間。 面對(duì)國(guó)內(nèi)巨大的消費(fèi)電子市場(chǎng)， 自產(chǎn)自銷滿足國(guó)內(nèi)部分中低端市場(chǎng)需求，也是國(guó)內(nèi) Fabless 公司的一個(gè)捷徑。例如蘇州敏芯， 他的微硅麥克風(fēng)傳感器產(chǎn)品已經(jīng)滲透至以消費(fèi)類電子產(chǎn)品為主的各個(gè)細(xì)分應(yīng)用中，成功應(yīng)用在 MOTOROLA， SONY， ASUS，聯(lián)想，魅族，小米等品牌客戶的產(chǎn)品上。

中國(guó) MEMS 設(shè)計(jì)企業(yè)主要集中于華東地區(qū)，約占全國(guó)企業(yè)總數(shù)的 55%，其中，以上海、蘇州、無(wú)錫三地為產(chǎn)業(yè)集中地：

? 上海：深迪，矽睿，麗恒，芯敏，微聯(lián)，銘動(dòng)，文襄，天英，巨哥

? 蘇州：明皜，敏芯，雙橋，多維，能斯達(dá)，汶灝，圣賽諾爾，希美

? 無(wú)錫：美新，樂(lè)爾，康森斯克，微奧，杰德，必創(chuàng)，微納，芯奧微，沃浦

? 其他： 深圳瑞聲，山東歌爾，河北美泰，山西科泰，鄭州煒盛，北京水木智芯，浙江大立，武漢高德，成都國(guó)騰，西安勵(lì)德，天津微納芯等。

國(guó)內(nèi) MEMS 企業(yè)布局

二、制造環(huán)節(jié)：代工、 封測(cè)

統(tǒng)計(jì)的前十大中，設(shè)計(jì)全為中資而制造和封裝絕大多數(shù)為外資。但外資的成長(zhǎng)性弱于中資，所以中資制造業(yè)和測(cè)試封裝業(yè)的實(shí)際增長(zhǎng)應(yīng)高于統(tǒng)計(jì)的平均數(shù)據(jù)。尤其是測(cè)試封裝，增速均高于行業(yè)： 5 年復(fù)合增速長(zhǎng)電科技 16.5%、華天科技26.94%、通富微電 8.25%、晶方科技 34.2%。

IC 產(chǎn)業(yè)通過(guò)單一工藝即可支持整個(gè)產(chǎn)品世代，其產(chǎn)品制造工藝標(biāo)準(zhǔn)化程度高，批量化生產(chǎn)相對(duì)簡(jiǎn)易。而 MEMS 產(chǎn)品種類豐富、功能各異，工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中呈現(xiàn)出“一類產(chǎn)品，一種制造工藝”的特點(diǎn)。 MEMS 芯片或器件的種類多達(dá)上萬(wàn)、個(gè)性特征明顯，除了采用相同的硅材料外，不同的 MEMS 產(chǎn)品之間沒(méi)有完全標(biāo)準(zhǔn)的工藝，產(chǎn)品參量較多，每類產(chǎn)品品種實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)都需要從前端研發(fā)重新投入，工藝開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，且量產(chǎn)率較傳統(tǒng)半導(dǎo)體生產(chǎn)行業(yè)相比更低，依靠單一種類的MEMS 產(chǎn)品很難支撐一個(gè)公司。

雖然不同種類的 MEMS 從用途來(lái)說(shuō)截然不同，封裝形式也是天壤之別。但是從封裝結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)， 大致可以分為以下 3 類： 封閉式封裝（Closed Package）、開(kāi)放空腔式封裝（Open Cavity Package）、眼式封裝（Open Eyed Package）。

MEMS封裝形式

中國(guó) MEMS 產(chǎn)業(yè)在 2009 年后才逐漸起步，目前尚未形成規(guī)模，產(chǎn)業(yè)整體處于從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)向商用量產(chǎn)轉(zhuǎn)型階段。國(guó)內(nèi) MEMS 廠家在營(yíng)業(yè)規(guī)模、技術(shù)水平、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)環(huán)境上與國(guó)外有明顯差距， 60%-70%的設(shè)計(jì)產(chǎn)品依舊集中在加速度計(jì)、壓力傳感器等傳統(tǒng)領(lǐng)域，對(duì)新產(chǎn)品（例如生物傳感器、化學(xué)傳感器、陀螺儀）的涉足不多。工藝水平與經(jīng)驗(yàn)缺失制約代工廠發(fā)展，制造環(huán)節(jié)亟需填補(bǔ)空白。

微機(jī)電系統(tǒng)的生產(chǎn)制造涵蓋設(shè)計(jì)、制造和封測(cè)。由于系統(tǒng)器件具有高度定制化、制程控制與材質(zhì)特殊的特點(diǎn)，封裝與測(cè)試環(huán)節(jié)至少占到整個(gè)成本的 60%。因此，為了能夠在日益嚴(yán)峻的產(chǎn)品價(jià)格下跌趨勢(shì)下有效降低成本，多數(shù)無(wú)晶圓或輕晶圓MEMS 供應(yīng)商將封裝與測(cè)試環(huán)節(jié)外包給專業(yè)封測(cè)廠商，這也將為 MEMS 器件封裝及測(cè)試廠商帶來(lái)機(jī)遇。

隨著國(guó)家政策扶持，近兩年中國(guó) MEMS 產(chǎn)線投資興起， 2014 年國(guó)內(nèi) MEMS 代工廠建設(shè)投資超過(guò) 1.5 億美元，但是技術(shù)的匱乏和人才的缺失依然是產(chǎn)業(yè)短板。MEMS 技術(shù)與 IC 技術(shù)有本質(zhì)差異，技術(shù)核心領(lǐng)域在于工藝和制造， MEMS 制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高度定制化、依賴于專用設(shè)備，且具有很強(qiáng)的規(guī)模效應(yīng)。目前，本土MEMS產(chǎn)業(yè)明顯落后國(guó)際水平，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)嚴(yán)重依賴進(jìn)口，市場(chǎng)份額基本被Bosch、ST、 ADI、 Honeywell、 Infineon、 AKM 等國(guó)際大公司寡頭壟斷，中高端 MEMS傳感器進(jìn)口比例達(dá) 80%，傳感器芯片進(jìn)口比例高達(dá) 90%。

MEMS 制造目前主要分為三類，純 MEMS 代工、 IDM 企業(yè)代工和傳統(tǒng)集成電路 MEMS 代工。與其將 MEMS 看做一種產(chǎn)品倒不如把它看成一種工藝， MEMS器件依賴各種工藝和許多變量。只有經(jīng)過(guò)多年的工藝改進(jìn)及測(cè)試， MEMS 器件才能真正被商品化。研發(fā)團(tuán)隊(duì)一般需要大量時(shí)間來(lái)搜索有關(guān)工藝及材料物理特性方面的資料。利用單一一種材料(如多晶硅)制得的器件可能需要根據(jù)多晶硅的來(lái)源及沉積方法來(lái)標(biāo)記工藝中的變化。因此每一種工藝都需要長(zhǎng)期、大量的數(shù)據(jù)來(lái)穩(wěn)定一個(gè)工藝。

國(guó)內(nèi) MEMS 代工廠華潤(rùn)上華、中芯國(guó)際、上海先進(jìn)等，硬件條件雖與國(guó)際水平相近，但開(kāi)發(fā)能力遠(yuǎn)不及海外代工廠；中國(guó) MEMS 代工企業(yè)還未積累起足夠的工藝技術(shù)儲(chǔ)備和大規(guī)模市場(chǎng)驗(yàn)證反饋的經(jīng)驗(yàn)，加工工藝的一致性、可重復(fù)性都不能滿足設(shè)計(jì)需要，產(chǎn)品的良率和可靠性也無(wú)法達(dá)到規(guī)模生產(chǎn)要求。因此商業(yè)化階段的本土設(shè)計(jì)公司更愿意同 TSMC、 X-Fab、 Silex 等海外成熟代工廠合作。

代工環(huán)節(jié)薄弱導(dǎo)致好的設(shè)計(jì)無(wú)法迅速產(chǎn)品化并推向市場(chǎng)，極大地制約了中國(guó)MEMS 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)中游迫切需要有工藝經(jīng)驗(yàn)和高端技術(shù)的廠商填補(bǔ)洼地。雖然大部分 MEMS 業(yè)務(wù)仍然掌握在 IDM 企業(yè)中，隨著制造工藝逐漸標(biāo)準(zhǔn)化，MEMS 產(chǎn)業(yè)未來(lái)會(huì)沿著傳統(tǒng)集成電路行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，將逐步走向設(shè)計(jì)與制造分離的模式。純 MEMS 代工廠與 MEMS 設(shè)計(jì)公司合作開(kāi)發(fā)的商業(yè)模式將成為未來(lái)業(yè)務(wù)模式的主流。

MEMS 代工企業(yè)類型比較

MEMS 技術(shù)自八十年代末開(kāi)始受到世界各國(guó)的廣泛重視，對(duì)比傳統(tǒng)集成電路，該系統(tǒng)擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，體積小、重量輕，最大不超過(guò)一個(gè)厘米，甚至僅僅為幾個(gè)微米，其厚度更加微小。 MEMS 的原材料以硅為主，價(jià)格低廉，產(chǎn)量充足批量，良率高。同時(shí)使用壽命長(zhǎng)，耗能低，但由于 MEMS 的工藝難度高，其良率仍然與傳統(tǒng) IC 制造相比有一定的差距。

就工藝方面，目前全球主要的技術(shù)途徑有三種，一是以美國(guó)為代表的以集成電路加工技術(shù)為基礎(chǔ)的硅基微加工技術(shù)；二是以德國(guó)為代表發(fā)展起來(lái)的利用 X 射線深度光刻、微電鑄、微鑄塑的 LIGA 技術(shù)；三是以日本為代表發(fā)展的精密加工技術(shù)，如微細(xì)電火花 EDM、超聲波加工。

盡管 MEMS 和 IC 在封裝和外觀上具有相似性，但實(shí)質(zhì)上 MEMS 在芯片設(shè)計(jì)和制造工藝方面與 IC 不同。 IC 一般是平面器件，通過(guò)數(shù)百道工藝步驟，在若干個(gè)特定平面層上使用圖案化模板制造而來(lái)，表現(xiàn)出特定的電學(xué)或電磁學(xué)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬、數(shù)字、計(jì)算或儲(chǔ)存等特定任務(wù)。理想狀態(tài)下， IC 基本元件（晶體管）是一種純粹的電學(xué)器件，幾乎所有的 IC 應(yīng)用和功能方面具有共通性。相對(duì)地，MEMS 是一種 3D 微機(jī)械結(jié)構(gòu)。基于硅工藝技術(shù)， MEMS 相比于傳統(tǒng)的“大型器件”，微米級(jí)別的 MEMS 器件能夠更廣泛、靈活地應(yīng)用在汽車電子、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。

國(guó)內(nèi) MEMS 主要的傳感器設(shè)計(jì)公司有美新半導(dǎo)體、明皜傳感、矽睿科技、深迪半導(dǎo)體、敏芯微電子等。 同時(shí)國(guó)內(nèi) MEMS 企業(yè)規(guī)模還相對(duì)較小，單個(gè)企業(yè)較少有年銷售額超過(guò) 1 億美金； 高端傳感器還主要是以進(jìn)口產(chǎn)品為主，整個(gè) MEMS 傳感器主要以國(guó)外品牌為主。根據(jù)《中國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書（2014）》顯示中國(guó)中高端傳感器的進(jìn)口比例達(dá) 80%，傳感器芯片的進(jìn)口比例更高達(dá) 90%，顯示本土中高端傳感器技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化的落后。從產(chǎn)品使用領(lǐng)域結(jié)構(gòu)來(lái)看， 國(guó)內(nèi) MEMS 公司在營(yíng)業(yè)規(guī)模、技術(shù)水平、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、與國(guó)外有明顯差距， 60%-70%的設(shè)計(jì)產(chǎn)品集中在加速度計(jì)、壓力傳感器等傳統(tǒng)領(lǐng)域。工藝開(kāi)發(fā)是我國(guó) MEMS 行業(yè)目前面臨最主要的問(wèn)題， 產(chǎn)品在本身技術(shù)實(shí)力和生產(chǎn)工藝還有待于進(jìn)步。

中國(guó)傳感器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

雖然國(guó)內(nèi)主要集中在初級(jí)階段，中低端應(yīng)用。 但從近幾年的發(fā)展來(lái)看， 中國(guó)地區(qū)已經(jīng)成為過(guò)去五年全球 MEMS 市場(chǎng)發(fā)展最快的地區(qū)。 2015 年，我國(guó) MEMS 市場(chǎng)規(guī)模接近 300 億元，且連續(xù)兩年增幅高達(dá) 15%以上；而且從中長(zhǎng)期來(lái)看，國(guó)內(nèi) MEMS 行業(yè)的發(fā)展增速會(huì)快于國(guó)外， 到 2020 年，我國(guó)傳感器市場(chǎng)增幅將進(jìn)一步提升，年平均增長(zhǎng)率將達(dá)到 20%以上，繼續(xù)保持全球前列。

MEMS 行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

1） MEMS 封裝將會(huì)向標(biāo)準(zhǔn)化演進(jìn)， 模塊平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化意味著更快的反應(yīng)速度。

根據(jù) Amkor 公司的觀點(diǎn)， MEMS 的整合正在向標(biāo)準(zhǔn)化、 平臺(tái)化演進(jìn)。 從之前眾多分散復(fù)雜的封裝形式（Discrete Packaging）逐漸演化到以密封模壓封裝（Overmolded）、集成電路便面裸露封裝（Exposed Die Surface）、空腔封裝（Cavity Package） 這三種載體為主的封裝形式。

MEMS 封裝向標(biāo)準(zhǔn)化演進(jìn)

2） SIP（System In Package） 系統(tǒng)級(jí)的高度集成化會(huì)是 MEMS 未來(lái)在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)合的主要承載形式。

隨著下游最重要的應(yīng)用場(chǎng)景物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展， MEMS 在 IOT 平臺(tái)的產(chǎn)品未來(lái)會(huì)逐漸演化到 SIP 封裝就顯得尤為重要。往往單個(gè) MEMS 模塊會(huì)集成包括 MCU（Microcontroller Unit）、 RF 模塊（Radio Frequenc，例如藍(lán)牙， NB IOT 發(fā)射模塊） 和 MEMS 傳感器等多個(gè)功能部分。 系統(tǒng)級(jí)的封裝帶來(lái)的同樣是快速響應(yīng)速度和及時(shí)的產(chǎn)品更新?lián)Q代，這對(duì)于消費(fèi)電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)極端重要。目前很多代工廠或者封裝廠例如 Amkor 都在推廣標(biāo)準(zhǔn)化的 IOT MEMS 平臺(tái)產(chǎn)品。

MEMS 在 IOT 應(yīng)用領(lǐng)域的 SIP 封裝

而采用的封裝形式主要會(huì)以空腔封裝（Cavity Package）和混合空腔封裝（Hybird Cavity Package）。

MEMS 在 IOT 應(yīng)用領(lǐng)域的 SIP 封裝

3）未來(lái) MEMS 產(chǎn)品可能會(huì)逐漸演變?yōu)榈投?、中端和高端三類?/p>

低端 MEMS 主要應(yīng)用于消費(fèi)電子類產(chǎn)品如智能手機(jī)、平板電腦等。 中端 MEMS 主要應(yīng)用于GPS 輔 助導(dǎo) 航 系 統(tǒng) 、工 業(yè) 自 動(dòng) 化 、 工 程 機(jī)械 等 工 業(yè) 領(lǐng) 域 。 根據(jù) Yole Developpment 報(bào)告，作為智能感知時(shí)代的重要硬件基礎(chǔ)， 2014 年中低端MEMS 傳感器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 130 億美元，預(yù)計(jì)到 2018 年，中低端 MEMS 市場(chǎng)產(chǎn)值將以 12%～13%的復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)至 225 億美元。

在今后 5 到 10 年內(nèi)隨著 MEMS 技術(shù)的成熟，以智能手機(jī)以及平板電腦為主要應(yīng)用對(duì)象的低端MEMS 市場(chǎng)利潤(rùn)將逐漸下降，但未來(lái)在可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域還有一定機(jī)遇；以工業(yè)、醫(yī)療及汽車為應(yīng)用對(duì)象的中端 MEMS 還將持續(xù)提供增長(zhǎng)和盈利；未來(lái)以工業(yè) 4.0 和國(guó)防軍工市場(chǎng)也應(yīng)用對(duì)象的高端 MEMS 將為帶來(lái)顯著的超額收益。據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，高端 MEMS 市場(chǎng)在 2016 年~2021 年的其年復(fù)合增長(zhǎng)達(dá)到 13.4%，而同期全球 MEMS 市場(chǎng)的復(fù)合年增長(zhǎng)率僅為 8.9%，其中軍事、航天、高端醫(yī)療電子和工業(yè) 4.0 應(yīng)用四個(gè)領(lǐng)域?qū)?huì)占未來(lái)高端 MEMS 市場(chǎng)營(yíng)收的 80%。