mems芯片有多厉害（国产MEMS的四大困境）

MEMS，“出道”已有40来年，如今成为中上游市场的当红炸子鸡，下游市场的香饽饽，人人都说很爱它。

从制作工艺上讲，MEMS是利用集成电路 (IC) 制造技术和微加工技术将微传感器、微执行器和相应的处理电路等集成到一块或者多块芯片上，形成芯片级的微型机械系统；从功能上讲，它将自然界的物理信息转化为可执行的数字信息，让机器具备感知能力。

MEMS具有尺寸更小、重量更轻、功耗更低、灵敏度更高、产能更好、一致性更佳的特点，便宜好用还不占地儿，这样的好物谁都不能错过。

▲ MEMS 芯片

相较于美国、日本等科技大国，国内对于MEMS技术的研究稍显落后，在20世纪80年代末才开始成为国家重点研究项目之一。经过近三十年的发展，国产MEMS在技术方面有了实质性的进展，在市场应用方面逐步实现了长效积累。例如在MEMS麦克风市场，全球四大公司占据市场话语权，其中两家来自中国，歌尔股份和瑞声科技，他们还正在挑战楼氏电子的领袖地位，势头凶猛。

伴随着消费电子、汽车电子、工业、医疗等领域的快速发展，市场对MEMS产品的需求变得十分迫切，MEMS市场如同空池一般急需更多水源流入。根据 Yole Development的统计与预测，2017年全球MEMS行业市场规模已达到117.90亿美元，预计到2023年全球市场空间将达到309.78亿美元，2018-2023年市场规模复合增长率在17.5%，销量增长率达到26.7%。国内方面，根据赛迪智库的数据，预计到2022年，中国MEMS市场规模将超过1000亿元人民币。

国产MEMS的四大困境

尽管 MEMS 未来前景一片光明，但如果只看眼前，国内市场现状并不如尽如人意，国产MEMS的“坎”一个比一个难。

困境一：研发时间长，难以投产

MEMS技术研发投入时间过长是阻碍国产MEMS发展的第一道难关。MEMS的全称为微型电子机械系统（Micro Electro Mechanical System），是一种集微型机械与电子电路控制于一体的微型机电系统，内置的MEMS传感器将物理、化学、生物等多种信号进行收集、转换，再通过MEMS执行器和相应电路控制电子器件发生相应的行为。

由此可见，研发MEMS涉及到微电子、机械、材料、化学、医学、能源科学等多个学科，并且学科交叉程度极高，跨多个学科的复合型人才是主要输出，肩负挑大梁的重任。但是，目前国内的教育体制很难在短时间内批量培养出相关技术人才，带来的结果是研发周期拉长，一款MEMS产品至少需要6-8年的研发时间，然后才能进入测试阶段。

困境二：科研成果商品化难，无处流片难上难

MEMS采用半导体工艺和材料，以半导体制造技术为基础而进阶发展而来，因此其设计和生产的过程与芯片制造类似，同样需要光刻、薄膜沉积、掺杂、刻蚀、化学机械抛光工艺等，也就是要完成IC设计的研发、设计、制作、封装等过程，只是在微结构方面需要采用微加工技术制造，比如体硅微加工技术、表面微加工技术和特殊微加工技术等。

MEMS芯片的制作流程同样是拿到设计先流片，再大批量生产。目前，MEMS设计并没有成熟的EDA工具可以做仿真，只能以DOE（试验设计）的形式先到晶圆厂投片，拿到样品后进行测试，根据测试结果再次修正，然后再去投片，如此反复直到测试成功。繁琐而复杂的制作过程大大地延长了MEMS的产品化周期，并且，如果找不到合适的产线进行流片，那一切都只是 “纸上谈兵”。

困境三：产能低，良率不佳

MEMS器件的生产和制造依赖各种工艺和许多变量，而且一种MEMS产品品类只能对应一种工艺，典型的一个萝卜一个坑。因而，制造MEMS器件不仅需要成熟且丰富的工艺技术，还要有足够多的产线保证产能。目前，国内提供专业MEMS代工服务的有中芯国际、无锡华润上华、上海先进等。

除了以上企业能够满足代工产能和良率要求之外，其他大多数国内MEMS代工企业还未积累起足够的工艺技术储备和大规模市场验证反馈的经验，并且在加工工艺的一致性、可重复性也都不能满足设计需要，产品的良率和可靠性更是无法达到规模生产要求。在这样的情况之下，设计公司也只能选择与国外成熟代工厂合作，才能保证产品的质量。

而在后端的封装测试环节，情况则较为乐观，南通富士通、晶方半导体、华天科技、长电科技、通富微电等企业能够满足产品质量和数量的要求。

但是，全球新冠疫情的爆发让原本脆弱的产业链雪上加霜，严重影响了国内外的代工业务，现在国内的代工厂都已满负荷运行。那么，问题来了，芯片的缺货涨价潮会不会影响到MEMS呢？

困境四：下游企业不认可，资本力量不重视

下游企业的市场策略和资本的忽视也挫伤了国产MEMS企业的积极性。很多中小型MEMS企业在市场开拓过程中经常遇到过这种情况，大部分贸易商都仅经销国外产品，不愿接受国内的新产品，更不要说主动开发国内市场，再加上下游的终端企业对“国产”产品不信任，整个国内MEMS产业链不流通，导致的结果是国产MEMS产品一直无法突围市场经验缺失、无法满足客户需求的滞后回路。

与此同时，在MEMS的投融资方面，很多细分领域产品因为资金短缺，影响了生产和制造的正常进度。没钱，没销路，还要怪企业没耐心，有苦说不出的痛，大概只有经历过的人才会懂。

国产MEMS的三大发展机遇

关关难过关关过，坎坎难跨坎坎跨，国产MEMS的上坡虽然不太好走，但总有一些“神秘力量”在助力产业趋向成熟。

各领域需求剧增，市场空间大

从2019年中国MEMS市场结构来看，网络与通信、计算机和消费电子合计占比50%，汽车领域占比29%，伴随着新能源车的需求增长，物联网和5G通信的进一步结合，工业和医疗领域的电子渗透率增加，都为国产MEMS提供了施展拳脚的空间。

▲ 2019年中国MEMS市场结构

（图源：Yole Development，国泰君安证券研究）

细数MEMS的产品分类已有三十多种，几乎覆盖了所有应用领域，在消费类电子中，射频传感器、加速度传感器、MEMS麦克风、磁力计是重中之重；汽车电子的发展将增大对压力传感器、RF MEMS、化学传感器、气体传感器、惯性传感器等的依赖程度；工业自动化、医疗电子对于MEMS温度传感器、压力传感器、MEMS光学传感器的迫切需求亟待解决，尤其是疫情期间，MEMS红外传感器成为市场爆品。充分把握市场机遇，乘势而上，也能成为一匹破局的黑马。

▲MEMS产品分类

新材料、新组合带来发展机遇

新材料或将成为国产MEMS发展的新机会。截止到目前，硅基MEMS发展已经有40多年的发展历程，如何提高产品性能、降低成本是全球企业都在思考的问题，而基于新材料的MEMS器件则成为摆在眼前的大奶酪，PZT、氮化铝、氧化钒等新材料MEMS器件的研究正在进行中，抢先一步投入应用，将是国产MEMS弯道超车的最佳时机。

另外，将多种单一功能传感器组合成多功能合一的传感器模组，再进行集成一体化，也是MEMS产业新机会。提高自主创新意识，加强创新能力，当第一也不是那么的遥远。

政府扶持、“产学研”结合、资金加持三件套

MEMS产业的发展从未离开过国家视线，从16年国务院出台《“十三五”国家科技创新规划》开始，到19年工信部发布《关于促进创造业产品和服务质量提升的实施意见》，国家对于MEMS产业的扶持力度进一步增强。同时，各地政府也正在加强落实相关政策，苏州工业园区生物纳米科技园、无锡微纳国际创新园、淄博MEMS产业园等园区的建设为发展MEMS提供完善的基础保障。

▲ 无锡微纳国际创新园（图源：网络）

在科研院所方面，北京大学、中科院上海微系统与信息技术研究所、河北半导体研究所（13所）等均设有MEMS 洁净室，为MEMS技术的基础研发提供方便，中国科学院微电子研究所、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所等也已经成为MEMS产品的摇篮。与此同时，很多科研院所都在积极与上游企业寻求合作，通过实现“产学研”的紧密结合，共同推动MEMS商品化发展。

现在，MEMS产业的人才及资金驶入快车道。近几年，MEMS行业投融资案例不管是数量，还是金额，都在逐年增加。2019年的MEMS相关投资金额是2018年的2倍左右，虽然近期一级市场投资整体遇冷，但MEMS产业的投资热度有增无减。从细分领域来看，MEMS AI、射频MEMS、光电MEMS、生物MEMS这四个领域的投资案例数量和金额都是最多的，这样的变化表明了资本市场对于国产MEMS的信心和重视。

写到这里，国产MEMS的困境与机遇，可以说是关上的门和打开的窗，没有所谓的privilege，国产MEMS的高傲想要尽数体现，需要MEMS圈内人的共同努力，市场与技术逐步调试，供需关系相互倒逼，是驱动产业发展的增长回路。