《MEMS產業現狀-2016版》

2021-02-01

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Status of the MEMS Industry 2016

在殘酷的商業化競爭中，中國MEMS企業快速成長；利潤下滑和新應用出現，如何才能在MEMS產業中挖掘更多價值？

MEMS產業的未來將何去何從？

過去幾年，MEMS市場發展進入「黃金時代」，以智慧型手機為代表的消費電子產品大幅拉升MEMS器件的出貨量。

然而，現在似乎已經進入不確定時代。

智慧型手機/可攜式應用市場已經接近飽和，這意味著MEMS市場增速比前幾年減緩。

Yole預計2015~2021年全球MEMS市場的複合年增長率（CAGR）為8.9%，將從119億美元增長到200億美元。

同期全球MEMS出貨量的複合年增長率為13%。

2015~2021年全球MEMS市場預測

消費類應用不再是MEMS產業的金礦……

對於MEMS廠商來說，消費類市場極具挑戰性。

雖然出貨量仍然在增長，但是該市場的競爭越來越殘酷。

傳感器，如MEMS麥克風、慣性傳感器、壓力傳感器和氣體傳感器等，在智慧型手機中的應用正呈「蔓延」之勢，但是這些傳感器的利潤率非常低。

與此同時，終端用戶從一家MEMS廠商切換至另一家廠商也較為容易，所以雙方建立的業務關係有時候很短暫，這也使得MEMS廠商經常「心驚膽戰」。

此外，智慧型手機之後，我們還沒看到量大的應用能成為MEMS市場的短期增長驅動力：

- 如今，物聯網（IoT）仍然是一個小眾市場，應用領域還沒出現大量的MEMS傳感器需求。

- 可穿戴設備應用看起來是非常有前景的消費市場，然而出貨量還不多。

……但是，其它市場還有一些豐富的「寶藏」等待挖掘

工業、醫療和汽車領域還在提供增長和盈利的能力。

汽車產業對傳感器需求旺盛，如今每輛汽車平均集成20個MEMS傳感器，並且自動駕駛汽車也加大了對MEMS的需求。

醫療領域的長期研發積累發現了新的市場機遇，包括應用於醫療微泵的矽基微流控晶片，如2015年Debiotech公司的營收顯著增長。

工業和國防市場也為高端和高利潤MEMS器件提供了新的機遇，如慣性傳感器和壓力傳感器。

而中國正在騰飛

我們首次在《MEMS產業現狀》年度系列報告中，利用完整的一個章節介紹中國MEMS產業現狀。

中國產業正從「中國製造」向「中國創造」轉變。

一方面，Silex正在北京亦莊建設一條新的8英寸MEMS代工線；另一方面，中國MEMS企業正在努力提高多種產品的性能和質量，包括MEMS麥克風、壓力傳感器、慣性傳感器、磁傳感器、微測輻射熱計和微流控晶片，使其具有全球競爭力。

中國MEMS產業保持穩步增長勢頭，並且有望在未來十年孕育出產業巨頭。

企業如何解決MEMS商業化悖論？

過去五年中，MEMS產業主要由消費類電子驅動發展，MEMS出貨量不斷攀升。

同時，MEMS器件尺寸也不斷減小，價格不停下跌，利潤逐漸萎縮，使得MEMS企業的日子越來越難過，「舒適度」急劇下降。

這就是所謂的MEMS商業化悖論：MEMS市場爆發→MEMS出貨量增長→MEMS價格下跌→MEMS利潤萎縮→MEMS企業難以盈利。

那麼，如何解決這個悖論呢？

2000~2020年MEMS產品單價下降趨勢

- 「生產基礎設施」途徑：與其它應用產品共用生產線，降低製造成本，如汽車和消費類產品；或者改進工藝，降低成本，如CMOS MEMS工藝。

- 「價值創造」途徑：創造新型MEMS器件，如氣體傳感器；傳感器融合，形成組合傳感器；集成更多軟體功能，改進傳感器輸出。

CMOS圖像傳感器（CIS）產業就是一個很好的例子，通過增加像素和晶片尺寸來解決商業化悖論，由於高質量成像（照片）使得客戶願意為價格買單。

解決MEMS商業化悖論的途徑

「價值創造」與嵌入式軟體功能密切相關，能夠為系統集成商提供更多的高級功能，提高MEMS產品的附加值。

展望未來，MEMS器件發展必須從系統應用的定義開始，開發具有軟體融合功能的智能傳感器，並且降低功耗。

過去和未來MEMS產業驅動閉環

做好準備，未來MEMS集成新方向！

我們認為，MEMS產業正向多傳感器（現有的和新興的傳感器）集成方向前進，形成三大類組合傳感器。

實際上，這三類集成傳感器已有雛形：密閉封裝（Closed Package）組合傳感器、開放腔體（Open Cavity）組合傳感器、光學窗口（Open-eyed）組合傳感器。

三種MEMS組合傳感器封裝方式

密閉封裝組合傳感器是簡單且發展較為成熟的，主要是慣性傳感器，如多軸加速度計、陀螺儀和磁力計。

該類傳感器主要感測運動，必須密閉，以避免外界環境對傳感器的干擾，如濕度、顆粒物等。

未來，也可能集成其它傳感器。

但我們認為，大多數應用將使用六軸或九軸慣性傳感器，可能外加一顆加速度計，以提供電源管理，保證低功耗的永遠在線（always-on）功能。

21世紀初，美新（MEMSIC）和意法半導體（ST）最先將加速度計推到手機中，使得慣性組合傳感器成為最成熟、最常用的集成器件。

對於加速度計和陀螺儀，集成是在矽片上實現的，並通過系統級封裝（SiP）將專用集成電路（ASIC）和磁力計集成在一起。

目前發展趨勢是：矽片上實現更多集成；系統級封裝實現不太適合在矽片上集成（原因是成本高）的晶片。

開放腔體組合傳感器需要與外界聯通以感知環境信息。

例如，壓力傳感器可以和濕度傳感器、氣體傳感器集成。

但是，如果將它們與慣性傳感器集成，將會有重大挑戰。

因為兩類傳感器之間存在潛在的串擾，開放腔體造成環境濕氣和顆粒物進入封裝，從而引起慣性傳感器工作異常。

但是可以借鑑MEMS麥克風的解決方案，它既需要開孔，又需要避免外界環境對MEMS可動結構的影響。

所以，我們認為MEMS麥克風先將和壓力傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器集成。

這將形成一種非常重要的組合傳感器，能夠理解我們周圍的環境狀況。

這些傳感器的集成主要採用系統級封裝，因為大部分傳感器採用不同的製造工藝，在單片矽晶圓上的集成成本過高。

然而，你永遠不知道創新將帶來什麼。

新的技術，如Vesper的壓電薄膜MEMS麥克風技術，可能被應用到壓力傳感器，頗具潛在機遇。

第三類是光學窗口組合傳感器。

攝像頭（圖像傳感器）是手機中最昂貴的傳感器模組，也是手機的重要賣點。

目前，每年升級的攝像頭主要是拍攝照片，但是光學感測功能潛力更大。

許多波長正在被「開發利用」，以實現人臉和虹膜識別、3D地圖、測距、紅外和多光譜成像。

當然，未來還需要新的硬體研發。

手機中逐漸形成兩個光學窗口組合傳感器，包括前置和後置的圖像傳感器，也將集成現有的光學傳感器，如接近傳感器、環境光傳感器和3D景深傳感器等。

光學窗口組合傳感器需要將矽結構最優化，包括為應用定義合適的光電二極體。

但是大多數採用系統級封裝集成IC、圖像感測晶片、光學器件、自動對焦和圖像穩定。

組合傳感器/模組才剛剛興起，這意味著攝像頭從圖像採集轉移到感測功能正在「路上」。

我們相信實際發展將大大快於預期。

近期值得注意的是密閉封裝組合傳感器。

由於慣性傳感器的價值已經嚴重下滑，從分立傳感器轉向組合傳感器，但是三軸分立傳感器，甚至六軸組合傳感器的價格已經非常低了。

現在，傳感器的價值來源於「功能」，包括實現該功能的軟體。

MEMS企業必須要清楚地知道他們賣什麼：僅僅是傳感器，還是功能？僅僅賣傳感器的話，保持長期盈利能力是比較困難的。

報告目錄：

What’s new

The 200+ MEMS applications tracked by Yole Développement

Executive summary

MEMS in 2016: A new start?

> Trends (Combos / fusion / commodization paradox / new challenges)

> Forecast in US$ value

> Forecast in units

> Applications

MEMS players

> Ranking

> Foundries