MEMS行業發展歷程及國內市場現狀

（1）MEMS行業概述

①MEMS技術概述

MEMS即微機電系統（Micro-Electro-MechanicalSystem），是利用大規模集成電路制造技術和微加工技術，把微傳感器、微執行器、微結構、信號處理與控制電路、電源以及通信接口等集成在一片或者多片芯片上的微型器件或系統。

MEMS器件種類眾多，主要分為MEMS傳感器和MEMS執行器。MEMS傳感器可以感知和測量物體的特定狀態和變化，并按一定規律將被測量的狀態和變化轉變為電信號或者其它可用信號，MEMS執行器則將控制信號轉變為微小機械運動或機械操作。經過40多年的發展，MEMS從實驗室走向實用化，已廣泛應用于消費電子、汽車、工業與通信、醫療健康、高可靠等各個領域?；贛EMS技術的系統設備大大增強了人們與物理世界交互的能力，極大地改變了人們的生活方式。

②MEMS行業發展歷程

MEMS技術被譽為21世紀具有革命性的高新技術之一，其誕生和發展是需求牽引和技術推動的綜合結果，亦是微電子技術和微機械技術的巧妙結合。

MEMS起源可追溯至20世紀50年代。硅的壓阻效應被發現后，學者們開始了對硅傳感器的研究。20世紀70年代末至90年代，安全氣囊、制動壓力、輪胎壓力檢測系統等汽車行業應用需求增長推動了MEMS行業發展的第一次浪潮，壓力傳感器和加速度計取得快速發展。

1979年Roylance和Angell研制出壓阻式微加速度計，1983年Honeywell用大型蝕刻硅片結構和背蝕刻膜片研制出壓力傳感器。20世紀90年代末至21世紀初，信息技術的興起和微光學器件的需求推動了MEMS行業發展的第二次浪潮，MEMS慣性傳感器與MEMS執行器取得共同發展。MEMS慣性傳感器方面，1991年，電容式微加速度計開始被研制，1998年美國Draper實驗室研制出了較早的MEMS陀螺儀。MEMS執行器方面，1994年德州儀器以光學MEMS微鏡為基礎推岀投影儀，21世紀初MEMS噴墨打印頭出現。

2010年至今，產品應用場景的日益豐富推動了MEMS行業發展的第三次浪潮，如高性能的MEMS陀螺儀在工業儀器、航空、機器人等多方面得到應用。MEMS商業化將MEMS技術從最早的汽車應用領域向航空、工業和消費電子等領域不斷擴展。

③MEMS行業的產業鏈

MEMS產業鏈一般可分為四個環節：芯片設計、晶圓制造、封裝測試以及系統應用。MEMS行業主要有Fabless和IDM兩種經營模式。采用Fabless模式的MEMS企業主要負責MEMS產品的設計與銷售，將生產、封裝、測試等環節外包。采用IDM模式的國際企業，如博世、意法半導體、亞德諾半導體、霍尼韋爾等，經營范圍覆蓋了芯片設計、晶圓制造和封裝測試等各環節。

（2）MEMS行業市場現狀

①全球市場現狀

根據Yole的統計和預測，全球MEMS行業市場規模將從2021年的136億美元增長到2027年的223億美元，2021-2027年復合增長率為9.00%。

MEMS器件已經被廣泛應用于消費電子、汽車、醫療、工業、通信等多個領域。從2021年市場規模來看，消費電子、汽車和工業市場是MEMS行業最大的三個細分市場。

從全球競爭格局的角度看，目前少數巨頭企業占據了全球MEMS行業的主導地位，2021年前十大MEMS廠商市場占比達到了57.94%，市場集中度較高。

②國內市場現狀

受益于工業物聯網、智能制造、人工智能等戰略的實施，加之各級政府加速推動智慧城市建設、智能制造、智慧醫療發展，MEMS市場具有較大的發展機遇。根據賽迪顧問數據整理，2020年中國MEMS市場保持快速增長，整體市場規模達到736.70億元，同比增長23.24%，國內市場增速持續高于全球。預計2022年中國MEMS市場規模將突破1,000億元，2020-2022年復合增長率為19.06%。

2021年中國MEMS市場以國外廠商為主，中國廠商中歌爾股份有限公司、瑞聲科技控股有限公司、武漢高德紅外股份有限公司、臺灣積體電路制造股份有限公司進入了前30大廠商行列，發達國家在MEMS芯片設計和制造領域技術先進，在產品性能和可靠性等方面優勢更為明顯。

（3）MEMS產品類型與市場結構

MEMS產品主要分為MEMS傳感器和MEMS執行器，常見的MEMS器件如下表所示：

①??MEMS傳感器和MEMS執行器的比較

MEMS傳感器是用來檢測物理、化學或生物現象的器件；而MEMS執行器是用來產生機械運動、力和轉矩的器件，兩者用途存在較大差異，因而技術路線和難點不同。由于客戶應用MEMS產品的環境具有多樣性，需要檢測的外界信號種類較多，從而導致MEMS傳感器種類眾多，需求差異大，不同類型的MEMS傳感器的工藝差異大，需開發合適的工藝方案；另外MEMS傳感器往往需要匹配復雜的ASIC芯片，所以MEMS傳感器的開發往往需要從系統的角度考慮。而MEMS執行器通常只是完成單一的動作，結構較為簡單，但對于材料制備，以及加工工藝的一致性要求較高，如MEMS射頻濾波器等；另外，MEMS執行器無需或只需要簡單的驅動電路即可，系統相對簡單。

②??不同類型MEMS傳感器的比較

由于MEMS傳感器測量的外部信號不同，不同類型的MEMS傳感器技術差異較大。MEMS慣性傳感器主要檢測物體的運動，需要將傳感器安裝在載體上用于檢測載體的運動，因此MEMS多為密閉式封裝。而壓力/光學/聲學傳感器需要通過直接接觸被測量，所以多為開放式封裝，同時需要結合使用環境設計有利于檢測信號的傳感器敏感單元表面結構。MEMS慣性傳感器相對于壓力傳感器、聲學傳感器等其他類型的傳感器應用領域較廣，在高可靠領域及其他工業、消費領域均具備豐富的應用場景，不同應用場景對于性能、成本、功耗、體積的要求差異較大。相對于在工業及消費領域應用較廣的聲學傳感器、環境傳感器等，高性能MEMS慣性傳感器多應用于高可靠領域，復雜環境下對于產品性能要求高，因此對產品可靠性提出了更嚴格的需求，存在較高的技術門檻。MEMS壓力傳感器主要是壓阻式和電容式，使用廣泛，成本低；部分高端壓力傳感器采用諧振式原理，精度高，售價高，多用于儀表校驗等對精度要求高的領域。MEMS聲學傳感器和光學傳感器主要應用于消費類電子，例如智能手機中的MEMS麥克風和接近傳感器，產品具有體積小、成本低、功耗低的特點，對產品絕對性能要求相對不高，行業內廠商競爭相對激烈。

③MEMS傳感器的工作原理

MEMS傳感器是采用微電子和微機械技術工藝制造出來的微型傳感器，種類繁多，是使用最廣泛的MEMS產品。MEMS傳感器通過微傳感元件和傳輸單元，可將輸入的信號轉換，并導出另一種可監測信號。與傳統工藝制造的傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產、易于集成和實現智能化等特點。MEMS慣性傳感器屬于MEMS傳感器的重要分支，主要包括陀螺儀、加速度計等，并可通過組合形成慣性組合傳感器IMU。

④MEMS傳感器行業的產品結構

按照YoleDeveloppement統計的MEMS產品市場規模數據，2021年不同類型MEMS產品的市場份額如下所示：

MEMS慣性傳感器包括加速度計、陀螺儀、磁力計、慣性傳感組合，2021年上述四類產品市場規模合計35.09億美元，占比25.81%，是MEMS行業中的主要產品類型。

編輯：黃飛

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