中國半導體彎道超車的最后機會？MEMS，千億市場背后的國產突圍

近年來，國內傳感器產業賽道的投融資熱潮越來越盛，多家傳感器企業獲得資本青睞，或有巨額融資或已成功登陸中國股市。 然而，傳感器細分領域眾多，并非所有領域都獲得資本青睞，總體來說，以MEMS技術為主的智能傳感器、激光雷達以及圖像傳感器等賽道獲得機會較多，其中MEMS更是備受關注。 那么，這些金融機構為什么看好中國的MEMS智能傳感器產業呢？
本文來自平安銀行創新委員會等多家金融機構，認為MEMS是半導體產業的后起之秀，文中簡明扼要地闡述了國產MEMS廠商與國外巨頭的差距，MEMS市場情況和競爭格局、MEMS器件的未來應用等，認為“我國MEMS行業研發和生產體系不斷完善，為國內MEMS行業的發展提供了良好的發展環境?！毙袠I發展潛力巨大。 眾多金融機構看好中國半導體的MEMS賽道。

一、半導體后起之秀——MEMS 與傳統的機械工藝相比，MEMS具有微型化、集成化、多樣化等特點，生產出的產品功能多樣，集成度高。 MEMS產品主要分為MEMS傳感器與MEMS執行器，其類別繁多，按測量數量類別可劃分為物理、化學、生物型三類，各類別傳感器結構雖有不同，但運作邏輯類似，即與外界環境進行接觸，感知外部信號的變化，將物理、化學信號轉換為電信號輸出。 在去年的FIFA世界杯賽上，除了球員們在場上的精彩表現之外，最搶眼的莫過于引入的“半自動越位識別系統”。這一系統之所以能夠精準判罰
，關鍵就在于足球內部的芯片內置了一個500Hz的運動傳感器，傳感器將感知的足球運動數據信號輸出給裁判系統，實現快速的判決，這個傳感器所采用的技術是MEMS。

除了體育賽事，MEMS的應用其實已經滲透到了日常生活的方方面面，被廣泛應用在物聯網、醫療、人工智能等各個領域，從手機、相機、GPS導航等電子產品，再到智慧醫療、智能駕駛等場景，都能見到MEMS傳感器的身影。隨著全球電子制造產業鏈加速向亞太地區轉移，MEMS的產業重心也在不斷遷移，我國成為MEMS發展潛力最大，增速最快的市場。截至2022年末，我國MEMS傳感器市場規模達1008億，預計2023年將達到1200億。 與芯片產業一樣，MEMS產業鏈也分上游設計、中游制造、下游封裝測試三大環節。其中，有部分實力強勁的垂直整合制造廠商會參與到整條產業鏈各環節。不過，我國MEMS產業鏈雖然完備，但技術起步較晚，產品精度、敏感度等性能還處在快速追趕階段。

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上游設計

MEMS的設計綜合了材料、結構、光學等學科，且需要考慮其制造、封裝工藝、低成本、智能化等實際需求，要借助計算機輔助設計，通過復雜的試驗驗證設計方案可行性，方能滿足各項嚴苛要求。上游設計企業現具備一定創新能力，但業務同質化，產品定位中低端，規模偏小。該環節附加值較高，國內產品以力學傳感器為主，因此多數企業年營收在億級以下。

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中游制造

MEMS制造需具有獨特專有的設備開發技術，目前，國內MEMS中游代工廠仍處成長期，代工產能有限、能力較為薄弱，國內具備規模的設計企業基本出海代工。在MEMS專業代工方面，國內企業通過并購、新設生產線等方式逐步進軍。

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下游封測

下游外購MEMS設計封測模式成熟，國內的聲感MEMS具備國際競爭力。中國MEMS封裝測試起步早，已誕生一批優秀MEMS麥克風企業，他們通過購買海外設計MEMS IP，委托代工并自行封測銷售，直達下游，品牌影響力強，具備全球TOP30競爭力。

當前，MEMS發展受下游產業拉動大。隨著物聯網、數字孿生、AI等智能場景發展，MEMS還在繼續呈現小型化、高精度等升級趨勢。二、MEMS器件一覽

1、工作原理 集成電路的設計是為了利用硅的電學特性，而MEMS則利用硅的機械特性，或者說利用硅的電學和機械特性。MEMS傳感器就是把一顆MEMS芯片和一顆專用集成電路芯片（ASIC芯片）封裝在一塊后形成的器件。 一顆MEMS麥克風的主要器件是一顆MEMS芯片和一顆ASIC芯片，與基板、外殼等封裝一起，就做成了一顆MEMS傳感器。這也是大部分MEMS傳感器的基礎構造。MEMS芯片來將聲音轉化為電容、電阻等信號變化，ASIC芯片將電容、電阻等信號變化轉化為電信號，由此實現MEMS傳感器的功能——外界信號轉化為電信號。

2、MEMS器件類型 常見的MEMS器件產品包括MEMS加速度計、MEMS麥克風、微馬達、微泵、微振子、MEMS光學傳感器、MEMS壓力傳感器、MEMS陀螺儀、MEMS濕度傳感器、MEMS氣體傳感器等等以及它們的集成產品。 MEMS產品主要可以分為MEMS傳感器和MEMS執行器。其中傳感器是用于探測和檢測物理、化學、生物等現象和信號的器件，而執行器是用于實現機械運動、力和扭矩等行為的器件。MEMS產品目前以傳感器為主，MEMS執行器領域僅射頻MEMS和噴墨打印頭市場規模相對較大。MEMS傳感器作為信息獲取和交互的關鍵器件，目前已在消費電子、汽車、醫療、工業、通信、國防和航空等領域廣泛應用。

3、應用領域 MEMS器件的發展開辟了一個全新的技術領域和產業，采用MEMS技術制作的微傳感器、微執行器、微型構件、微機械光學器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車、生物醫學、環境監控、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。 MEMS是隨著半導體集成電路微細加工技術和超精密機械加工技術的發展而發展起來的，目前MEMS加工技術還被廣泛應用于微流控芯片與合成生物學等領域，從而進行生物化學等實驗室技術流程的芯片集成化。

三、差距原因1、技術瓶頸 設計MEMS器件的封裝往往比設計普通集成電路的封裝更加復雜，這是因為工程師常常要遵循一些額外的設計約束，以及滿足工作在嚴酷環境條件下的需求。器件應該能夠在這樣的嚴苛環境下與被測量的介質非常明顯地區別開來。這些介質可能是像干燥空氣一樣溫和，或者像血液、散熱器輻射等一樣嚴苛。其他的介質還包括進行測量時的環境，例如，沖擊、震動、溫度變化、潮濕和EMI/RFI等。 2、人才積累 MEMS壓力和慣性傳感器都具有多品種、小批量的特點，技術經驗和專業人才的積累是領先國內公司核心競爭力。目前國內缺乏從事MEMS壓力傳感器研發與量產的大型企業，全球MEMS壓力傳感器市場的市場份額仍然主要被博世、英飛凌、意法半導體等國外廠商占據。 3、本身特質 MEMS的最大特點就是微型化，其體積和重量普遍較小，由于其獨特的構造和物理特性，MEMS可以通過微細加工實現非常微弱的電學、光學、熱學和機械效應。在MEMS系統中，所有的幾何變形是如此之小(分子級)，以至于結構內應力與應變之間的線性關系(虎克定律)已不存在。MEMS器件中摩擦表面的摩擦力主要是由于表面之間的分子相互作用力引起的，而不是由于載荷壓力引起，因此生產器件需要及其嚴苛的環境和相關技術的加持。 四、MEMS器件市場現狀1、全球規模高速增長 整體來看，全球MEMS市場規模的收入從2020年的115億美元增加到2021年的約136億美元，同比增長17%。2021 年的收入是由消費和汽車應用的持續傳感化以及醫療和工業終端市場及相關應用的進步推動的。由于芯片短缺和全球分配問題，慣性和壓力MEMS等一些MEMS器件的ASP在2021年略有增長，為市場創造了額外的收入增長。隨著物聯網、云計算、大數據等高新科學技術的日益成熟，傳統傳感器由于體積較大、集成度低等劣勢，已逐漸無法滿足下游行業的需求。 在此背景下，MEMS技術在傳感器行業的運用日益提升，行業規模也得以迅速擴張。據資料顯示，2021年全球MEMS行業市場規模約為136億美元，同比增長12.9%。預計到2027年行業規模將增長至223億美元。2、國內市場不斷擴大 隨著近年來下游市場的快速發展及MEMS技術應用比例的不斷提升，近年來我國MEMS行業發展迅速，已然成為全球MEMS市場發展最快的地區。據資料顯示，2021年中國MEMS市場規模超過900億元，同比增長超過20%，中國已成為全球MEMS產業最大單一市場，增速遠高于全球平均水平，展現出了蓬勃發展的勢頭，2022年我國MEMS行業市場規模約為1044.3億元，同比增長17.1%。

3、競爭格局明朗 從地域來看，在MEMS這個領域，依然是美國占據較強的地位，有接近一半的廠商是屬于美國。歐洲也不遜色，有博世、意法半導體、恩智浦等。日本廠商以特色占有一席之地。 中國靠麥克風市場（樓氏、歌爾微、瑞聲科技）和代工市場（賽微電子）占據一定的地位。目前國內缺乏從事MEMS傳感器研發與量產的大型企業，全球MEMS傳感器市場的市場份額仍然主要被博世、英飛凌、意法半導體等國外廠商占據。目前已有少數企業已開始嶄露頭角，部分國內企業發力MEMS，已取得顯著成果。
敏芯作為中國最早成立的MEMS研發公司之一，現已擁有完整的芯片設計、晶圓制造、封裝與測試等全產業鏈的自主研發設計能力，憑借完全自主設計的MEMS芯片與ASIC芯片成功打破了國外廠商長期壟斷的格局。

五、MEMS持續火熱，加快推進應用領域MEMS傳感器能適應性強，能在各種惡劣條件下工作，并且其具備成本低、精度高、多元化的優勢，因此MEMS的應用滲透到各行各業當中。隨著物聯網、工業4.0、元宇宙、云計算等產業進一步發展，將持續帶動MEMS在核心場景的落地。

消費電子

消費電子是指可供消費者日常使用的電子設備，隨著消費電子領域發展及產品創新不斷涌現，消費電子已成為MEMS最大的應用市場。同時，與人們日常生活關聯也最為密切。 在可穿戴設備層面，小米Mi Band使用了ADI MEMS加速度、心率傳感器，實現運動和心率監測；Apple Watch 也運用MEMS加速度計、陀螺儀、麥克風及脈搏傳感器。 智能穿戴設備VR/AR需要高精測定頭部轉動速度、角度、距離，MEMS加速度計、陀螺儀、磁力計的組合幾乎是行業標配，甚至部分廠商還使用了MEMS眼球追蹤技術；無人機則結合加速度計和陀螺儀，計算角度變化，確定位置、飛行姿態，實現在各種環境下自如飛行。

智能駕駛

在汽車領域，MEMS也有廣泛成熟的應用，以提升駕駛體驗和車輛安全性。 例如，安全氣囊就同時采用了正面碰撞的高G加速度傳感器和側面碰撞的壓力傳感器；汽車發動機通過絕對壓力傳感器和流量傳感器來檢測進氣量的進氣歧管；部分汽車輪胎制造商還會在輪胎中埋置MEMS微型壓力傳感器，以免輪胎充氣不足或過量導致駕駛事故。 另外一些汽車領域較新的MEMS應用，主要集中在車聯網。在主動安全領域中，側翻與穩定性控制可以通過MEMS加速度、角速度傳感器來探測車身姿態；在人車交互領域中，MEMS麥克風可為駕駛員提供更好的交互體驗；在精確導航中，微陀螺儀角速率傳感器能夠實現GPS信號補償和汽車地盤控制系統，借此指示方向盤轉動是否到位，是否存在脫軌、錯軌風險。 除此之外，在越來越自動化的駕駛中，超聲波、圖像、毫米波雷達、激光雷達、夜視儀、3D感知等均應用到MEMS傳感器。

智慧醫療

在智慧醫療場景中，遠程醫療、智能醫療，結合大數據、云服務的醫療進階應用也大量使用MEMS醫療感測元器件。 隨著體外診斷、藥物研究、病患監測、給藥方式以及植入式醫療器械等領域發展，醫療設備需要迅速提高性能、降低成本、縮小尺寸。而MEMS技術可使醫療設備做到微型化，醫療檢測、診斷、手術和治療過程可以更加便捷、精準、微創甚至無痛。 MEMS壓力傳感器可以檢測包括血壓、眼內壓、顱內壓、子宮內壓等在內的人體器官壓力水平；MEMS慣性器件主要用于心臟病治療設備；而MEMS圖像傳感器則普遍應用于包括CT掃描、內窺鏡在內的醫學成像設備中。

航空航天

在航空航天領域，MEMS的應用主要有狀態傳感器和環境傳感器。狀態傳感器主要針對飛機姿態、燃料用量、生命活動、各種活動機件的即時位置等進行監測；環境傳感器主要針對溫濕度、氧氣濃度、流量大小等方面進行測量。 通過提供有關航天器的工作信息，MEMS傳感器可對飛機重要運行部件的精準測量、監控，起到故障診斷、系統自檢、協調各子系統、模擬飛行等功能，在驗證設計方案、提供飛行操作決策依據、保障正常飛行等場景發揮重要作用。 總體來看，MEMS的發展有扎實下游需求基礎，其技術也隨著科技發展在不斷迭代更新。未來，在AI、VRAR、智能駕駛、智慧醫療、航空航天等產業拉動下，MEMS需求還將穩步提升，MEMS 傳感器的應用也將為我們打開更大的想象空間。 結語 隨著物聯網、云計算、大數據等高新科學技術的日益成熟，傳統傳感器由于體積較大、集成度低等劣勢，已逐漸無法滿足下游行業的需求。與傳統傳感器相比，MEMS傳感器具有微型化、重量輕、集成度高、智能化、低成本、功耗低、可大規模生產等優點，使得它可以完成某些傳統機械傳感器所不能實現的功能。在此背景下，MEMS技術在傳感器行業的運用日益提升。 目前，MEMS傳感器已經廣泛運用于消費電子、汽車、工業、醫療、通信等各個領域，隨著人工智能和物聯網技術的發展，MEMS傳感器的應用場景將更加多元。在國家政策的大力支持下，國內MEMS行業的研發與生產體系不斷完善，各研發與生產環節的實力整體提升。 各類產業園區和研究平臺為完善國內MEMS行業的研發體系提供了基礎。專業的晶圓制造和封裝領域的企業逐漸加大對MEMS業務的投入，并與公司一起開發了MEMS產品相應生產環節的制造加工工藝。我國MEMS行業研發和生產體系不斷完善，為國內MEMS行業的發展提供了良好的發展環境。 未來，MEMS器件需求將不斷擴大，且國家大力支持半導體市場國產替代，在政策支持以及市場驅動下，半導體企業將不斷加大技術、產品研發能力，逐漸縮小與國際領先企業之間差距，行業發展潛力巨大。 本文來源： 平安銀行創新委員會、交易銀行、新微超凡知識產權 您對本文有什么看法？歡迎在傳感器專家網公眾號本內容底下留言討論，或在中國最大的傳感社區：傳感交流圈中進行交流。

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審核編輯黃宇