盡管市場飽和和停滯困擾著許多業務領域，但MEMS卻仍然是半導體行業的一顆璀璨的明星。近幾年，在美日等少數企業霸占MEMS主要市場的時候，國內的MEMS新老企業已崢嶸初現，先是MEMS麥克風龍頭歌爾股份擠進全球MEMS供應商TOP10，后8月10日，中國MEMS第一股敏芯股份正式登陸科創板，當日開盤股價一度暴漲接近291%。作為21世紀最有前途的技術之一，MEMS被視為第二次微智造革命。面對如此重要的MEMS技術，在國外MEMS高手如林的賽場中，國內MEMS產業鏈現狀是怎樣的？這些MEMS企業實力幾何？

什么是MEMS？

MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）稱為微機電系統，或微電子和微機電系統。MEMS最早是在1960年代提出的，但是直到1980年代才商業化。就像戈登·摩爾觀察到晶體管摩爾定律一樣，人們做了許多努力，試圖使機電系統變得越來越小。

1959年，一位名叫理查德·費曼(Richard Feynman)的人在他的著名演講《底部有很多空間》(There's Plenty of Room at the Bottom)中談到，他對探索如何在小范圍內操縱和控制事物很感興趣。費曼說:“他們告訴我，電動馬達只有你小手指上的指甲那么大，下面是一個小得驚人的世界。”當然MEMS設備的誕生是許多人在許多地方共同努力的結果。在這個著名的演講的最后，他向他的發起挑戰設計和制造一個微型馬達，為每個挑戰提供1000美元的獎金。自1997年以來，每年都頒發費曼納米技術獎，獎勵那些在費曼的納米技術目標方面取得了最大成就的研究人員。

理查德·費曼

MEMS被認為是21世紀最有前途的技術之一，如果半導體微制造被視為第一次微制造革命，MEMS則是第二次革命。通過結合硅基微電子技術和微機械加工技術，MEMS具有革命性的工業和消費產品的潛力。

在此需要劃重點的是，MEMS是一種制造技術，諸如杠桿、齒輪、活塞、發動機甚至蒸汽機都是由MEMS制造的。事實上，MEMS這個詞實際上有一定誤導，因為許多微機械設備在任何意義上都不是機械的。然而，MEMS又不僅僅是關于機械部件的微型化或用硅制造東西，它是是一種利用批量制造技術設計、創建復雜機械設備和系統及其集成電子設備的范例。再具化一點講，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。

作為一種制造技術，MEMS有幾個明顯的優勢。首先，MEMS技術及其微加工技術的跨學科性質，以及其應用的多樣性，導致了前所未有的設備范圍和協同效應，跨越了以前不相關的領域(例如生物和微電子)。其次，MEMS具有批量制造技術，可以提高零部件和設備的制造性能和可靠性，并具有減小物理尺寸、體積、重量和成本的明顯優勢。第三，MEMS為制造其他方法無法制造的產品提供了基礎。這些因素使得MEMS有可能成為比集成電路微芯片更普及的技術。

就像半導體技術使計算機能夠從房間大小縮小到掌上電腦一樣，微機電系統（MEMS）用微米級的等效物替代了傳統的機械和電子設備，MEMS產品是指尺寸在毫米級甚至微米級的微型機電裝置，主要分為微型傳感器（如MEMS麥克風和壓力傳感器）和微型執行器（如MEMS揚聲器）兩大類。

MEMS器件是用集成電路批量處理技術制造的，例如等離子體蝕刻，薄膜沉積和光刻，尺寸從幾微米到毫米不等。這些裝置（或系統）能夠在微觀尺度上感知、控制和驅動，并在宏觀尺度上產生影響。

MEMS作為一種新興技術，其產品以技術-產品范式為中心，而不是以產品-市場范式為中心。因此，MEMS設備可能會在不同的行業找到許多應用。2006年之前，除了汽車氣囊與噴墨打印機墨盒之外，很少見到MEMS產品在其他市場的應用。2006年任天堂首先把加速度計引入到其游戲機Wii中，隨后MEMS市場開始爆發，包括智能手機在內的各種移動設備都可以找到MEMS產品的應用。如今，MEMS設備無處不在，從加速器和陀螺儀到汽車導航和安全氣囊傳感器以及醫療和通信設備。

什么支撐MEMS市場增長？

根據Yole Développement發布的《MEMS行業2020年新狀態報告》，用于消費設備的MEMS將主要由RF MEMS支撐。到2020年以后，由于5G和6 GHz以下頻段的擴展，BAW濾波器的需求將會進一步增加。包括RF MEMS在內，消費市場僅萎縮2.6%，但如果沒有RF MEMS，到2020年，消費市場將萎縮16%。預計到2021年，經濟將恢復到covid之前的水平，并恢復增長。

圖源：Yole Développement

Eric Mounier博士斷言：“在汽車領域，2019冠狀病毒病的負面影響將會非常顯著，到2020年年均下降27.5%。大多數與汽車相關的設備，包括傳感、照明和電力，都會因市場下跌而受損。壓力和慣性MEMS將繼續引領這一市場，因為它們在安全系統中不可或缺，如TPMS7、安全氣囊、ESC8和翻車檢測。”

MEMS還從COVID-19大流行中獲益，一個是工業市場，因為基于熱電堆和微測熱儀的熱成像和傳感系統由于需要非接觸式體溫測量而激增。另一個是醫療市場，醫用MEMS市場主要由壓力和微流體主導，這種主導產品以后也將繼續延續下去。

在電信領域，來自Yole的Dimitrios Damianos表示：“到2025年，MEMS振蕩器將呈現出最高的增長潛力，因為5G和汽車V2X連接將需要更多的時間解決方案，因此MEMS振蕩器將快速增長。”此外，電信運營商決心在2020年繼續加快5G部署，因此增長將在這里。”

2020年，由于民用航空癱瘓，國防和航天市場將大幅下滑，盡管國防不會受到任何重大影響。傳統的MEMS傳感器包括壓力和慣性可能會受到負面影響，因為新的飛機訂單受到阻礙。然而，從長遠來看，基于微測輻射計的熱成像儀在國防應用中提供了一個很好的機會，因為國防領域正在不斷取代使用更老的低溫冷卻技術傳統的熱成像儀。

全球MEMS供應商競爭格局：雙“博”依舊獨大，歌爾擠進前十

MEMS可能仍然是一個擁有多種產品的行業，但它也越來越是一個由少數大供應商主導的行業。寡頭現象在MEMS領域依舊明顯，從Yole統計的最新的2019年MEMS企業TOP30的排行榜可以看出，雙“博”（博通+博世）兩家公司的銷售額都比第三名或更少的公司高出一倍以上，兩家的營收均超過14億美元。而且總體來看，2019年MEMS玩家與2018年排名相差不大。值得一提的是，歌爾由2018年的第11位擠進了前十，排名第9。

2019年MEMS廠家的銷售額排名TOP30，(單位：百萬美元)(圖片出自：Yole Développement)

順便說一句，排名前30位的公司的總銷售額在2018年為99.4億美元，而在2019年增長2.2％，達到101.6億美元。

TOP1的博通從2013年開始飛速增長，博通主打射頻類MEMS產品，智能手機快速普及導致射頻MEMS產品量價齊升，RF MEMS對博通保持首位起到了決定性作用。排名第二的博世主打運動類MEMS產品，雙重布局于汽車和消費電子領域。可以預見，今后博通與博世的“斗爭”將會愈演愈烈。

第3的ST(意法半導體)是IDM企業，在MEMS領域深耕了20多年，ST的MEMS產品種類豐富廣泛，不僅能提供車載、工業、民用等方面的MEMS產品，作為全球最大的MEMS Foundry，也為其他公司代工生產MEMS。針對MEMS傳感器，ST一天的產能可以達到600萬片，不完全統計，ST已經出貨超過150億片的產品。

第4的德州儀器（TI）是MEMS微鏡領域無可爭議的領導者。但這2年來其銷售額在不斷減少，主要是TI主打DLP（Digital Light Processing，即數字光處理，基于數字微鏡元件來完成的可視數字信息顯示技術）市場趨于飽和，現在TI正在推進開拓車載等新的市場。

在射頻MEMS領域，第5位的Qorvo也跟博通一樣，把RF MEMS作為主打產品。2019年10月8日，Qorvo收購了高性能射頻供應商Cavendish Kinetics，該公司的團隊將繼續推動RF MEMS（射頻微機電系統）技術在Qorvo產品線中的應用，并將該技術轉變為用于移動設備和其他市場的大批量制造。全球多家領先的智能手機供應商已經證實，通過Cavendish Kinetics的RF MEMS技術能夠顯著改善天線的性能，包括降低損耗和提高線性度。

在MEMS麥克風領域，排在第8的樓氏電子（Knowles）是當之無疑的巨頭，除了麥克風，樓氏電子還有如助聽器類的多元化產品。隨著人工智能（AI）音箱市場的興起，以及汽車中MEMS麥克風的用量增加，樓氏電子可以進一步獲利。

歌爾股份在MEMS麥克風領域也表現不俗。2019年歌爾首次躋身全球MEMS廠商前十名，排名第九。自2016年上榜全球MEMS廠商20強以來，歌爾僅用了四年的時間躋身前十，這是首個進入全球MEMS廠商前十的中國企業，也是上榜全球MEMS廠商20強的唯一一家中國企業。

日本廠商惠普（HP）和佳能（Canon）主要在爭奪噴墨打印頭的增量市場，惠普這幾年抓住了消費類打印機的需求增長，以及客戶對其墨盒的忠誠度，所以營收略微有所增長。

2019年中國上榜的企業有TOP9的歌爾股份，TOP22的瑞聲科技AAC，兩家企業主攻聲學MEMS產品及系統集成。

過去10年中十大MEMS供應商銷售額的市場份額變化(圖片出自：Yole Développement)

同時，根據Yole的說法，與10年前相比，意法半導體（STMicroelectronics），德州儀器（Texas Instruments）和惠普（Hewlett Packard）市場份額大有縮減之勢，而TDK則按照自己的步伐發展。

MEMS代工廠格局：中國賽微電子控股的代工廠榮登第一

將代工廠用于MEMS的半導體時代已經開始。2018年MEMS代工市場為4.9億美元，2019年增長了5％，達到5.1億美元。MEMS代工主要有兩種類型：IDM廠商提供的MEMS代工，以及獨立代工廠提供的MEMS代工。其中，獨立的代工廠包括集成電路代工廠和純MEMS代工廠。

全球領先的純MEMS代工廠有Silex Microsystems、Teledyne DALSA、Asia Paci?c Microsystems、X-FAB、Innovative Micro Technology等。臺積電是全球最大的晶圓代工廠，其MEMS代工業務也排在行業前列。目前，提供MEMS代工的IDM廠商主要有ST、索尼、TI等。根據Yole發布的2019 MEMS foundry排名情況來看，與2018年還是有很大變化的。

2019年的MEMS Foundry銷售額排行榜。一般情況下，MEMS Foundry也兼具半導體Foundry的功能，此處僅僅是MEMS Foundry的銷售額統計。(圖片出自：Yole Développement)

2018年的MEMS Foundry銷售額排行榜(圖片出自：Yole Développement)

首先可喜可賀的是，Top1是中國的賽微電子（原耐威科技）控股公司Silex Microsystems，2018年Silex Microsystems排在第四位。自2000年成立以來，Silex一直是一家專門生產定制MEMS產品的制造商，并作為一家獨立的MEMS代工廠運營。Silex擁有世界上第一個專用的8英寸純MEMS代工廠。

2015年7月13日，香港投資控股公司GAE Ltd.收購了Silex 98%的股份。因此，GAE已獲得對Silex的實際控制權，而GAE的背后則是賽微電子（原來中國的耐威科技），獲得對Silex的控股后，賽微電子在北京建設了MEMS晶圓代工廠，以擴大該公司的產能。Silex在瑞典擁有6英寸和8英寸晶圓廠，并在瑞典投資1200萬美元進行了升級。Silex的優勢在于使用其自有的硅通孔(TSV)技術，Silex還使用鋯鈦酸鉛作為壓電材料，用于能量收集等新型應用。

變化較大的是ST和格芯，18年ST排在Foundry第一位，這次跌到了第13位；格芯19年賣掉了8寸MEMS工廠，退出了MEMS業務，2018年格芯排在第七位，這次已不在席列。

排名第二的Teledyne DALSA和第三Sony未發生變化，臺積電由2018年的第五上升到了第四位，X-FAB上升了一位排在第五，Asia Paci?c Microsystems從2018年的第10進入第7，羅姆由第8跌到第15位。

國內MEMS產業縮影：產業鏈初具規模

最近幾年，國內MEMS產業經過政府和企業的共同努力，已經形成從設計研發（中試）、生產制造、封裝測試到系統集成的完整MEMS產業鏈條。

在科研領域有蘇州納米科技、上海微技術工業研究院、中國科學院電子所等等；設計業也涌現了一大批優秀的企業，如擠進全球前十的歌爾股份、前兩天科創板上市的敏芯股份、瑞聲科技、共達電聲，還有部分初創MEMS公司已經崢嶸初現，如華景傳感、明皜傳感、深迪半導體、通用微，也包括如士蘭微、韋爾股份的傳統型集成電路廠商，還有格科微電子、矽睿科技、芯奧微、美新半導體、青島元芯、華美澳通、無錫納微電子、士蘭微等等；MEMS代工企業也越來越專業，如中芯國際、上海先進、華潤上華、罕王微電子、賽微電子（原耐威科技）等；封測企業中包括長電科技、晶方科技、華天科技；系統集成應用商包括華為、比亞迪、海康威視、中興等。

在MEMS麥克風領域，四大中國廠商包括歌爾股份、瑞聲科技、共達電聲、敏芯股份合計市場份額高達48%，幾乎占據全球MEMS麥克風市場的半壁江山！根據IHSMarkit的數據統計，敏芯股份MEMS麥克風2016年出貨量全球排名第六，2017年全球排名第五，2018年全球排名第四。

2017~2019年全球領先的MEMS麥克風廠商營收（來源：麥姆斯咨詢）

目前，在國內涉足MEMS的公司中有不少龍頭企業，歌爾股份和敏芯股份是MEMS麥克風領域的龍頭，賽微電子是MEMS代工的龍頭，蘇奧傳感國內汽車油量傳感器龍頭，蘇州固锝子公司的MEMS加速度傳感器銷量國內名列前茅，華工科技是國內家電溫度傳感器龍頭，漢威電子是國內氣體傳感器龍頭，還有軍工MEMS的龍頭中航電測。

2020年7月24日，煙臺開發區管委委托煙臺業達經濟發展集團有限公司（簡稱“業達經發集團”，系煙臺經濟技術開發區國有資產監督管理局下屬的全資子公司）與睿創微納共同出資成立煙臺新型半導體技術研究院有限公司（簡稱“半導體研究院”），半導體研究院擬投資15億元，建設集特色芯片及智能MEMS傳感器的設計、制造、測試與封裝一體化的開放性研發平臺。

聚沙成塔，無論是MEMS的新老企業還是致力于MEMS新技術研發的研究所，對于MEMS全產業鏈本土化的貢獻都是不可磨滅的。但是需要明確的是，中國的MEMS產業尚處于起步階段，旺盛的市場需求與還相對薄弱的產業形成了一定的反差，從全球前30的MEMS供應商就可以看出，具有一定知名度和出貨量的本土MEMS企業仍然屈指可數，逐鹿中國市場的大部分是跨國企業。

結語

當下MEMS在很多市場扮演越來越重要的角色。但可喜的是，國內半導體行業發展勢頭向好，MEMS技術的產業鏈條相對比較完整。在中美的時代競爭條件下，乘著物聯網的東風，國內MEMS可以說機遇與挑戰并存。隨著政府的扶持和資本的注入，相信中國的MEMS產業會發展得越來越好！