以下文章來源于叨叨戰(zhàn)地筆記 ，作者芽芽爸
本文資料均來自各大研究院、企業(yè)年報等，數(shù)據(jù)扎實，引用來源清晰，內(nèi)容全面豐富，分為：行業(yè)現(xiàn)狀分析、政策環(huán)境分析、產(chǎn)業(yè)鏈分析、市場情況分析、商業(yè)模式分析、競爭環(huán)境、龍頭公司分析、發(fā)展趨勢分析等部分，值得一讀。
文中指出，國內(nèi)MEMS廠商經(jīng)營產(chǎn)品種類較為單一，在中高端MEMS產(chǎn)品和部件進口占比達80%，傳感器芯片進口率達90%，本土企業(yè)傳感器產(chǎn)品毛利率低于20%，而國際企業(yè)則高于60%，射頻類MEMS器件已成為卡脖子技術(shù)，消費電子市場占整個MEMS行業(yè)60%以上份額……
國內(nèi)傳感器企業(yè)與國際企業(yè)差距巨大，通過本文，對中國MEMS傳感器行業(yè)會有個全面的了解。正視差距，方能超越。推薦需要了解中國MEMS傳感器行業(yè)的伙伴分享、收藏。
獲取更多傳感器行業(yè)深度資訊，了解傳感器技術(shù)、傳感器與測試技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)……等傳感器知識，請關(guān)注傳感器專家網(wǎng)公眾號，設(shè)為星標(biāo)，查看往期內(nèi)容。
傳感器專家網(wǎng)傳感器專家網(wǎng)專注于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，致力于對全球前沿市場動態(tài)、技術(shù)趨勢與產(chǎn)品選型進行專業(yè)垂直的服務(wù)，是國內(nèi)領(lǐng)先的傳感器產(chǎn)品查詢與媒體信息服務(wù)平臺?；趥鞲衅鳟a(chǎn)品與技術(shù)，對廣大電子制造從業(yè)者與傳感器制造者提供精準的匹配與對接。
本文內(nèi)容較全面，可按如下大綱閱讀需要的內(nèi)容：
↓↓↓向下滑動，查看更多↓↓↓
一、行業(yè)現(xiàn)狀分析
（一）基本定義
（二）發(fā)展概況
1、國外MEMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況
2、國內(nèi)MEMS發(fā)展概況
（三）產(chǎn)品分類
二、政策環(huán)境分析
（一）國家法律法規(guī)及政策
（二）行業(yè)相關(guān)標(biāo)準及規(guī)范
三、產(chǎn)業(yè)鏈分析
（一）MEMS研發(fā)設(shè)計
（二）MEMS生產(chǎn)制造
（三）MEMS封裝測試
（四）系統(tǒng)集成應(yīng)用
四、市場情況分析
（一）全球/中國市場規(guī)模
1、全球MEMS市場規(guī)模
2、中國MEMS市場規(guī)模
（三）MEMS市場結(jié)構(gòu)分析
1、應(yīng)用領(lǐng)域分析
（1）消費電子
（2）汽車電子
（3）工業(yè)與通信
（4）醫(yī)療健康
（5）國防與航空
2、重點產(chǎn)品分析
（1）MEMS麥克風(fēng)
（2）MEMS壓力傳感器
（3）慣性傳感器
（4）射頻MEMS器件
五、商業(yè)模式分析
1、外購芯片封裝測試
2、Fabless模式
3、IDM模式
六、競爭環(huán)境
（一）全球競爭格局
（二）歷年排名變化
八、發(fā)展趨勢分析
1、商業(yè)模式
2、產(chǎn)品形式
（1）微型化
（2）集成化
（3）低功耗化
（4）智能化
3、MEMS封裝技術(shù)
附錄：國內(nèi)MEMS各細分領(lǐng)域優(yōu)秀企業(yè)
一、行業(yè)現(xiàn)狀分析
（一）基本定義
MEMS全稱 Micro Electro Mechanical System，即微機電系統(tǒng)，是將微電子與精密機械結(jié)合發(fā)展的工程技術(shù)，通過采用半導(dǎo)體加工技術(shù)能夠?qū)㈦娮訖C械系統(tǒng)的尺寸縮小到毫米或微米級。
MEMS器件具有通道、孔、懸臂、膜、腔等一系列結(jié)構(gòu)以測量環(huán)境變量，涵蓋機械（移動和旋轉(zhuǎn)）、光學(xué)、電子（開關(guān)和計算）、熱學(xué)、生物等功能結(jié)構(gòu)，涉及眾多交叉學(xué)科。
名詞含義MEMS微機電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文縮寫。它是將微電子技術(shù)與機械工程融合到一起的、操作范圍在微米范圍內(nèi)的一種微細加工工業(yè)技術(shù)，涉及微電子、材料、力學(xué)、化學(xué)、機械學(xué)諸多學(xué)科領(lǐng)域。使用該技術(shù)制成的產(chǎn)品具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實現(xiàn)智能化的特點，現(xiàn)已應(yīng)用于微型傳感器、芯片等高精尖產(chǎn)品的生產(chǎn)中。MEMS傳感器采用MEMS技術(shù)制成的傳感器。傳感器是一類將環(huán)境中的自然信號轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體器件，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。MEMS執(zhí)行器MEMS執(zhí)行器是將電信號轉(zhuǎn)化為微動作或微操作的MEMS器件。ASIC全稱Application Specific Integrated Circuit，即專用集成電路，MEMS傳感器中的ASIC芯片主要負責(zé)為MEMS芯片供應(yīng)能量，并將MEMS芯片轉(zhuǎn)換的電容、電阻、電荷等信號的變化轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)過處理后再傳輸給下一級電路。晶圓硅半導(dǎo)體集成電路或MEMS器件和芯片制作所用的硅晶片，由于其形狀為圓形，故稱為晶圓。裸片裸片（die）是指在加工廠生產(chǎn)出來的芯片，即是晶圓經(jīng)過切割測試后沒有經(jīng)過封裝的芯片，這種裸片上只有用于封裝的壓焊點（pad），是不能直接應(yīng)用于實際電路當(dāng)中的。封裝將芯片裝配為最終產(chǎn)品的過程，即把芯片制造廠商生產(chǎn)出來的裸芯片放在一塊起到承載作用的基板上，把管腳引出來，然后固定包裝成為一個整體。Yole Development成立于1998年法國的市場調(diào)研及戰(zhàn)略咨詢機構(gòu)，覆蓋半導(dǎo)體制造、傳感器和MEMS等新興科技領(lǐng)域。賽迪顧問賽迪顧問股份有限公司（HK：8235）是直屬于工業(yè)和信息化部中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院的咨詢企業(yè)。EDAElectronic Design Automation，電子設(shè)計自動化，指以計算機為工作平臺，融合應(yīng)用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)，完成電子產(chǎn)品的自動設(shè)計。有限元分析有限元分析 (FEA) 是虛擬環(huán)境中產(chǎn)品和系統(tǒng)的建模，用于查找和解決可能的（或現(xiàn)有）結(jié)構(gòu)或性能問題。FEA 是有限元方法 (FEM) 的實際應(yīng)用，它由工程師和科學(xué)家用于對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、流體和多物理場問題進行數(shù)學(xué)建模和數(shù)值求解。
MEMS傳感器一般由MEMS芯片和與之配套的ASIC芯片構(gòu)成，其工作原理為：MEMS芯片采用半導(dǎo)體加工技術(shù)在硅晶圓上制造出微型電路和機械系統(tǒng)，將接收的外部信號轉(zhuǎn)化為電容、電阻、電荷等信號變化，ASIC芯片再將上述信號變化轉(zhuǎn)化成電學(xué)信號，最終通過封裝將芯片保護起來并將信號引出，從而實現(xiàn)外部信息獲取與交互的功能。
MEMS執(zhí)行器是將電信號轉(zhuǎn)化為微動作或微操作的MEMS器件。
圖表1：微機電系統(tǒng)
圖表2：MEMS雙向操作
資料來源：智慧產(chǎn)品圈
圖表3：MEMS傳感器結(jié)構(gòu)示意圖
資料來源：Sandia，華夏幸福產(chǎn)業(yè)研究院
（二）發(fā)展概況
全球MEMS傳感器發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：1990~2000 年的汽車電子化浪潮，點燃了 MEMS 傳感器的需求；2000~2010 年的消費電子浪潮，推動MEMS傳感器呈現(xiàn)多品類、多功能一體化的發(fā)展態(tài)勢；2010 年至今的物聯(lián)網(wǎng)及人工智能浪潮，帶動了 MEMS 傳感器單品放量、軟硬協(xié)同化發(fā)展。
圖表4：全球MEMS傳感器發(fā)展歷程
資料來源：敏芯股份招股說明書
1、國外MEMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況
近年來，受益于汽車電子、消費電子、醫(yī)療電子、光通信、工業(yè)控制、儀表儀器等市場的高速成長，MEMS行業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，MEMS銷售額一直保持穩(wěn)步增長。據(jù)研究機構(gòu)預(yù)測，2019年全球MEMS市場總規(guī)模約為115億美元。
從全球范圍來看，得益于智能家居、智能手機和可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用機會增多，消費電子依然是MEMS行業(yè)的第一大市場，占比超過60%。
國外企業(yè)自上世紀90年代就進入MEMS領(lǐng)域，大部分半導(dǎo)體制造公司也同時從事MEMS生產(chǎn)加工業(yè)務(wù)。國外企業(yè)如博世（Robert Bosch）、德州儀器（TI）、模擬器件（ADI）、英飛凌、NXP-飛思卡爾、樓氏電子（Knowles）、惠普、豐田電裝（DENSO）、松下、愛普生、村田制作所（Murata）等在MEMS傳感器設(shè)計和研究領(lǐng)域內(nèi)走在前列。
隨著終端用戶對傳感器感測多個物理信號需求的進一步放大，未來MEMS產(chǎn)品將向著微型化、集成化、智能化的方向發(fā)展。而全球MEMS產(chǎn)業(yè)重心也在不斷東遷，加速向亞太地區(qū)轉(zhuǎn)移。
2、國內(nèi)MEMS發(fā)展概況
國內(nèi)MEMS 產(chǎn)業(yè)在 2009 年后才逐漸起步，在國家政策鼓勵下，中國MEMS產(chǎn)業(yè)已在長三角和京津冀地區(qū)建立完整的產(chǎn)學(xué)研布局，但國內(nèi)MEMS公司在營業(yè)規(guī)模、技術(shù)水平、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等方面與國外有明顯差距。
我國MEMS傳感器制造企業(yè)超過200家，大多屬于初創(chuàng)類中小型企業(yè)，國內(nèi)企業(yè)（除歌爾聲學(xué)和瑞聲科技）整體規(guī)模較小。同時國內(nèi)廠商經(jīng)營產(chǎn)品種類較為單一，產(chǎn)品線多數(shù)為一條。
企業(yè)分布主要集中在長三角地區(qū)，占比超過50%。這主要得益于長三角具有良好的集成電路產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，硅基MEMS研發(fā)及代工生產(chǎn)線資源較多，產(chǎn)業(yè)鏈完整，涵蓋設(shè)計、代工和封測的重點企業(yè)。
國內(nèi)高端MEMS產(chǎn)品和部件高度依賴進口。國內(nèi)MEMS市場中高端傳感器進口占比達80%，傳感器芯片進口率達90%，我國傳感器新品研制落后近10年，產(chǎn)業(yè)化水平落后10-15年。中國本土企業(yè)自主設(shè)計、制造和封裝測試的產(chǎn)品仍然以軍工市場和技術(shù)要求較低的中低端市場為主，如低端消費電子產(chǎn)品市場。
在汽車電子、消費電子等主要應(yīng)用市場，中國本土企業(yè)缺乏競爭力，導(dǎo)致中國MEMS傳感器民用市場80%以上的份額由國際企業(yè)占據(jù)。在此背景下，中國本土企業(yè)業(yè)務(wù)及生產(chǎn)規(guī)模顯著落后于國際企業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模的明顯差距導(dǎo)致本土企業(yè)單位生產(chǎn)成本遠高于國際領(lǐng)先企業(yè)，本土企業(yè)產(chǎn)品毛利率低于 20%，而國際企業(yè)毛利率高于60%。
在MEMS制造代工環(huán)節(jié)，國內(nèi)經(jīng)驗也相對不足。雖然國內(nèi)頭部MEMS代工廠的硬件條件與國外先進水平相近，但國內(nèi)企業(yè)的開發(fā)能力遠不及海外代工廠，中國MEMS代工企業(yè)還未積累起足夠的工業(yè)技術(shù)儲備和大規(guī)模市場驗證反饋的經(jīng)驗，加工工藝的一致性、可重復(fù)性都不能滿足設(shè)計需求，產(chǎn)品的良率和可靠性也無法達到規(guī)模生產(chǎn)要求。
國內(nèi)MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)并購化、專業(yè)分工化的發(fā)展路徑。MEMS傳感器作為獲取信息的關(guān)鍵器件，對各種傳感裝置的微型化起著巨大的推動作用，在智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中具有廣闊前景。
（三）產(chǎn)品分類
發(fā)展至今，MEMS產(chǎn)品主要可以分為MEMS傳感器和MEMS執(zhí)行器，其中傳感器是用于探測和檢測物理、化學(xué)、生物等現(xiàn)象和信號的器件，而執(zhí)行器是用于實現(xiàn)機械運動、力和扭矩等行為的器件。從MEMS行業(yè)的市場結(jié)構(gòu)來看，MEMS產(chǎn)品主要以傳感器為主。
MEMS傳感器的種類繁多，根據(jù)測量量不同可分為：MEMS物理傳感器、MEMS化學(xué)傳感器、MEMS生物傳感器三大類，每一種MEMS傳感器又有很多細分類別。常見的MEMS傳感器有壓力傳感器、加速度傳感器、微機械陀螺儀、慣性傳感器、MEMS硅麥克風(fēng)等等。
MEMS傳感器的品種多到以萬為單位，且不同MEMS之間參量較多，沒有完全標(biāo)準的工藝。
圖表5：MEMS分類
數(shù)據(jù)來源：華夏產(chǎn)業(yè)研究院整理
二、政策環(huán)境分析
（一）國家法律法規(guī)及政策
近年來，國家大力推進 MEMS 傳感器等先進傳感器的產(chǎn)業(yè)化，主要法律法規(guī)及政策如下：
圖表6：國家法律法規(guī)及政策
（二）行業(yè)相關(guān)標(biāo)準及規(guī)范
為引導(dǎo)中國MEMS傳感器行業(yè)規(guī)范化發(fā)展，中國政府發(fā)布了眾多國家級行業(yè)標(biāo)準，為行業(yè)提供基礎(chǔ)標(biāo)準指導(dǎo)。
2011年1月，中國國家質(zhì)監(jiān)局和國標(biāo)委發(fā)布《GB/T26111-2010微機電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)術(shù)語》，規(guī)定了MEMS領(lǐng)域所涉及的材料、設(shè)計、加工、封裝、測試以及器件等方面的通用術(shù)語和定義，為MEMS傳感器行業(yè)發(fā)展提供基礎(chǔ)指導(dǎo)。
2016年8月，中國國家質(zhì)監(jiān)局和國標(biāo)委發(fā)布《GB/T32817-2016半導(dǎo)體器件微機電器件MEMS總規(guī)范》，提出MEMS行業(yè)總規(guī)范，規(guī)定了用于IECQ-CECC體系質(zhì)量評定的一般規(guī)程，給出了電、光、機械和環(huán)境特性的描述和測試總則，該規(guī)范重點參考了國際標(biāo)準，為中國MEMS傳感器行業(yè)向國際領(lǐng)域拓展提供基礎(chǔ)指引。
圖表7：行業(yè)主要標(biāo)準
序號標(biāo)準編號標(biāo)準名稱備注1GB/T 26111-2010微機電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)術(shù)語國家標(biāo)準2GB/T 32817-2016半導(dǎo)體器件微機電器件 MEMS總規(guī)范國家標(biāo)準3GB/T 32814-2016硅基MEMS制造技術(shù)基于SOI硅片的MEMS工藝規(guī)范國家標(biāo)準4GB/T 38447-2020微機電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù) MEMS結(jié)構(gòu)共振疲勞試驗方法國家標(biāo)準5GB/T 38341-2019微機電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù) MEMS器件的可靠性綜合環(huán)境試驗方法國家標(biāo)準6GB/T 34893-2017微機電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù) 基于光學(xué)干涉的MEMS微結(jié)構(gòu)面內(nèi)長度測量方法國家標(biāo)準7GB/T 34898-2017微機電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)MEMS諧振敏感元件非線性振動測試方法國家標(biāo)準8GB/T 34894-2017微機電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)基于光學(xué)干涉的MEMS微結(jié)構(gòu)應(yīng)變梯度測量方法國家標(biāo)準9GB/T 34900-2017微機電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)基于光學(xué)干涉的MEMS微結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)變測量方法國家標(biāo)準10GB/T 35086-2018MEMS電場傳感器通用技術(shù)條件國家標(biāo)準11GB/T 33922-2017MEMS壓阻式壓力敏感芯片性能的圓片級試驗方法國家標(biāo)準12GB/T 33929-2017MEMS高g值加速度傳感器性能試驗方法國家標(biāo)準13GB/T 32816-2016硅基MEMS制造技術(shù)以深刻蝕與鍵合為核心的工藝集成規(guī)范國家標(biāo)準14GB/T 32815-2016硅基MEMS制造技術(shù)體硅壓阻加工工藝規(guī)范國家標(biāo)準15GB/T 28274-2012硅基MEMS制造技術(shù) 版圖設(shè)計基本規(guī)則國家標(biāo)準16GB/T 28275-2012硅基MEMS制造技術(shù) 氫氧化鉀腐蝕工藝規(guī)范國家標(biāo)準17GB/T 28277-2012硅基MEMS制造技術(shù) 微鍵合區(qū)剪切和拉壓強度檢測方法國家標(biāo)準18GB/T 26112-2010微機電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù) 微機械量評定總則國家標(biāo)準19GB/T 26113-2010微機電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù) 微幾何量評定總則國家標(biāo)準
數(shù)據(jù)來源：全國標(biāo)準信息公共服務(wù)平臺
三、產(chǎn)業(yè)鏈分析
MEMS工藝就是將傳統(tǒng)機械系統(tǒng)的部件微型化后，利用半導(dǎo)體加工技術(shù)將微型機械系統(tǒng)和集成電路固定在硅晶圓上，然后根據(jù)不同的應(yīng)用場景采用特殊定制的封裝形式，最終切割組裝形成硅基換能器。
相比傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)，微機電系統(tǒng)具有微型化、重量低、功耗低、成本低、功能多等競爭優(yōu)勢，可通過微納加工工藝進行批量制造、封裝和測試。
MEMS產(chǎn)業(yè)鏈一般由芯片設(shè)計企業(yè)、晶圓制造廠商、封裝測試廠商和終端應(yīng)用企業(yè)構(gòu)成，芯片設(shè)計企業(yè)專注于MEMS芯片及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計，完成設(shè)計后交由第三方晶圓廠生產(chǎn)制造出MEMS芯片，經(jīng)過封裝測試后實現(xiàn)向消費電子、汽車、醫(yī)療和工控等應(yīng)用領(lǐng)域客戶的出貨。
除上述專注于各環(huán)節(jié)的專業(yè)廠商外，MEMS 行業(yè)還存在博世、意法半導(dǎo)體等大型IDM廠商，這些公司能夠自行完成芯片設(shè)計、晶圓制造和封裝測試等主要研發(fā)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)。
（一）MEMS研發(fā)設(shè)計
MEMS的研發(fā)設(shè)計，不僅涉及基礎(chǔ)理論、制備工藝、應(yīng)用技術(shù)，還涉及到MEMS技術(shù)與其他如通訊技術(shù)、計算機技術(shù)的結(jié)合，更涉及到一些新興學(xué)科和一些前沿技術(shù)的綜合分析與應(yīng)用。
MEMS產(chǎn)品設(shè)計中有三個主要任務(wù)是互相交聯(lián)在一起的：機電和結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝流程設(shè)計、包括封裝和測試在內(nèi)的設(shè)計驗證。MEMS設(shè)計中材料的選擇也比常規(guī)產(chǎn)品的材料選擇復(fù)雜的多。
目前典型的MEMS產(chǎn)品開發(fā)基本符合一個產(chǎn)品、一種工藝、一種封裝、一種專用集成電路芯片（ASIC）、一種測試系統(tǒng)的模式。在產(chǎn)品進入生產(chǎn)階段之前，需要完成多個閉環(huán)。
材料數(shù)據(jù)庫經(jīng)常需要根據(jù)具體應(yīng)用的實驗結(jié)果進行更新。這個開發(fā)流程通常是不可預(yù)測的，而且往往需要數(shù)年的時間才能量產(chǎn)。
圖表8：MEMS研發(fā)設(shè)計
資料來源：頭豹研究院
（1）機電和結(jié)構(gòu)設(shè)計涵蓋有限元分析（FEA）建模和傳感器版圖結(jié)構(gòu)設(shè)計。
MEMS設(shè)計企業(yè)通過Coventor、Ansys、TannerPro等國際MEMS EDA軟件企業(yè)提供的仿真模擬分析和建模設(shè)計軟件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)分析、力學(xué)分析、溫度分析、靈敏度分析、耦合分析等，從而完成傳感器結(jié)構(gòu)建模，再通過AutoCAD等繪圖工具繪制MEMS傳感器掩膜版，從而完成版圖結(jié)構(gòu)設(shè)計。
由于海外MEMS傳感器行業(yè)商業(yè)化始于2000年左右，而中國MEMS傳感器行業(yè)商業(yè)化始于2009年，中國MEMS傳感器行業(yè)起步較晚，中國市場尚不具備成熟的、商業(yè)化的、為MEMS設(shè)計提供輔助的本土EDA軟件供應(yīng)商。
（2）工藝設(shè)計主要為 MEMS傳感器制作工藝設(shè)計，制作工藝的選擇對傳感器參數(shù)、制造成本、兼容性和集成度等方面均產(chǎn)生關(guān)鍵影響。
由于MEMS傳感器中復(fù)雜的極微小型機械系統(tǒng)的存在，MEMS傳感器的芯片設(shè)計和工藝研發(fā)必須緊密配合，制造端已有的工藝路線在很大程度上決定了芯片的設(shè)計路線，而芯片的設(shè)計路線又需要對制造端的工藝模塊進行重組和調(diào)試，以實現(xiàn)芯片所需達到的功能和可靠性要求。
此外，不同傳感器類型擁有不同機械特性，使得一種工藝路線只能對應(yīng)一種傳感器。因此，MEMS傳感器的研發(fā)企業(yè)必須同時進行芯片和工藝端的研發(fā)，在制造端缺乏成熟工藝模塊的情況下，需要與制造端企業(yè)共同開發(fā)成熟的工藝模塊；在制造端具備成熟工藝模塊的情況下，新的一款芯片的推出需要重新對制造端工藝模塊的重新組合和調(diào)試。因此MEMS傳感器的生產(chǎn)工藝具有高度定制化特點。
（3）封裝測試設(shè)計包括封裝形式設(shè)計和測試系統(tǒng)設(shè)計。
由于MEMS傳感器種類多、應(yīng)用廣，傳感器企業(yè)需完成封裝測試設(shè)計，即對傳感器封裝形式和測試系統(tǒng)做出定制化設(shè)計。
相比半導(dǎo)體集成電路封裝，MEMS傳感器封裝更加復(fù)雜，在封裝設(shè)計方面需考慮更多因素。例如，溫度、濕度以及傳感器自身的封裝材料散熱性、耐腐蝕性和結(jié)構(gòu)強度等外部因素對傳感器可靠性產(chǎn)生的影響，因此封裝設(shè)計需考慮如何選擇合適的封裝結(jié)構(gòu)和封裝材料，以保護傳感器免受外部因素干擾。
MEMS傳感器各個設(shè)計環(huán)節(jié)相互影響，不同應(yīng)用領(lǐng)域、不同類型、不同性能參數(shù)的傳感器具有特定的設(shè)計邏輯，代表特定的工藝設(shè)計、機電結(jié)構(gòu)設(shè)計和封裝測試設(shè)計等。因此，傳感器設(shè)計是MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)，掌握設(shè)計自主知識產(chǎn)權(quán)的企業(yè)具備市場競爭優(yōu)勢。
（二）MEMS生產(chǎn)制造
MEMS與IC工藝雖然存在一定的相似度，但本質(zhì)上存在明顯差異。與大規(guī)模集成電路產(chǎn)品均采用標(biāo)準的CMOS生產(chǎn)工藝不同，MEMS制造對半導(dǎo)體加工技術(shù)的先進與否并不敏感，MEMS 傳感器芯片本質(zhì)上是在硅片上制造極微小化機械系統(tǒng)和集成電路的集合體，生產(chǎn)工藝具有較高的定制化特點。
MEMS 傳感器的制造工藝則需要兼顧電路和機械系統(tǒng)，具有一種傳感器對應(yīng)一種工藝路線的特點。因此，MEMS 傳感器的技術(shù)先進性除了體現(xiàn)在MEMS傳感器芯片的設(shè)計難度之外，還體現(xiàn)在MEMS傳感器芯片生產(chǎn)工藝的可實現(xiàn)性方面。MEMS傳感器廠商不但需要具備突出的極微小化機械系統(tǒng)和集成電路的設(shè)計能力，也需要開發(fā)不同傳感器芯片的生產(chǎn)工藝。
從MEMS制造環(huán)節(jié)來看，主要分為三類：純MEMS代工、IDM企業(yè)代工和傳統(tǒng)集成電路MEMS代工。
目前提供MEMS代工的IDM廠商主要有意法半導(dǎo)體、索尼、德州儀器等；傳統(tǒng)集成電路MEMS代工企業(yè)有臺積電、X-FAB（德國）、中芯國際等；全球知名的純MEMS代工廠Teledyne Dalsa（加拿大）、Silex Microsystems（瑞典）、亞太優(yōu)勢（APM）、Innovative Micro Technology（美國）、Tronics Microsystems（法國）和Micralyne（加拿大）等。國內(nèi)的華虹宏力、上海先進半導(dǎo)體也有MEMS生產(chǎn)能力。
國內(nèi)第三方半導(dǎo)體制造企業(yè)普遍缺乏成熟的MEMS傳感器工藝模塊。由此使得國內(nèi)MEMS廠商，如果需要利用國內(nèi)第三方半導(dǎo)體的制造資源，必須事先進行完整的包括晶圓制造、晶圓測試、封裝、成品測試在內(nèi)的全生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工藝研發(fā)，幫助第三方半導(dǎo)體制造企業(yè)建立起某一品類傳感器的成熟工藝模塊。
圖表9：MEMS代工企業(yè)類型比較
MEMS器件依賴各種工藝和許多變量，所以一種MEMS產(chǎn)品對應(yīng)一種工藝。只有經(jīng)過多年的工藝改進及測試，MEMS器件才能真正被商品化。研發(fā)團隊一般需要大量時間來搜索并驗證有關(guān)工藝及材料物理特性。
利用單獨一種材料（如多晶硅）制得的器件可能需要根據(jù)多晶硅的來源及沉積方法來標(biāo)記工藝中的變化。因此每一種工藝都需要長期、大量的數(shù)據(jù)來穩(wěn)定一個工藝。
目前全球MEMS加工工藝主要的技術(shù)途徑有三種：一是以美國為代表的以集成電路加工技術(shù)為基礎(chǔ)的硅基微加工技術(shù)；二是以德國為代表發(fā)展起來的利用X射線深度光刻、微電鑄、微鑄塑的LIGA技術(shù)；三是以日本為代表發(fā)展的精密加工技術(shù)，如微細電火花EDM、超聲波加工。
圖表10：MEMS工藝和IC工藝比較
各工藝名稱MEMS工藝IC工藝光刻技術(shù)需雙面光刻技術(shù)單面光刻技術(shù)干法（腐蝕技術(shù)）深層、高深度比腐蝕一般薄膜腐蝕濕法（腐蝕技術(shù)）各向異性腐蝕、自停止技術(shù)、深層體硅腐蝕各向同性腐蝕、陽極腐蝕、電鈍化腐蝕，限于表面加工犧牲層技術(shù)表面硅微加工工藝，與IC工藝兼容，用于制造表面活動結(jié)構(gòu)不常用鍵合硅硅直接鍵合、硅玻璃陽極鍵合高溫鍵合制作SOI材料LIGA制作高深寬比結(jié)構(gòu)，成本高不用
資料來源：電子發(fā)燒友
（三）MEMS封裝測試
目前在國內(nèi) MEMS行業(yè)中，參與封裝測試的企業(yè)為傳統(tǒng)半導(dǎo)體集成電路封裝測試代工企業(yè)和傳感器設(shè)計企業(yè)。其中，傳統(tǒng)半導(dǎo)體集成電路封裝測試代工企業(yè)主要參與傳感器封裝環(huán)節(jié)，測試環(huán)節(jié)由傳感器設(shè)計企業(yè)主導(dǎo)。
MEMS封裝通常分為芯片級封裝、器件級封裝和系統(tǒng)級封裝三個層次。芯片級含義更加廣泛，不但涵蓋包括控制器在內(nèi)的集成電路封裝中的各種芯片，還包括感測的各種力、光、磁、聲、溫度、化學(xué)、生物等傳感器元器件和執(zhí)行運動、能量、信息等控制量的各種部件。
目前的MEMS封裝技術(shù)大多來自集成電路封裝技術(shù)，但MEMS產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域多樣，且應(yīng)用場景復(fù)雜，所以MEMS封裝比集成電路封裝更龐大、更復(fù)雜、更困難。
在MEMS產(chǎn)品量化過程中，封裝的成本比重已經(jīng)越來越大，通常超過四成，再結(jié)合測試部分的成本，一般來說，后端的成本往往占據(jù)產(chǎn)品成本的大半，有的甚至超過七成。
因此為了盡量適應(yīng)各個領(lǐng)域的應(yīng)用，以便盡可能形成大規(guī)模的批量生產(chǎn)，降低研發(fā)到市場的導(dǎo)入成本，整合MEMS產(chǎn)品的封裝形式已經(jīng)成為各大OSAT封裝廠商（外包半導(dǎo)體封裝測試廠）熱衷于思考和探索的課題。
MEMS與IC不同，測試時需要外加不同的激勵來測試不同的MEMS產(chǎn)品，非標(biāo)準化特性明顯，如在加速度計、陀螺儀等產(chǎn)品時，需要多軸轉(zhuǎn)臺、振動臺、沖擊臺等設(shè)備來外加轉(zhuǎn)動、震動激勵；在測試硅麥克風(fēng)時，需要通過消聲腔、標(biāo)準聲源等外部設(shè)備來施加聲源激勵。
此外，即使同類型傳感器的測試方法也不一定相同，如普通加速度計內(nèi)有活動部件，而基于熱對流原理的加速度計內(nèi)無活動部件，二者的測試流程和設(shè)備并非完全相同；電容式MEMS麥克風(fēng)的腔體是封閉的，而壓電式MEMS麥克風(fēng)的腔體是開放的，二者的測試設(shè)備、流程也不盡相同。
因此，多數(shù)MEMS廠商針對自研產(chǎn)品的相關(guān)屬性原理設(shè)計個性化測試裝備、搭建個性化測試環(huán)境，在一定程度上拉高了產(chǎn)品成本。
（四）系統(tǒng)集成應(yīng)用
MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)鏈中的應(yīng)用集成環(huán)節(jié)主要存在三大類。
一是由MEMS傳感器生產(chǎn)廠商提供，此類MEMS傳感器廠商也可稱為解決方案提供商，其解決方案特點是通用性強，且能夠更有效發(fā)揮產(chǎn)品性能，兼具靈活與輕度定制化特點，如應(yīng)美盛Firefly移動解決方案，終端廠商只需簡單調(diào)整內(nèi)部軟件即可用在整機產(chǎn)品上，基本做到即插即用；
二是由應(yīng)用廠商進行集成，該類解決方案特點是專注于特定領(lǐng)域、研發(fā)成本較高、產(chǎn)品研發(fā)周期較長，如康明斯對外采購壓力、流量等傳感器、生產(chǎn)汽車發(fā)動機、渦輪增壓器等；
三是垂直整合廠商集成，該類應(yīng)用集成的特點是專用強，高度設(shè)配自家應(yīng)用，且通常屬高精尖領(lǐng)域，如GE為旗下航空、發(fā)電、運輸?shù)葮I(yè)務(wù)自行生產(chǎn)專用傳感器。
總體來看，由MEMS傳感器廠商提供的高通用性、高效能、靈活的解決方案更符合大眾消費市場發(fā)展要求，而后兩類集成方案更加適合專用領(lǐng)域。
圖表11：MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)鏈全景圖
四、市場情況分析
（一）全球/中國市場規(guī)模
1、全球MEMS市場規(guī)模
根據(jù)Yole Development （2021）的統(tǒng)計與預(yù)測，2020年全球MEMS行業(yè)市場規(guī)模已達到 121億美元，預(yù)計2025年將達到 182億美元，2020-2026 年市場規(guī)模復(fù)合增長率為7.2%。
圖表12：2020-2026全球MEMS行業(yè)市場規(guī)模及預(yù)測（單位：億美元）
數(shù)據(jù)來源：Yole Development（2020）
2、中國MEMS市場規(guī)模
根據(jù)賽迪顧問的統(tǒng)計，近年來受益于中國智能手機、平板電腦等消費電子類產(chǎn)品產(chǎn)量的穩(wěn)定增長，加速度計、陀螺儀和微型麥克風(fēng)等MEMS產(chǎn)品的需求也不斷增長，使得中國已經(jīng)成為全球 MEMS 市場中發(fā)展最快的地區(qū)。
2019年中國MEMS市場規(guī)模達到597.8億元，同比增長18.3%。預(yù)計到2022年市場規(guī)模將突破1000億元。（與Yole Development的預(yù)測數(shù)據(jù)相沖突，可能是統(tǒng)計口徑問題及預(yù)測時間點等原因）
圖表13：2016-2022年中國MEMS行業(yè)市場規(guī)模及預(yù)測（單位：億元）
數(shù)據(jù)來源：賽迪顧問
（二）MEMS市場結(jié)構(gòu)分析
1、應(yīng)用領(lǐng)域分析
MEMS產(chǎn)品在消費電子、汽車電子、工業(yè)、通信、醫(yī)療、國防和航空等 MEMS 的主要應(yīng)用領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用。
應(yīng)用領(lǐng)域涉及的MEMS產(chǎn)品消費電子射頻MEMS、微型麥克風(fēng)、噴墨打印頭、光學(xué)MEMS、慣性傳感器組合、陀螺儀、加速度計、壓力傳感器、磁傳感器等汽車電子加速度計、壓力傳感器、陀螺儀、慣性傳感器組合等工業(yè)與通信壓力傳感器、噴墨打印頭、非制冷紅外探測儀、微針、陀螺儀、流量計、加速度計等醫(yī)療健康壓力傳感器、微流控、流量計、微型麥克風(fēng)、加速度計等國防與航空非制冷紅外探測儀、陀螺儀、加速度計、壓力傳感器等
注：各應(yīng)用領(lǐng)域涉及的 MEMS 產(chǎn)品按照該應(yīng)用領(lǐng)域中市場規(guī)模由高到低的順序列示。
不同的應(yīng)用領(lǐng)域來看，全球消費電子產(chǎn)品市場占比最大，達到了58.92%，主要得益于智能手機以及未來5G應(yīng)用的空間巨大。此外，汽車電子是占比第二大市場，市場占比為16.78%，主要得益于汽車安全以及智能化要求的日益增加。
圖表14：全球不同領(lǐng)域MEMS市場預(yù)測（億美金）
數(shù)據(jù)來源：Yole Development（2020）
圖表15：2020年全球各市場占比（%）
圖表16：2026年全球各市場占比（%）
數(shù)據(jù)來源：Yole Development（2020）
（1）消費電子
目前，消費電子是全球MEMS行業(yè)最大的應(yīng)用市場，且在整個MEMS行業(yè)的市場規(guī)模的占比越來越高，包括射頻MEMS、微型麥克風(fēng)、壓力傳感器、加速度計、陀螺儀等MEMS產(chǎn)品都廣泛運用在以智能手機、平板電腦為代表的消費電子產(chǎn)品中。
2017年消費類產(chǎn)品的出貨規(guī)模在整個MEMS市場規(guī)模中的占比超過50%。而隨著消費電子產(chǎn)品品類和數(shù)量的增長以及設(shè)備智能化程度的提升，其對MEMS產(chǎn)品數(shù)量的需求也將不斷增加。到2023年，消費類MEMS產(chǎn)品將占據(jù)整個MEMS行業(yè)60%以上的市場空間。
除了智能手機、平板電腦和筆記本電腦等主流消費電子產(chǎn)品外，近年來涌現(xiàn)出的智能家居和可穿戴設(shè)備等新興應(yīng)用領(lǐng)域也廣泛使用了MEMS傳感器產(chǎn)品，如智能手表安裝了MEMS加速度計、陀螺儀、微型麥克風(fēng)和脈搏傳感器，VR/AR設(shè)備采用MEMS加速度計、陀螺儀和磁傳感器來精確測定頭部轉(zhuǎn)動的速度、角度和距離等。
圖表17：2017 年消費電子領(lǐng)域 MEMS 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)來源：Yole Development（2018），敏芯股份招股說明書
（2）汽車電子
汽車電子是MEMS產(chǎn)品最早的應(yīng)用領(lǐng)域之一，目前也是僅次于消費電子的第二大市場。在汽車領(lǐng)域，應(yīng)用最多的MEMS產(chǎn)品主要是壓力傳感器和慣性傳感器。
隨著汽車智能化的發(fā)展趨勢和汽車安全要求標(biāo)準的提高，MEMS傳感器在汽車上的應(yīng)用也越來越廣泛。
比如：在自動變速箱中，加入MEMS傳感器可以動態(tài)測量汽車上下坡時傾斜角度，實時調(diào)節(jié)傳動比，防止因為人為判斷或者操作的失誤；主動控制系統(tǒng)，在轉(zhuǎn)彎時通過MEMS傳感器測量角速度，可以知道方向盤打的夠不夠，主動在內(nèi)側(cè)或者外側(cè)輪胎加上適當(dāng)?shù)膭x車以防止汽車脫離車道；在車內(nèi)空氣凈化系統(tǒng)里，加入MEMS傳感器，可以實時檢測車內(nèi)空氣，控制系統(tǒng)智能調(diào)節(jié)空氣凈化器，保持車內(nèi)空氣清新。
圖表18：MEMS 應(yīng)用領(lǐng)域——汽車電子（單位：百萬美元）
數(shù)據(jù)來源：Yole Development（2018），敏芯股份招股說明書
（3）工業(yè)與通信
工業(yè)與通信領(lǐng)域也存在廣闊的新興傳感器應(yīng)用空間，目前常見的工業(yè)與通信類 MEMS 器件包括壓力傳感器、非制冷紅外探測儀、噴墨打印頭、陀螺儀、加速度計、流量計和微針等，其中壓力傳感器和慣性傳感器在整個工業(yè)與通信MEMS 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中占據(jù)了三分之一以上的份額。
隨著《中國制造 2025》和十三五相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的發(fā)布實施，智能制造已經(jīng)上升到國家意志層面，而智能感知與控制相關(guān)產(chǎn)業(yè)作為智能制造的核心環(huán)節(jié)，將受益于制造產(chǎn)業(yè)智能化升級的浪潮。
圖表19：2017 年工業(yè)與通信領(lǐng)域 MEMS 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)來源：Yole Development（2018），敏芯股份招股說明書
（4）醫(yī)療健康
Covid-19創(chuàng)造了對醫(yī)療MEMS傳感器的需求，醫(yī)療應(yīng)用 MEMS 市場高速成長。
MEMS 傳感器被廣泛應(yīng)用于生物和醫(yī)療電子產(chǎn)品中，如心臟起搏器、精密手術(shù)儀器、醫(yī)療機器、仿生眼、智能假肢、血糖儀、數(shù)字血壓計、血氣分析儀、數(shù)字脈搏、心率監(jiān)視器、數(shù)字溫度計、懷孕測試儀、透皮給藥系統(tǒng)、透析系統(tǒng)和氧濃縮器等。壓力傳感器、微流控、流量計、微型麥克風(fēng)和加速度計在醫(yī)療類 MEMS 市場中占據(jù)主要份額。
在保障設(shè)備安全性的前提下，MEMS 器件可以提升醫(yī)療器械的敏感度、精確度，提高設(shè)備的自動化、智能化和可靠性水平。同時，MEMS 技術(shù)可以把信息的獲取、處理和執(zhí)行集成在一起，組成具有多功能的微型系統(tǒng)，制造出新型微醫(yī)療儀器。
圖表20：MEMS 應(yīng)用領(lǐng)域——醫(yī)療（單位：百萬美元）
數(shù)據(jù)來源：Yole Development（2018），敏芯股份招股說明書
（5）國防與航空
在國防與航空領(lǐng)域，市場規(guī)模最大的 MEMS 產(chǎn)品包括非制冷紅外探測儀、陀螺儀、加速度計和壓力傳感器。近年來，慣性傳感器迅速發(fā)展，越來越多地被導(dǎo)航和軍事用途所采用。
圖表21：MEMS 應(yīng)用領(lǐng)域——國防與航空（單位：百萬美元）
數(shù)據(jù)來源：Yole Development（2018），敏芯股份招股說明書
賽迪顧問將國內(nèi)MEMS市場應(yīng)用結(jié)構(gòu)分為網(wǎng)絡(luò)與通信領(lǐng)域、汽車領(lǐng)域、計算機領(lǐng)域、醫(yī)療電子領(lǐng)域、消費電子領(lǐng)域和其他領(lǐng)域。
根據(jù)其《2019國內(nèi)MEMS市場分析》報告，2019年隨著中國智能手機等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)品快速增長，MEMS陀螺儀、MEMS加速度計等產(chǎn)品用量等到快速提高，因此網(wǎng)絡(luò)與通信成為中國MEMS市場的最大應(yīng)用領(lǐng)域，2019的市場份額上升至30.9%。
汽車電子領(lǐng)域MEMS增速迅速，2019年市場規(guī)模為173.2億元，市場份額為28.9%，位居第二。因為MEMS在平板電腦中應(yīng)用滲透率的提高，計算機領(lǐng)域成為中國MEMS的第三大應(yīng)用市場，2019年市場規(guī)模為85.8億元，市場份額為14.3%。
圖表22：2019年中國MEMS市場應(yīng)用結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)來源：賽迪顧問《2019國內(nèi)MEMS市場分析》（2020.08）
2、重點產(chǎn)品分析
從產(chǎn)品類型上講，全球當(dāng)前射頻類MEMS和壓力傳感器的市場容量最大；從未來發(fā)展空間來看，射頻類MEMS未來增加的空間最大，這主要是由于5G頻段的增多，對于濾波器和射頻功放需求的數(shù)量巨大。
慣性類傳感器，已經(jīng)被國際大廠壟斷，如Bosch、ST等，新興產(chǎn)商進入門檻較高；環(huán)境類尚未形成規(guī)模和壟斷，基于環(huán)境光傳感的人體健康監(jiān)測正在興起。此外近期由于新冠疫情的發(fā)展，紅外測溫類傳感器備受市場關(guān)注。
在國內(nèi)的MEMS市場產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，射頻MEMS由于在中國發(fā)展逐漸成熟，應(yīng)用于工業(yè)和消費品等多個領(lǐng)域，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中位列首位，市場規(guī)模達到154.8億元，占比25.9%；壓力傳感器在汽車電子、醫(yī)療和消費電子等領(lǐng)域繼續(xù)領(lǐng)跑，在細分產(chǎn)品市場份額中居前列。
圖表23：2019年中國MEMS市場產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)來源：賽迪顧問（2020.08）
（1）MEMS麥克風(fēng)
MEMS麥克風(fēng)的組成一般是由MEMS微電容傳感器、微集成轉(zhuǎn)換電路、聲腔、RF抗干擾電路這幾個部分組成的。
MEMS微電容極頭包括接受聲音的硅振膜和硅背極，硅振膜可以直接接收到音頻信號，經(jīng)過MEMS微電容傳感器傳輸給微集成電路，微集成電路把高阻的音頻電信號轉(zhuǎn)換并放大成低阻的電信號，同時經(jīng)RF抗噪電路濾波，輸出與前置電路匹配的電信號，就完成了聲電轉(zhuǎn)換。通過對電信號的讀取，從而實現(xiàn)對聲音的識別。
圖表24：MEMS麥克風(fēng)原理及封裝結(jié)構(gòu)
自從MEMS麥克風(fēng)首次亮相以來，該市場一直在增長。全球龐大的智能手機出貨量，加速了MEMS麥克風(fēng)市場飆升，因為幾乎每部智能手機中都至少使用一個MEMS麥克風(fēng)。
近年來，MEMS麥克風(fēng)是MEMS市場中增速最快的細分市場之一。根據(jù)Yole Development的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，MEMS麥克風(fēng)市場規(guī)模從2008年的1.05億美元，到2012年的超過4億美元，再到2017年突破10億美元，出貨量接近50億顆，預(yù)計2023年全球MEMS麥克風(fēng)市場規(guī)模將達到13.63億美元，出貨量也將進一步上升至92.5億顆。
消費電子是MEMS麥克風(fēng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，市場空間占比超過90%。2018年，MEMS麥克風(fēng)的主要應(yīng)用為手機、平板和電腦，占據(jù)78%的市場份額，其次，為耳機和智能穿戴以及智能音箱與語音AI等，分別占據(jù)9%和8%的市場份額。
圖表25：2018年全球消費電子市場MEMS麥克風(fēng)分布
數(shù)據(jù)來源：Yole Development（2019）
2017年以來，智能語音交互市場的火熱也帶動了國內(nèi) MEMS 麥克風(fēng)市場規(guī)模的快速增長。
2018年中國MEMS麥克風(fēng)市場規(guī)模為 31.3 億元，同比增速為15.07%，預(yù)計 2021年市場規(guī)模將進一步上升至47.9億元，復(fù)合增長率超過15%。
圖表26：2016-2021年中國MEMS麥克風(fēng)市場規(guī)模（單位：億元）
數(shù)據(jù)來源：賽迪顧問
（2）MEMS壓力傳感器
目前的MEMS壓力傳感器有硅壓阻式壓力傳感器和硅電容式壓力傳感器，兩者都是在硅片上生成的微機械電子傳感器。
硅壓阻式壓力傳感器是采用高精密半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片組成惠斯頓電橋作為力電變換測量電路的，具有較高的測量精度、較低的功耗，極低的成本。
電容式壓力傳感器利用MEMS技術(shù)在硅片上制造出橫隔柵狀，上下二根橫隔柵成為一組電容式壓力傳感器，上橫隔柵受壓力作用向下位移，改變了上下二根橫隔柵的間距，也就改變了板間電容量的大小，即△壓力=△電容量。
圖表27：MEMS壓力傳感器類型
汽車是壓力傳感器應(yīng)用最多的領(lǐng)域，進氣歧管壓力傳感器、剎車壓力傳感器、碳罐燃油蒸汽壓力傳感器、空調(diào)冷媒壓力傳感器等已在汽車行業(yè)中廣泛使用，而柴油機則普遍安裝了顆粒過濾器。
隨著國家環(huán)保政策的不斷趨嚴和消費者對環(huán)保和安全意識的不斷提升，未來汽油機顆粒過濾器、柴油機共軌壓力傳感器、胎壓監(jiān)測系統(tǒng)、側(cè)安全氣囊、SCR（選擇性催化還原技術(shù)）尿素噴射系統(tǒng)等仍有較大的增長空間。
消費電子中壓力傳感器的主要應(yīng)用是安裝在手機和可穿戴設(shè)備中的高度計，用于測量高度并配合導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可以實現(xiàn)在大型建筑中準確定位到所在樓層。壓感觸控也越來越多地應(yīng)用于手機和電腦等消費電子產(chǎn)品中，通過感知觸控的力度來實現(xiàn)不同的功能。
此外，在電子煙中，MEMS傳感器能夠檢測使用者的抽吸氣壓，在感知到吸氣后使電子煙進入工作狀態(tài)。在醫(yī)療領(lǐng)域，血壓和呼吸道的監(jiān)控是MEMS壓力傳感器最主要的應(yīng)用。
2017年全球壓力傳感器市場規(guī)模為16.36億美元，預(yù)計2023年市場規(guī)模將超過20億美元，市場空間穩(wěn)步提升。壓力傳感器是MEMS傳感器行業(yè)中市場規(guī)模最大的細分市場之一，在汽車、消費電子、工業(yè)、醫(yī)療和航空領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
根據(jù)賽迪顧問研究數(shù)據(jù)，2018年我國MEMS壓力傳感器市場規(guī)模為116.6億元，預(yù)計2018-2021年復(fù)合增長率為8.88%，2021年市場規(guī)模將突破150億元。目前全球 MEMS 壓力傳感器生產(chǎn)廠商仍以博世、英飛凌等國外大型半導(dǎo)體企業(yè)為主。
據(jù)Yole Development統(tǒng)計壓力傳感器CR8為72.3%。未來隨著智能家居和智能工廠的不斷發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中的流程控制以及建筑中的空調(diào)系統(tǒng)和空氣凈化系統(tǒng)都將為 MEMS壓力傳感器帶來新的增長空間。
圖表28：2017年全球MEMS壓力傳感器市場競爭格局
數(shù)據(jù)來源：Yole Development（2018），華安證券研究所
（3）慣性傳感器
MEMS 慣性傳感器主要用于測量線性加速度、振動、沖擊和傾角等物理屬性，主要的產(chǎn)品類型包括用于測量線性加速度的加速度計、測量角速度的陀螺儀、感應(yīng)磁場強度的磁傳感器以及各類慣性傳感器的組合。
MEMS 慣性傳感器主要應(yīng)用于消費電子和汽車領(lǐng)域。消費電子產(chǎn)品中的慣性傳感器可以實現(xiàn)屏幕翻轉(zhuǎn)、游戲控制、攝像防手抖和硬盤保護等功能，還能夠幫助 GPS 系統(tǒng)導(dǎo)航對死角進行測量。在汽車領(lǐng)域，慣性傳感器的快速反應(yīng)可以提升汽車安全氣囊、防抱死系統(tǒng)、牽引控制系統(tǒng)的安全性能。
圖表29：加速度計和磁傳感器示意圖
資料來源：博世、華安證券研究所
根據(jù)賽迪顧問的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2018年中國MEMS慣性傳感器市場規(guī)模約為80億元，同比增速超過15%。未來三年中國MEMS慣性傳感器增速將進一步提升，至2021年市場規(guī)模將達到133.4億元。
圖表30：中國 MEMS 慣性傳感器市場規(guī)模（單位：億元）
數(shù)據(jù)來源：賽迪顧問
全球 MEMS 慣性傳感器幾乎被國外大廠把持。根據(jù)Yole Development的統(tǒng)計，2017年除美新在磁傳感器領(lǐng)域占據(jù)了 4%的市場份額外，其他慣性傳感器市場的領(lǐng)先企業(yè)也均為博世、意法半導(dǎo)體、旭化成等國外廠商。
2017年全球各品類慣性傳感器合計市場容量為35.31億美元，預(yù)計到 2023年市場總規(guī)模將突破40億美元。其中加速度計是目前出貨量最大的產(chǎn)品，占據(jù)了整個MEMS慣性傳感器市場規(guī)模的三分之一以上。
（4）射頻MEMS器件
射頻MEMS器件是MEMS器件中占比最大的產(chǎn)品，從2019年的42億美金增長至2022年的101億美金，這主要得益于5G頻段增多后對于射頻濾波器、射頻開關(guān)需求數(shù)量的增加。其中消費電子市場占比最大。
圖表31：2016-2022年全球射頻MEMS市場預(yù)測
數(shù)據(jù)來源：Yole Development（2017）
目前中美貿(mào)易戰(zhàn)背景下，射頻類MEMS器件已經(jīng)成為卡脖子技術(shù)，尤其是濾波器器件。濾波器主要有表面聲波濾波器（SAW）和體聲波濾波器（BAW）兩種，該行業(yè)目前處于國外高度壟斷狀態(tài)，對于SAW濾波器，主要為日系廠商壟斷，Murata、TDK、太陽誘電占據(jù)85%以上市場，其中Murata占比50%，占比最大；BAW濾波器主要為美系廠商壟斷，Broadcom一家占比高達87%，占據(jù)絕對領(lǐng)導(dǎo)地位。
圖表32：MEMS濾波器市場占比
五、商業(yè)模式分析
國內(nèi)MEMS傳感器行業(yè)內(nèi)企業(yè)商業(yè)模式包括：（1）外購芯片封測模式；（2）垂直分工制造（Fabless）模式；（3）垂直整合制造（IDM）模式：
1、外購芯片封測模式
該模式下中國本土 MEMS傳感器企業(yè)主要負責(zé)傳感器銷售環(huán)節(jié)，企業(yè)通過向外采購MEMS傳感器主要組成部分，即海外傳感器設(shè)計企業(yè)設(shè)計好的芯片和與傳感器配套的其他芯片如ASIC信號調(diào)理電路芯片，自行或委托代工廠完成傳感器的封裝和測試，再將傳感器成品銷售給下游終端客戶。
外購芯片封測模式技術(shù)門檻較低，采用該模式的中國本土傳感器企業(yè)通常缺乏傳感器自主設(shè)計能力。由于中國MEMS傳感器行業(yè)起步較晚，本土企業(yè)在傳感器設(shè)計方面的技術(shù)積累薄弱，本土企業(yè)在發(fā)展初期多采用外購芯片封測模式。
例如，歌爾股份、瑞聲科技就是采購德國英飛凌等企業(yè)的傳感器芯片和美國亞德諾等企業(yè)的傳感器配套 ASIC調(diào)理芯片，自主或交由 Silex、中芯國際等企業(yè)完成傳感器封裝測試工作，再將最終產(chǎn)品銷往下游客戶。
圖表33：外購芯片封測模式
資料來源：頭豹研究院
2、Fabless 模式
與集成電路行業(yè)相似，F(xiàn)abless模式下中國本土MEMS傳感器企業(yè)負責(zé)器件設(shè)計和銷售環(huán)節(jié)，即企業(yè)自主完成MEMS傳感器設(shè)計，將設(shè)計版圖交由代工企業(yè)并委托其完成傳感器器件制造環(huán)節(jié)，再將制造成品交由傳感器封裝測試代工企業(yè)完成封測環(huán)節(jié)，最終將傳感器產(chǎn)品銷往下游終端客戶。
Fabless模式技術(shù)門檻較高、資金門檻要求較低，采用該模式的中國本土MEMS企業(yè)通常具備芯片自主設(shè)計能力。
Fabless 模式下，MEMS企業(yè)、制造代工企業(yè)、封裝測試代工企業(yè)各自分工，傳感器企業(yè)專注設(shè)計環(huán)節(jié)，制造代工企業(yè)專注制造環(huán)節(jié)，封裝測試代工企業(yè)專注封裝測試環(huán)節(jié)，行業(yè)生產(chǎn)效率大幅提高。
此外，F(xiàn)abless模式下MEMS傳感器設(shè)計企業(yè)決策效率高，能根據(jù)市場變化對產(chǎn)品規(guī)劃做出快速調(diào)節(jié)。目前，采用Fabless模式的中國本土企業(yè)包括北京元芯、蘇州敏芯微等。
圖表34：Fabless模式
資料來源：頭豹研究院
3、IDM 模式
與集成電路行業(yè)相似，IDM 模式下的中國本土 MEMS 壓力傳感器企業(yè)自主完成包括器件設(shè)計、器件制造、封裝測試及銷售等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，除自主設(shè)計傳感器外，需配套大量傳感器制造和封裝測試所需設(shè)備，資金投入大，屬于重資產(chǎn)企業(yè)。
由于 IDM 模式對技術(shù)積累、生產(chǎn)規(guī)模和資金實力等方面要求高，采用該模式的企業(yè)均為全球大型 MEMS 壓力傳感器企業(yè)。
采用 IDM 模式的企業(yè)具備產(chǎn)業(yè)鏈整合能力，設(shè)計、制造和銷售等各環(huán)節(jié)不存在因產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)交接引起的銜接問題，并享受全產(chǎn)業(yè)鏈的附加值帶來的差額利潤。
然而該模式的劣勢明顯，即企業(yè)資金投入龐大，資產(chǎn)折舊攤銷成本高，相比可根據(jù)市場變化對產(chǎn)品規(guī)劃做出快速反應(yīng)的 Fabless 企業(yè)，IDM 企業(yè)對市場變化的反應(yīng)較為遲鈍。
隨著 MEMS 壓力傳感器行業(yè)器件制造和封裝測試代工企業(yè)工藝技術(shù)的提高，行業(yè)內(nèi)企業(yè)將更青睞于 Fabless 模式，專注于核心技術(shù)環(huán)節(jié)，注重輕資產(chǎn)運營，降低資金占用風(fēng)險。
圖表35：IDM模式
資料來源：頭豹研究院
MEMS與模擬IC相比，更看重對工藝的掌握（制造和封裝），但由于MEMS行業(yè)的特性，單靠幾款MEMS芯片很難支撐一條產(chǎn)線。IDM模式和Fabless模式有各自的優(yōu)勢和劣勢，也需要MEMS產(chǎn)業(yè)量上企業(yè)重點關(guān)注。
圖表36：IDM和Fabless模式比較
IDMFabless優(yōu)勢產(chǎn)能優(yōu)勢：在下游MEMS代工廠產(chǎn)能不足的情況下，可以保證自己產(chǎn)品的供給；工藝優(yōu)勢：MEMS設(shè)計的核心在于工藝和經(jīng)驗積累，很多體現(xiàn)在know-how上，有自己的產(chǎn)線可以更快捷、更安全地將工藝實現(xiàn)。成本低、反應(yīng)快（對于消費電子領(lǐng)域格外重要）；委外代工，不需要承擔(dān)設(shè)備折舊，盈利彈性更大。劣勢自建產(chǎn)線的產(chǎn)能利用率有待提高；產(chǎn)線的研發(fā)及建設(shè)太昂貴，折舊成本可能高于性能優(yōu)勢帶來的好處，在成本上與代工模式并不具備太多競爭力。嚴重依賴代工廠，受制于產(chǎn)能分配，在行業(yè)景氣度高的時候拿不到產(chǎn)能；細分領(lǐng)域量小的品種很難得到代工廠支持；產(chǎn)品工藝配合受限，工藝不夠齊全，無法在性能上和IDM進行競爭；自營產(chǎn)品與代工業(yè)務(wù)存在本質(zhì)沖突，MEMS設(shè)計企業(yè)或因知識產(chǎn)權(quán)風(fēng)險而避免與IDM代工廠企業(yè)合作。
六、競爭環(huán)境
（一）全球競爭格局
Yole Development公布了2020年全球MEMS產(chǎn)品銷售額TOP30的企業(yè)排行榜，如圖所示。數(shù)據(jù)顯示， TOP30企業(yè)的銷售額占據(jù)了全球MEMS市場規(guī)模約83%的份額。
圖表37：2020年Top MEMS manufactures-In US$ million
數(shù)據(jù)來源：Yole Development
從頭部企業(yè)看，雙博（博世+博世）效應(yīng)顯現(xiàn)。兩家的營收均超過10億美元，大幅領(lǐng)先后續(xù)廠商，形成寡頭現(xiàn)象。
TOP1博世主打運動類MEMS產(chǎn)品，雙重布局于汽車和消費電子領(lǐng)域。據(jù)公開調(diào)研數(shù)據(jù)，幾乎所有的新車都要搭載博世的5個MEMS，全球約50%的智能手機都要至少搭載博世的1個MEMS。同時博世擁有自己的MEMS制造基地，可以優(yōu)化制造成本。
排名第二的博通從2013年開始飛速增長，并曾經(jīng)因試圖收購高通公司而名噪一時。博通主打射頻類MEMS產(chǎn)品，智能手機快速普及導(dǎo)致射頻MEMS產(chǎn)品量價齊升，這對博通保持在前TOP2起到了決定性作用。
從頸部企業(yè)看，產(chǎn)品多元，競爭激烈。
TOP3的QROVO定位在射頻MEMS賽道，隨著5G及智能手機的快速普及，QROVO近年來的排名得到快速提升。目前正在積極彌補交付延遲問題。
TOP4的意法半導(dǎo)體不僅提供車載、工業(yè)、民用等方面的MEMS產(chǎn)品，也為其他公司代工生產(chǎn)MEMS。
作為老牌廠商的TOP5德州儀器市場份額逐年下降，正在積極開拓車載等新市場。
TOP6是來自中國的歌爾聲學(xué)，依靠近年來MEMS聲學(xué)傳感器的高速發(fā)展，成為了唯一的全球排名前是的中國企業(yè)。
此外，TOP30其他企業(yè)的產(chǎn)品還覆蓋了聲學(xué)MEMS（樓氏、瑞聲科技），輻射類MEMS（FLIR、ULIS），生物類MEMS（歐姆龍）、圖像類MEMS（佳能、索尼），并紛紛在自己的賽道實現(xiàn)跨越和趕超。
由于MEMS產(chǎn)品種類多，應(yīng)用領(lǐng)域要求差異大，因此各企業(yè)都有各自主攻的市場領(lǐng)域和一定的生存空間。整體來看，MEMS市場被國外企業(yè)主導(dǎo)。
（二）歷年排名變化
從歷年的收入份額變化來看，早年只有兩個領(lǐng)軍企業(yè)TI和HP，其主打產(chǎn)品分別為DLP光機和噴墨打印頭，其它企業(yè)都是跟隨者，體量較?。缓髞淼靡嬗谄嚬I(yè)和消費電子的發(fā)展，Bosch和ST異軍突起；隨著智能手機的大面積普及以及未來5G的巨大需求，RF類企業(yè)Broadcom和Qorvo突起并超越，2017年后至今，Broadcom和Bosh一直牢牢占據(jù)前兩名的位置。
對于榜首幾家企業(yè)，企業(yè)體量大，屬于大型MEMS公司，主要靠提升銷售額來維持排名；對于中型MEMS企業(yè)而言，主要靠豐富產(chǎn)品領(lǐng)域及應(yīng)用來提升排名；對于小型企業(yè)，很難占據(jù)大體量市場，其增長較慢。
圖表38：前十大MEMS公司收入份額的10年演變
數(shù)據(jù)來源：Yole Development（2020）
七、發(fā)展趨勢分析
1、商業(yè)模式：純MEMS代工廠與MEMS設(shè)計公司合作開發(fā)將成為主流
雖然目前大部分MEMS業(yè)務(wù)仍然掌握在IDM企業(yè)中，但隨著制作工藝逐漸標(biāo)準化，預(yù)計MEMS產(chǎn)業(yè)未來會沿著傳統(tǒng)集成電路行業(yè)發(fā)展趨勢，將逐步走向設(shè)計與制造相分離的模式。MEMS產(chǎn)業(yè)鏈上游MEMS設(shè)計企業(yè)與中游純MEMS 代工企業(yè)合作分工的商業(yè)模式將成為主流。
由于中國MEMS行業(yè)起步較晚，研發(fā)、設(shè)計和工藝積累薄弱，多數(shù)中國本土企業(yè)缺乏自主化能力，因此采用外購芯片封測模式為主。
傳感器芯片供應(yīng)商多數(shù)為博世、英飛凌和恩智浦等國際企業(yè)，占據(jù)中國市場近90%的份額，影響中國MEMS行業(yè)健康發(fā)展。
除科研院校外，采用IDM模式的中國本土MEMS企業(yè)較少，且該模式需龐大的生產(chǎn)線投資，投資周期長，為企業(yè)帶來資金占用風(fēng)險，不利于企業(yè)快速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
對仍于初步發(fā)展階段的國內(nèi)MEMS行業(yè)而言，在該模式下本土MEMS設(shè)計企業(yè)可輕資產(chǎn)運營，無需大量生產(chǎn)設(shè)備等固定資產(chǎn)投入，投資周期短。生產(chǎn)制造交由專業(yè)代工企業(yè)可提升傳感器設(shè)計企業(yè)的產(chǎn)品市場化速度，利于企業(yè)快速完成產(chǎn)品經(jīng)驗積累。
2、產(chǎn)品形式：將向著微型化、集成化、低功耗化、智能化的方向發(fā)展
（1）微型化。微型化不可逆，MEMS向NEMS演進。與MEMS類似，NEMS（納機電系統(tǒng)）是專注納米尺度領(lǐng)域的微納系統(tǒng)技術(shù)，只不過尺寸更小。
而隨著終端設(shè)備小型化、種類多樣化，MEMS向更小尺寸演進是大勢所趨。MEMS傳感器產(chǎn)品的下游應(yīng)用，尤其是消費電子領(lǐng)域，對產(chǎn)品輕薄化有著較高的要求。基于下游客戶的需求，MEMS傳感器也需要相應(yīng)地不斷縮小成品的尺寸。
為實現(xiàn)這一目標(biāo)，MEMS傳感器生產(chǎn)廠商一方面需要改進封裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計，在保證產(chǎn)品性能的基礎(chǔ)上縮小MEMS傳感器封裝后的尺寸，另一方面，也需要縮小傳感器芯片的尺寸。
在單片晶圓的尺寸固定的情況下，設(shè)計的芯片越小，所能產(chǎn)出的芯片數(shù)量就越多，MEMS傳感器芯片的成本也能夠得到有效降低。
因此，在保證產(chǎn)品性能達到客戶需求的前提下，不斷縮小產(chǎn)品尺寸、降低產(chǎn)品成本是MEMS行業(yè)的重要發(fā)展趨勢之一。
（2）集成化。傳感器呈現(xiàn)多項功能高度集成化和組合化。由于設(shè)計空間、成本和功耗預(yù)算日益緊縮，在同一襯底上集成多種敏感元器件、制成能夠檢測多個參量的多功能組合MEMS傳感器成為重要解決方案。
MEMS集成化主要包括兩種：一種是傳感器與作為信號調(diào)理電路的ASIC芯片集成，另一種是多種類型傳感器及器件集成。
隨著 MEMS器件需求的增加和集成工藝的成熟，基于與ASIC芯片集成帶來的優(yōu)點，傳感器與ASIC芯片封裝為一體的現(xiàn)象將日益普遍。
通過與ASIC芯片集成，MEMS傳感器不僅提高了數(shù)據(jù)可靠性，傳感器所需配套器件數(shù)量亦相應(yīng)減少，傳感器的尺寸、重量、功耗和成本得到減小和降低，為生產(chǎn)滿足下游應(yīng)用的批量化、高可靠性、低成本的傳感器提供條件。
隨著設(shè)備智能化程度的不斷提升，單個設(shè)備中搭載的傳感器數(shù)量也逐漸增加，通過多傳感器的融合與協(xié)同，提升了信號識別與收集的效果，也提高了智能設(shè)備器件的集成化程度，節(jié)約了內(nèi)部空間。
（3）低功耗化。傳感器低功耗化需求日趨增加。隨著物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用對傳感需求的快速增長，傳感器使用數(shù)量急劇增加，能耗也將隨之翻倍。
降低MEMS功耗，增強續(xù)航能力的需求將會伴隨傳感器發(fā)展的始終且日趨強烈。
（4）智能化。加入信號處理功能，實現(xiàn)智能化?，F(xiàn)代傳感器作為電子產(chǎn)品的感知中樞，通過加入微控制單元和相應(yīng)信號處理算法，還可以承擔(dān)自動調(diào)零、校準和標(biāo)定等功能，實現(xiàn)終端設(shè)備的智能化。
3、MEMS封裝技術(shù)：將會向著標(biāo)準化演進
根據(jù)封裝行業(yè)巨頭Amkor 公司的觀點，MEMS的整合正在向標(biāo)準化、平臺化演進。從之前眾多分散復(fù)雜的封裝形式（Discrete Packaging）逐漸演化到以密封模壓封裝（Overmolded）、集成電路便面裸露封裝（Exposed Die Surface）、空腔封裝（Cavity Package）這三種載體為主的封裝形式。MEMS模塊平臺標(biāo)準化意味著更快的反應(yīng)速度。
與此同時，隨著下游最重要的應(yīng)用場景物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，MEMS在IOT平臺的產(chǎn)品未來會逐漸演化到SIP封裝就顯得尤為重要。
往往單個MEMS 模塊會集成包括MCU（Microcontroller Unit）、RF模塊（Radio Frequenc，例如藍牙，NB IOT發(fā)射模塊）和 MEMS傳感器等多個功能部分。系統(tǒng)級的封裝帶來的同樣是快速響應(yīng)速度和及時的產(chǎn)品更新?lián)Q代。
