電子產(chǎn)業(yè)迫切需要新的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）來(lái)推動(dòng)傳感器和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的發(fā)展。根據(jù)業(yè)界分析師表示，如果期望利用物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)下一輪的電子產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)，在很大程度上必須依賴MEMS和傳感器技術(shù)，才能使所有的智能對(duì)象與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行互動(dòng)。但從實(shí)現(xiàn)新的MEMS設(shè)計(jì)到量產(chǎn)，可能要花很長(zhǎng)的時(shí)間以及高昂的代價(jià)，才能滿足物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的期待——除非電子產(chǎn)業(yè)能夠找到加速M(fèi)EMS開(kāi)發(fā)之路。采用現(xiàn)有MEMS組件的新應(yīng)用正以12%的年成長(zhǎng)率推動(dòng)MEMS市場(chǎng)進(jìn)展。然而，Yole Doveloppement執(zhí)行長(zhǎng)兼總裁Jean-Christophe Eloy表示，除非業(yè)界能夠找到如何順利將機(jī)械組件轉(zhuǎn)換為硅晶的方法，否則要加速突破性新產(chǎn)品量產(chǎn)的困難度，可能減緩未來(lái)的MEMS市場(chǎng)成長(zhǎng)。

　　MEMS完全創(chuàng)新產(chǎn)品缺席逾十年

　　透過(guò)在更多應(yīng)用中更廣泛地采納成熟的MEMS組件，可望讓這種更小體積、更高性能且更低成本的漸進(jìn)式組件創(chuàng)新，持續(xù)刺激傳感器及其所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)邁向強(qiáng)勁成長(zhǎng)。去年在MEMS領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)最快速成長(zhǎng)的要算是安華高科技（Avago Technologies）和Qorvo（原Triquint），這是因?yàn)長(zhǎng)TE的廣泛普及對(duì)于多模手機(jī)所用的體聲波（BAW）濾波器帶來(lái)了很大的需求。同樣地，更多應(yīng)用對(duì)于MEMS麥克風(fēng)和慣性傳感器的強(qiáng)勁需求，有助于推動(dòng)更多的傳感器供貨商進(jìn)軍2-3億年?duì)I收范圍的行列。“這真的很重要，因?yàn)楝F(xiàn)在有多家公司都有潛力發(fā)展成為10億美元的公司”Eloy指出。然而，僅采用現(xiàn)有組件類型的新應(yīng)用要維持110億美元業(yè)務(wù)的兩位數(shù)成長(zhǎng)，在時(shí)間上可能無(wú)法長(zhǎng)久。“挑戰(zhàn)之一在于最近完全創(chuàng)新的產(chǎn)品還是2003年時(shí)樓氏電子 （Knowles）開(kāi)發(fā)的MEMS麥克風(fēng)。”Eloy表示，“從那以后，都只是在整合度、更好的封裝等方面帶來(lái)漸進(jìn)式創(chuàng)新。雖然這些也是非常重要的創(chuàng)新，但不是突破性的新產(chǎn)品。我們?nèi)栽诘却齅EMS開(kāi)關(guān)、自動(dòng)對(duì)焦和揚(yáng)聲器等產(chǎn)品完全過(guò)渡到大量生產(chǎn)階段。”

　　根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)顯示，2014年全球MEMS營(yíng)收達(dá)111億美元

　　半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)找到可在競(jìng)爭(zhēng)前的研究領(lǐng)域展開(kāi)合作的方式了，而且已經(jīng)有了發(fā)展良好的商用基礎(chǔ)架構(gòu)來(lái)支持持續(xù)的成長(zhǎng)，他表示。“MEMS產(chǎn)業(yè)需要一些變革發(fā)生，以便簡(jiǎn)化與加速設(shè)計(jì)過(guò)程，并盡快投入量產(chǎn)。”“隨著到處都需要傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)、情境感知，尤其是對(duì)于新型生化與生醫(yī)傳感器的新興需求，我認(rèn)為MEMS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的確才剛剛開(kāi)始，”硅谷投資業(yè)者 Band of Angels SIG委員會(huì)主席Kurt Petersen表示。“價(jià)格將繼續(xù)下滑，但目前開(kāi)發(fā)中的新型感測(cè)機(jī)制將大幅提高精度，”對(duì)于發(fā)展中的壓電麥克風(fēng)、超音波手勢(shì)辨識(shí)以及新的慣性技術(shù)帶來(lái)巨大的潛在影響——以更高10倍的精確度大幅改善導(dǎo)航信息。Peterson認(rèn)為真正有用的穿戴設(shè)備尚未被開(kāi)發(fā)出來(lái)，但對(duì)于其未來(lái)的發(fā)展表示樂(lè)觀。最有發(fā)展前景的是現(xiàn)正開(kāi)發(fā)中的新一類生化傳感器，例如新創(chuàng)公司Profusa的可植入式葡萄糖傳感器，外部光學(xué)設(shè)備讀取，它利用一種可調(diào)式傳感器平臺(tái)，在人體內(nèi)偵測(cè)化學(xué)藥物。除了更好的生化和生醫(yī)傳感器以外，能量采集器是另一個(gè)機(jī)會(huì)。“能量采集器將會(huì)變得日趨重要，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)將為其提供一個(gè)巨大的市場(chǎng)，”他說(shuō)。

　　MEMS新平臺(tái)推動(dòng)成長(zhǎng)

　　為了能以市場(chǎng)要求的最快上市時(shí)間與低成本，將這些新式的MEMS組件投入量產(chǎn)，推動(dòng)半導(dǎo)體業(yè)開(kāi)發(fā)出一些新的方法。“過(guò)去客戶求助于我們時(shí)通常要求采用他們自己的獨(dú)特工藝，但現(xiàn)在有越來(lái)越多的客戶要求我們盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，只需少量修改即可，”Teledyne Dalsa公司MEMS代工廠執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理Claude Jean表示。“一款產(chǎn)品采用一種工藝的傳統(tǒng)做法還沒(méi)有被完全淘汰，但越來(lái)越多的客戶傾向于利用成熟的平臺(tái)來(lái)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，”他補(bǔ)充道。Dalsa公司正為慣性傳感器、微測(cè)輻射熱計(jì)、光學(xué)MEMS和壓電組件提供更廣泛的不同平臺(tái)，并盡可能地?cái)U(kuò)展自家的設(shè)計(jì)和測(cè)試支持業(yè)務(wù)。新平臺(tái)技術(shù)也來(lái)自研發(fā)實(shí)驗(yàn)室。法國(guó)原子能署電子暨信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（CEA-Leti）的目標(biāo)在于與代工廠合作，將其壓阻式MEMS平臺(tái)投入生產(chǎn)以提供給更多客戶。這種技術(shù)在移動(dòng)的物質(zhì)利用》10？m的厚層，而將《500nm的超薄層用于邊緣的壓阻式組件，然后透過(guò)壓縮或拉緊改變電阻來(lái)檢測(cè)其運(yùn)動(dòng)。

　　“這種技術(shù)為緊密地整合多個(gè)傳感器提供了替代性方法，可以協(xié)助像系統(tǒng)或CMOS制造商等缺少自有技術(shù)的新公司很快地開(kāi)發(fā)出產(chǎn)品來(lái)。”CEA-Leti北美策略合作伙伴副總裁Hughes Metras并指出，CEA-Leti已經(jīng)與首家取得授權(quán)的業(yè)者Tronics迅速地將其六自由度慣性傳感器推向市場(chǎng)了。如今，這些基本技術(shù)的成熟還意味著MEMS市場(chǎng)開(kāi)始從一些基于共同利益的合作中尋找優(yōu)勢(shì)，特別是在一些設(shè)備要求或測(cè)試操作等方面。目前在測(cè)量慣性傳感器性能方面還沒(méi)有被廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)，也沒(méi)有像ITRS路線圖那樣為設(shè)備制造商定義未來(lái)需求的手段，Teledyne Dalsa的Jean指出。“目前在MEMS市場(chǎng)所要求的成本和可用的先進(jìn)CMOS設(shè)備之間存在著巨大的差距。”他認(rèn)為，“不過(guò)，相較于為先進(jìn)CMOS開(kāi)發(fā)的工藝，這還需要更簡(jiǎn)單且更低成本的TSV工藝等技術(shù)支持。”

　　Teledyne Dalsa目前正與Alchimer合作開(kāi)發(fā)低成本的濕式銅工藝后鉆孔（Via-Last） MEMS TSV途徑。Teledyne DALSA的Via-Last技術(shù)采用銅鉆孔，并利用Alchimer的低溫電化學(xué)工藝，形成具有5微米直徑x100微米深完美填充的穿孔，并利用銅再分布層和鎳/金UBM連接到外部。但該工藝目前僅適用200mm晶圓，因此，“我們需要MEMS制造商和設(shè)備與材料供貨商之間展開(kāi)更加密切的合作，共同開(kāi)發(fā)出更低成本的方法來(lái)推動(dòng)創(chuàng)新進(jìn)展。”他表示。

　　2014年全球車用MEMS傳感器排名前十供應(yīng)商

　　根據(jù)IHS的統(tǒng)計(jì)資料分析，2014年全球車用MEMS市場(chǎng)達(dá)到了26億美元的市場(chǎng)規(guī)模，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)將以3.4%的復(fù)合年成長(zhǎng)率（CAGR）成長(zhǎng)，在2021年以前達(dá)到34億美元。驅(qū)動(dòng)這一市場(chǎng)成長(zhǎng)的主要來(lái)源在于壓力感測(cè)器、流量感測(cè)器、陀螺儀與加速度計(jì)等4大領(lǐng)域。

　　IHS表示，2014年MEMS供應(yīng)商藉由汽車安全市場(chǎng)的推動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了汽車領(lǐng)域的營(yíng)收新記錄。各國(guó)政府對(duì)于電子穩(wěn)定控制（ESC）和胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPMS）的強(qiáng)制性要求，持續(xù)推動(dòng)汽車中使用的感測(cè)器數(shù)量增加。

　　除了壓力感測(cè)器、流量感測(cè)器、陀螺儀與加速度計(jì)等4大領(lǐng)域的帶動(dòng)，FLIR 與Ulis推出的夜視型輻射熱測(cè)定計(jì)，以及Sensirion針對(duì)窗戶除霧用的濕度感測(cè)器也將在2021年以前加入主要的市場(chǎng)產(chǎn)品組合。此外，德州儀器（TI）開(kāi)發(fā)的數(shù)位光處理（DLP）MEMS預(yù)期也將出現(xiàn)在未來(lái)的汽車應(yīng)用中。

　　IHS的資料顯示，2014年全球前十大車用MEMS供應(yīng)商的銷售額估計(jì)就占據(jù)整體市場(chǎng)的78%。值得一提的是，Sensata在2014年的銷售額達(dá)到了2.68億美元，超越飛思卡爾（Freescale）和電裝（Denso）公司，首度躍居車用MEMS市場(chǎng)第二的位置。主要原因在該公司的產(chǎn)品兼具安全與動(dòng)力傳動(dòng)壓力感測(cè)器的優(yōu)勢(shì)，以及透過(guò)收購(gòu) Schrader Electronics使其成為市場(chǎng)領(lǐng)先的胎壓監(jiān)測(cè)感測(cè)器供應(yīng)商。

　　2014年全球前十大車用MEMS感測(cè)器供應(yīng)商銷售排名

　　盡管如此，Sensata的市占率仍遠(yuǎn)落后于主導(dǎo)市場(chǎng)龍頭的博世公司（Robert Bosch GmbH）。博世向來(lái)在用于汽車安全氣囊的高g加速度計(jì)以及幾乎各領(lǐng)域的產(chǎn)品組合中均占據(jù)強(qiáng)勁的市場(chǎng)地位，2014年車用MEMS銷售額更達(dá)到了7.9億美元，毋庸置疑地仍位居這一市場(chǎng)龍頭地位。

　　Denso在2014年的銷售不錯(cuò)但表現(xiàn)下滑，主要原因在于日?qǐng)A走眨。Denso在MEMS空調(diào)偵測(cè)以及針對(duì)連續(xù)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力計(jì)產(chǎn)品領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)位置，同時(shí)也是歐洲主要OEM的氣體壓力感測(cè)器供應(yīng)來(lái)源。

　　新興MEMS傳感器、成本顯著降低、軟件和新技術(shù)的重要性日益增加、行業(yè)巨頭和中國(guó)代工廠的崛起：2020年全球MEMS產(chǎn)業(yè)將超過(guò)200億美元！

　　MEMS產(chǎn)業(yè)越來(lái)越成熟，新興器件不斷涌現(xiàn)

　　2014年，硅基MEMS器件的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到111億美元。由于智能手機(jī)和平板電腦的巨大市場(chǎng)需求，MEMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入快車道，后續(xù)還有增長(zhǎng)潛力無(wú)限的可穿戴和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。同時(shí)，MEMS產(chǎn)業(yè)也是高度動(dòng)態(tài)化的，即便是較為成熟的汽車市場(chǎng)，也需要新技術(shù)來(lái)挑戰(zhàn)現(xiàn)有格局。一些MEMS器件的制造成本僅為幾十美分，如運(yùn)動(dòng)傳感器正成為一種廉價(jià)商品，就像幾年前的溫度傳感器一樣。成熟的工藝滿足了更大的市場(chǎng)容量和多種傳感器系統(tǒng)集成的需求，這也促使MEMS制造將快速向下一代晶圓尺寸轉(zhuǎn)移。

　　圖1 2014-2020年MEMS市場(chǎng)預(yù)測(cè)

　　此外，我們認(rèn)為新興MEMS器件不斷涌現(xiàn)。雖然氣體和化學(xué)傳感器是基于半導(dǎo)體技術(shù)的，但是MEMS技術(shù)可以進(jìn)一步減小尺寸和降低成本，從而開(kāi)辟新的機(jī)遇。我們相信基于MEMS技術(shù)的氣體傳感器將會(huì)獲得越來(lái)越多的應(yīng)用，尤其是可穿戴和消費(fèi)電子設(shè)備，如智能手機(jī)和智能眼鏡等。另一個(gè)例子是，MEMS微鏡正吸引來(lái)自光通信市場(chǎng)的目光，如凱聯(lián)特（Calient）實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)；或者M(jìn)EMS微鏡應(yīng)用于人機(jī)交互界面，如英特爾（Intel）收購(gòu) Lemoptix。

　　過(guò)去，我們已經(jīng)看到了不同市場(chǎng)中的領(lǐng)導(dǎo)者，并且競(jìng)爭(zhēng)也是很開(kāi)放的。但是2014年令人記憶猶新的是：一個(gè)未來(lái)的 MEMS巨人——羅伯特?博世（Robert Bosch）的成長(zhǎng)。去年由于消費(fèi)市場(chǎng)的帶動(dòng)，該公司的MEMS營(yíng)收增長(zhǎng)20%，達(dá)到12億美元，穩(wěn)居全球第一位。意法半導(dǎo)體的MEMS營(yíng)收現(xiàn)在落后博世 4億美元。相比2013年，全球前五大MEMS公司沒(méi)有改變，合計(jì)營(yíng)收為38億美元，約占全球MEMS市場(chǎng)的三分之一。博世的霸主地位顯而易見(jiàn)，因?yàn)樗臓I(yíng)收約占前五大公司合計(jì)營(yíng)收的三分之一。

　　MEMS一直依賴于使用基于半導(dǎo)體的微加工技術(shù)來(lái)制造器件，以取代更加復(fù)雜、笨重或不敏感的傳感器。我們的分析表明，未來(lái)將有四種趨勢(shì)改變MEMS市場(chǎng)格局：

　　* 新興器件，如氣體傳感器、微鏡和環(huán)境組合傳感器

　　* 新應(yīng)用，如壓力傳感器應(yīng)用于位置（高度）感測(cè)

　　* 顛覆性技術(shù)，包括封裝、新材料（如壓電薄膜和300mm/12寸晶圓）

　　* 新的設(shè)計(jì)，包括NEMS（納機(jī)電系統(tǒng)）和光學(xué)集成技術(shù)

　　全球前十名MEMS廠商占據(jù)了大部分市場(chǎng)份額，我們將它們分為兩大類：“氣勢(shì)洶洶的悍將”和“苦苦掙扎的巨頭”。“氣勢(shì)洶洶的悍將”包括博世、 InvenSense、Avago和Qorvo。博世是值得特別注意的，因?yàn)樗悄壳芭琶叭形ㄒ灰患译p市場(chǎng)（汽車和消費(fèi)電子）MEMS公司，并且還具有研發(fā)和量產(chǎn)雙重設(shè)施。“苦苦掙扎的巨頭”包括意法半導(dǎo)體、惠普、德州儀器、佳能、樓氏電子、電裝和松下。這些公司目前正在努力尋找一種有效的增長(zhǎng)引擎。此外，還值得一提的是一些“小巨人”，如Qorvo和英飛凌（Infineon），將來(lái)很有潛力發(fā)展為“悍將”或“巨頭”。

　　圖2 2014年全球前三十名MEMS廠商排名

　　本報(bào)告會(huì)分析全球前三十名MEMS廠商的MEMS業(yè)務(wù)發(fā)展情況，包括MEMS產(chǎn)品線和系統(tǒng)集成產(chǎn)品。MEMS公司發(fā)展方向：（1）單個(gè)MEMS產(chǎn)品線發(fā)展為多元化產(chǎn)品線；（2）MEMS產(chǎn)品線發(fā)展為系統(tǒng)集成產(chǎn)品線。到目前為止，博世是最為成功的案例。

　　圖3 2014年全球前三十名MEMS廠商的產(chǎn)品線定位

　　未來(lái)的機(jī)會(huì)：軟件、12寸晶圓、新型檢測(cè)方法和新興傳感器

　　我相信12英寸MEMS晶圓制造將在未來(lái)幾年成為熱門主題。12英寸晶圓制造將影響整個(gè)MEMS供應(yīng)鏈，包括設(shè)計(jì)、材料、設(shè)備和封裝等。目前看來(lái)，主要有兩個(gè)原因驅(qū)動(dòng)12英寸晶圓制造，（1）技術(shù)需求，如具有CMOS層的器件希望有較小的特征尺寸，而晶圓尺寸的擴(kuò)大與芯片特征尺寸的縮小是相應(yīng)促進(jìn)和互相推動(dòng)的，晶圓尺寸每提升一個(gè)等級(jí)就會(huì)伴隨著芯片特征尺寸縮小一個(gè)等級(jí)；（2）經(jīng)濟(jì)需求：企業(yè)追求不斷地降低成本、增加產(chǎn)量。

　　封裝已經(jīng)成為眾多MEMS公司的焦點(diǎn)，但是現(xiàn)在軟件也正成為MEMS傳感器的重要組成部分。隨著傳感器進(jìn)一步集成，越來(lái)越多的數(shù)據(jù)需要處理，軟件使得多種數(shù)據(jù)融合成為可能。由于軟件的重要性日益凸顯，所以收購(gòu)行為不斷發(fā)生，如InvenSense收購(gòu)Movea。

　　隨著NEMS、新的封裝技術(shù)和其它因素的發(fā)展，新一輪的MEMS投資周期開(kāi)始。

　　圖4 傳感器、封裝和軟件 – 將成為一個(gè)整體的傳感解決方案

　　雖然組合傳感器市場(chǎng)不斷增長(zhǎng)，但是分立慣性傳感器市場(chǎng)仍有亮點(diǎn)

　　2015-2020年，消費(fèi)類應(yīng)用將繼續(xù)顯著增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)出貨量的年增長(zhǎng)率為17%。然而，價(jià)格下降壓力巨大，每年下跌約5%，因此市場(chǎng)營(yíng)收的年增長(zhǎng)率為 13%。在消費(fèi)領(lǐng)域，還有一個(gè)有趣的現(xiàn)象：盡管組合傳感器獲得廣泛應(yīng)用，但是分立的加速度計(jì)仍然保持增長(zhǎng)勢(shì)頭。因?yàn)榭纱┐髟O(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)還將需要大量的分立傳感器。此外，智能手機(jī)iPhone 6中也使用了一顆博世的分立加速度計(jì)。

　　加速度計(jì)+磁力計(jì)的組合傳感器適用于功能手機(jī)，因?yàn)樗麄兛梢圆捎?a href="http://www.asorrir.com/v/tag/2562/" target="_blank">算法來(lái)模擬陀螺儀，從而使得低端手機(jī)中的用量增加。而9軸或10軸組合傳感器將受可穿戴設(shè)備驅(qū)動(dòng)增長(zhǎng)。

　　我們還發(fā)現(xiàn)很多其它MEMS器件的發(fā)展趨勢(shì)，例如工業(yè)應(yīng)用的噴墨打印頭近期爆發(fā)，MEMS技術(shù)正在工業(yè)和圖形市場(chǎng)取代壓電噴墨技術(shù)，同時(shí)在辦公室領(lǐng)域取代激光打印技術(shù)。我們也相信，2020年智能手機(jī)、平板電腦和可穿戴設(shè)備中的壓力傳感器市場(chǎng)將超過(guò)5.8億美元。另一個(gè)飆升的市場(chǎng)是消費(fèi)類MEMS麥克風(fēng)。醫(yī)療、汽車和其它應(yīng)用仍然處于起步階段。此外，微鏡也有很多工業(yè)用途，如印刷和成形、激光微加工、光刻、全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、光譜學(xué)、光療、三維測(cè)量、顯微鏡檢查、頭戴式顯示器和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心等。

　　紅外微測(cè)輻射熱計(jì)（microbolometer）市場(chǎng)繼續(xù)增長(zhǎng)，320 x 240像素分辨率的產(chǎn)品因其良好的“分辨率/成本”率，獲得最為廣泛的應(yīng)用。由于汽車和監(jiān)控市場(chǎng)的需求，它仍將占據(jù)主導(dǎo)地位。雖然Lepton模塊的發(fā)布并未提升FLIR公司的2014年業(yè)績(jī)，但是它和Seek Thermal（采用Raytheon紅外成像儀）將開(kāi)啟未來(lái)全新的市場(chǎng)。

　　對(duì)于射頻應(yīng)用，未來(lái)幾年，體聲波（BAW）濾波器市場(chǎng)將受到高端智能手機(jī)的驅(qū)動(dòng)。2014年第三季度Cavendish Kinetics發(fā)布了一款令人印象深刻的MEMS天線調(diào)諧開(kāi)關(guān)，滿足消費(fèi)市場(chǎng)的“可靠性/成本”的規(guī)格需求。

　　最后，我們認(rèn)為基于MEMS技術(shù)的化學(xué)/氣體傳感器將成為未來(lái)的“明星”產(chǎn)品，智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備都將廣泛采用。
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