2020年1月10日，國務院召開了2019年度國家科學技術獎勵大會。杭州士蘭微電子股份有限公司參與完成的“高效模數轉換器和模擬前端芯片關鍵技術及應用”項目獲得國家技術發明獎二等獎，該項目解決了高效模數轉換器及模擬前端芯片的自主可控發展難題，也是士蘭微始終重視的半導體領域基礎性技術和應用的研究之一，目前在MEMS傳感器件的設計、信號處理芯片的設計、MEMS芯片工藝制造技術、MEMS封裝技術、傳感器測試技術等相關的技術領域投入了全方位的研發資源，已完成從慣性傳感器、地磁傳感器到壓力傳感器的IDM發展。

高速成長的中國MEMS市場，嚴重進口依賴

與傳統傳感器相比，MEMS具有體積小、集成度高、智能化、低成本、低功耗、可大規模生產等優點，MEMS內部一般在微米甚至納米級別，使得它可以完成某些傳統機械傳感器所不能實現的功能。隨著物聯網應用的興起，MEMS傳感器已成為物聯網時代驅動變革最重要的力量之一，全球MEMS行業在未來幾年將持續每年兩位數的增長，這個增長速度遠超全球集成電路行業的增速（不包含存儲器行業）。市場研究機構Yole預測，MEMS市場將在2019年至2024年期間實現顯著增長，市場營收的復合年增長率約為8.3%，出貨量的復合年增長率約為11.9%。

數據顯示，2019年中國MEMS傳感器市場規模達到597.8億元，同比增長18.3%。MEMS傳感器主要是以手機為代表的消費電子市場應用為主，另外一個重要市場就是汽車電子；亞太地區無疑是除北美市場之外第二大的傳感器市場，而中國大陸無疑是亞太地區增速最快的市場。隨著消費電子、汽車電子產品等下游行業的快速發展，全球電子整機產業以及硬件創新市場逐漸向中國轉移，中國市場對于MEMS器件的需求增速遠高于全球MEMS市場增速。

然而，與龐大需求相對應的，是國內市場供給能力嚴重不足。全球MEMS市場被博世、意法半導體、霍尼韋爾等國際廠商占據超過60%的份額，中國市場80%的芯片依賴國外進口，國內MEMS企業中70%是中小企業，產品主要集中在中低端。可以說，與CMOS芯片相比，MEMS傳感器對進口依賴更為嚴重。

這種巨大的供需落差是由于國內MEMS產業起步較晚。國內的MEMS產業于2010年以后才初具雛形，現在已逐漸形成以北京、上海、深圳和西安等中心城市為主的區域空間布局，產業布局主要以MEMS芯片設計為主，在生產制造環節主要依賴國外企業。由于MEMS工藝與CMOS工藝差異較大，涉及到微電子、材料、力學、化學、機械學諸多學科領域，沒有標準工藝流程，封裝、測試也與CMOS芯片工藝差異較大，因此MEMS制造技術挑戰極大。在制造方面的缺失，將無法為本土的MEMS設計公司提供供應鏈支持，成為制約中國MEMS產業發展的最大障礙。

士蘭微專業人士指出：“國內MEMS產業的主要弱點在于制造。國內MEMS商業化布局較晚，材料和制造工藝研究薄弱，是造成MEMS產業落后于國際的主要原因。比如，MEMS器件中的一個參數叫零漂的溫漂數據，這項參數足以讓企業花費大量資源去研究，結果還未必有競爭力。MEMS器件中各類參數200多項，每一項都有其應用中的意義，也有其制造工藝上的關鍵點。這些研究，國內企業都需要花相應的資源去一步步試驗。國外企業踏過的坑，國內企業也會遇到，很難有捷徑可走。當然設計和封裝也有弱點，但這些弱點相對容易通過學習來彌補。”

在MEMS傳感器應用前景良好和國產化進程提速背景下，可以預期未來我國MEMS傳感器市場前景廣闊。前瞻產業研究院預測，未來幾年我國MEMS傳感器市場規模年均增速保持在15%左右，到2025年將達到1488.6億元。

IDM模式對于MEMS產業更具優勢，士蘭微積極布局初具成效

自從智能手機催生龐大的MEMS傳感器市場起，MEMS供應商之間的競爭越來越激烈，并且IDM模式的MEMS廠商持續處于領導地位。

MEMS傳感器利用半導體制造技術和微加工技術將微結構、微傳感器、控制處理電路甚至接口、通信和電源等制造在一塊或多塊芯片上，制造工藝極其復雜。在制造方面，全球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。目前，提供MEMS代工的IDM廠商主要有ST、索尼、TI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。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。

中國MEMS產業要徹底實現我國MEMS產業的飛速發展和自主可控，最關鍵的是需要在MEMS芯片的設計和生產制造環節取得突破，在這方面，國內企業逐漸開始走國外廠商的MEMS設計制造一體化的IDM道路，士蘭微便是其中之一。

1997年成立以來，士蘭微實現了芯片設計、制造、封測等環節的一體化布局，為逐步發展成為MEMS IDM 供應商奠定了堅實的基礎。

目前全球前十大的MEMS公司均為歐美日企業，國際MEMS大廠（惠普、TI、意法半導體、博世等）都以IDM（設計/制造一體化）模式運營，可以說IDM模式于MEMS產品更具優勢。這是由于：首先制造傳感器沒有標準工藝，不同類型的傳感器所采用的工藝路線均不相同；第二，一顆傳感器產品可以視為一個系統，其封裝對產品性能和可能性影響非常大；第三，傳感器和傳感器系統的晶圓測試和產品測試與普通的CMOS芯片差異非常大；最后，IDM廠商對于MEMS生產和供貨具有更強的穩定性和彈性。

“士蘭微能夠成為國內屈指可數的MEMS傳感器IDM供應商，得益于三個方面。首先，得到了國家重大科技專項的支持，士蘭微獲得02專項資金用于開展MEMS傳感器的研發工作，并完成了從慣性傳感器、地磁傳感器到壓力計等傳感器的IDM化發展，上文中提到的獲得國家技術發明獎二等獎的‘高效模數轉換器和模擬前端芯片關鍵技術及應用’項目正是基于此合作。該項目發明了高效可配置模數轉換及模擬前端芯片架構、高效誤差數字校準及高精度時鐘、高效模擬前端采樣等技術，可應用于多維傳感器、鋰電管理系統等系列產品，解決了高效模數轉換器及模擬前端芯片的自主可控發展的難題。”該公司相關人士對集微網記者表示，“其次，士蘭微已具備種類比較全面的MEMS產品布局，成熟的設計、制造、封測等IDM軟硬件配套，以及逾20年的產業經驗積累，非常契合傳感器IDM模式的特性。最后，公司通過近十年的技術積累和長期的特殊工藝摸索，累積了豐富的技術工藝，已申請相關發明專利百余項。”

因此不難發現，基于士蘭微種類比較全面的MEMS產品布局和半導體芯片制造基礎，走IDM路線更適合自身企業的長期良性發展。

士蘭微如何立足MEMS傳感器市場？

自2010年開始至今，士蘭微電子在慣性傳感器、磁傳感器、壓力傳感器、硅麥克風傳感器以及光傳感器等特殊工藝的集成電路設計、制造和封測領域已積累大量經驗，并成功導入量產，傳感器已批量應用于智能手機、平板電腦、智能手環、行車記錄儀、TWS耳機等領域。

據介紹，2012年11月，士蘭微電子研發成功了第一顆MEMS慣性加速度計電路SC7A30；2013年08月，士蘭微電子推出第一顆三軸磁傳感器電路SC7M30；這兩款產品均采用3.0mm x 3.0mm x 1.0mm的LGA封裝，可應用于智能手機和平板電腦等各種場合。2016年，推出國內首款單芯片六軸慣性傳感器SC7I20。目前，系列化的傳感器產品主要有：加速度傳感器、陀螺儀、多軸慣性傳感器、地磁傳感器、空氣壓力傳感器、溫濕度傳感器、硅麥克風、接近及環境光傳感器、心率傳感器、電流傳感器、角度及位置傳感器、車用胎壓傳感器等。

MEMS市場看起來雖然誘人，但是廠商之家的廝殺非常激烈，并且利潤率不斷下降，對于MEMS廠商而言，如果想要獲得市場份額，產品的差異化顯得至關重要。通過公司在設計、制造、封測等領域積累的豐富經驗，士蘭微可以在實現優化制造成本的同時，持續為客戶提供差異化的產品和優質的服務。

一位長期從事傳感器產品及應用方案研究的業內人士透露，“傳感器產品，例如加速度計，代表性的國際廠商包括意法半導體、博世等都是IDM廠商，產品性能高，是真三軸，但是也存在價格高、供貨在交期方面有一定風險；而國內廠商雖然在價格方面具有一定優勢，但由于多數是Fabless企業，其在產能、產品可靠性方面經常出現不能滿足客戶需求的情況，甚至有些產品還可能是假三軸。”該專業人士指出，“士蘭微具有自己的制造封測能力，性能可控、價格適中，是真三軸，無粘附，自有產線也能極大地確保交期可控。”

產品改良周期長可能也是本土MEMS廠商存在的一個痛點。一般來說，MEMS芯片設計者以DOE的形式去晶圓廠投片、拿回樣品測試，根據測試結果修正自己的架構設計或材料設計等，然后再去投DOE，往往要幾個來回之后才能得到令人滿意的設計結果。期間如果不能得到晶圓廠的大力配合，DOE的時間和質量都不能令人滿意，會大大拖慢開發的周期和產品迭代的進度。在這方面，具備自己的晶圓線的士蘭微就具有很大的優勢，可以大幅縮短產品改良周期。

此外，傳感器封裝應力對產品的影響非常大，因此士蘭微采用LGA封裝自行加工以確保封裝應力得到極致優化且成本可控，而采用內部封裝，產品交貨周期和質量追溯也實現了可控。

通過十年的技術積累，士蘭微在慣性傳感器上已取得較好成績，加速度計傳感器累計已出貨2億只，在智能手機和智能穿戴領域積累了較多的客戶群。據了解，士蘭微的心率傳感器和硅麥克風傳感器也已陸續在市場上批量出貨，并且與加速度計產品形成傳感器套片，進一步提升了產品的配套能力。

結語

“后摩爾”時代，MEMS成為超越摩爾技術的重要組成部分。在邊緣設備中將多種傳感器融合，再結合人工智能技術，可以為視、聽、嗅、運動等多種物理量的感測開辟新應用，新興MEMS技術將開拓新疆界。伴隨著諸如士蘭微等本土供應鏈的不斷成熟壯大，誠然眼下差距仍然較大，但是未來中國廠商必將可以在MEMS市場上大展拳腳。

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