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　　什么是MEMS技术？
 

　　MEMS技术于1980年代发明，是一种利用硅基半导体制造工艺制造微型机械电子系统的技术，最早在汽车和军工领域有部分应用，主要产品包括MEMS传感器和MEMS执行器。使用MEMS工艺制造的器件具有小型化、可智能化的特点，契合物联网中边缘端设备采集不同维度、海量数据过程中对低功耗、一致性高的需求。但在4G网络诞生以前，由于通信网络数据传输和承载能力有限，MEMS传感器的市场需求亦非常有限，正如胎儿时期的人类由于神经网络尚未发育，相应的感官器官的发展也会受到限制。
 

　　纵观MEMS行业的发展历史，汽车产业、医疗及健康监护产业、通信产业以及手机和游戏机等个人电子消费品产业相继促进了MEMS产业的快速发展。尤其是2007年以来，随着以智能手机为代表的消费电子产品的快速普及和发展，MEMS商业化的进展明显加快。从而伴随着4G网络和智能手机的诞生，MEMS器件在过去十余年时间里有了非常显著的发展，根据IHS的报告，至2019年整个MEMS器件市场的容量为165亿美元，而中国信通院的报告显示，下游智能传感器市场的全球市场总量达到378.5亿美元。
 

　　但整个MEMS器件及下游的智能传感器市场仍然处于发展的初期，主要原因在于：
 

　　一、随着5G网络及之后通信网络数据传输速度和承载能力的进一步提高，边缘端设备感知能力的市场需求才能进一步有效产生，而MEMS器件的低功耗、一致性高以及微小型化极大地契合了这一需求，更多新兴的MEMS器件需求以及现有MEMS器件的全新应用场景将在未来10年内持续产生；
 

　　二、传感器是物联网的核心数据入口，物联网的发展带动智能终端设备普及，推动MEMS需求量增长。据全球移动通信系统协会GSMA统计和预测，2019年全球物联网设备数量为120亿台，预计到2025年将增长至246亿台，2019年到2026年将保持12.7%的复合增长率；
 

　　三、全球主要工业国家的人口出生率近年来均出现了不同程度的下降，用工成本和供需矛盾将进一步凸显，旨在减少用工人员的工业制造智能化的需求涌现，越来越多的制造业工厂正在经历智能化改造，而MEMS传感器在智能化制造过程中的应用属于刚需，需求将不断提升。
 

　　国内掌握核心技术的MEMS企业在未来10年将面临前所未有的发展机遇。首先，中国是消费电子、汽车、工业制造的主要集中地，这就意味着中国MEMS芯片企业可以与下游市场建立更为紧密的联系。而国外的MEMS芯片提供商多为英飞凌、意法半导体、德州仪器、ADI等大型模拟芯片厂商以及博世、霍尼韦尔等脱胎于汽车和工业制造供应商的模组厂商，企业体系内原有利益格局较为稳定，相比国内专业的MEMS芯片企业，其在紧贴下游的服务意识和服务半径方面均存在一定劣势，对新市场新需求的响应也会相对落后，国内厂商相比而言更能把握住下游市场新的颠覆性需求；国外模拟类芯片大厂多采用IDM模式，并因此得以在行业发展初期占据优势地位，而国内MEMS芯片企业在发展初期普遍受限于资金，多采用Fabless的模式。因此这也是国内MEMS产品的产业化进程周期较长的一个关键原因，同时也是目前国际MEMS芯片厂商仍然处于领先地位的重要因素。而国内MEMS芯片领先企业在制造端的投入将缩短新产品的产业化进程，大大提高其在整个MEMS行业中的竞争力。
 

　　MEMS传感器芯片的基本特点
 

　　与大规模集成电路产品均采用标准的CMOS生产工艺不同，MEMS传感器芯片本质上是在硅片上制造极微小化机械系统和集成电路的集合体，需要综合运用多学科、多行业的知识与技术、生产加工工艺具有明显的非标准化和高度的定制化以及对产品供应链体系的支撑有着非常高的要求等特点MEMS芯片具有非常强的工艺特征，三维制造工艺与集成电路的二维制造工艺相差甚大，这也是国家十四五规划中明确将MEMS特殊工艺的突破纳入其中的重要原因。
 

　　主要技术门槛是什么
 

　　(1)跨行业知识与技术的综合运用
 

　　MEMS是一门交叉学科，MEMS产品的研发与设计需要机械、电子、材料、半导体等跨学科知识以及机械制造、半导体制造等跨行业技术的积累和整合。MEMS行业的研发设计人员需要具备上述专业知识技术的深入储备和对上下游行业的深入理解，才能设计出既满足客户需求，又适合供应商实际加工能力的MEMS产品，因此对研发人员的专业知识和行业经验都提出了较高的要求。
 

　　(2)各生产环节均存在技术壁垒
 

　　与大规模集成电路行业相比，MEMS产品的研发步骤更加复杂，除了完成MEMS传感器芯片的设计外，还需要开发出适合公司芯片设计路线的MEMS晶圆制造工艺。在晶圆制造厂商缺乏成熟的MEMS工艺模块的情况下，公司需要参与开发适合晶圆制造厂商的制造工艺模块，即使在晶圆制造厂商已经具备成熟制造工艺模块的情况下，公司也需要根据公司的芯片设计路线确定每款芯片的具体工艺流程。由于MEMS传感器需要与外界环境进行接触，感知外部信号的变化，所以需要对成品的封装结构和封装工艺进行研发与设计，以降低产品失效的可能性。由于MEMS传感器承担了对外部信号的获取和转换等功能，下游应用场景多样，产品内部的极微小型机械系统对外界应用环境相对敏感，因此公司还需要负责MEMS专业测试设备系统和测试技术的开发，以满足MEMS传感器产品性能和质量测试的需求。因此，MEMS传感器行业在芯片设计、晶圆制造、封装和测试环节都具有壁垒。
 

　　(3)技术工艺非标准化
 

　　MEMS传感器具有一种产品一种加工工艺的特点。MEMS传感器产品种类多样，各种产品的功能和应用领域也不尽相同，使得各种MEMS传感器的生产工艺和封装工艺均需要根据产品设计进行调试，晶圆和成品的测试过程也采取非标准工艺，因此MEMS传感器产品不存在通用化的技术工艺，需要从基础研发开始对产品设计、生产工艺、设备开发和材料选取等各生产要素经历长时间的研发和投入，并在大量出货的过程中不断对上述生产要素进行完善和优化。
 

　　(原标题：MEMS传感器的基本特点与技术门槛)