你真的懂MEMS嗎？

　　二、制造環節：代工、 封測

　　統計的前十大中，設計全為中資而制造和封裝絕大多數為外資。但外資的成長性弱于中資，所以中資制造業和測試封裝業的實際增長應高于統計的平均數據。尤其是測試封裝，增速均高于行業： 5 年復合增速長電科技 16.5%、華天科技26.94%、通富微電 8.25%、晶方科技 34.2%。

　　IC 產業通過單一工藝即可支持整個產品世代，其產品制造工藝標準化程度高，批量化生產相對簡易。而 MEMS 產品種類豐富、功能各異，工藝開發過程中呈現出“一類產品，一種制造工藝”的特點。 MEMS 芯片或器件的種類多達上萬、個性特征明顯，除了采用相同的硅材料外，不同的 MEMS 產品之間沒有完全標準的工藝，產品參量較多，每類產品品種實現量產都需要從前端研發重新投入，工藝開發周期長，且量產率較傳統半導體生產行業相比更低，依靠單一種類的MEMS 產品很難支撐一個公司。

　　雖然不同種類的 MEMS 從用途來說截然不同，封裝形式也是天壤之別。但是從封裝結構上來說， 大致可以分為以下 3 類： 封閉式封裝(Closed Package)、開放空腔式封裝(Open Cavity Package)、眼式封裝(Open Eyed Package)。

　　MEMS封裝形式

　　中國 MEMS 產業在 2009 年后才逐漸起步，目前尚未形成規模，產業整體處于從實驗室研發向商用量產轉型階段。國內 MEMS 廠家在營業規模、技術水平、產品結構、產業環境上與國外有明顯差距， 60%-70%的設計產品依舊集中在加速度計、壓力傳感器等傳統領域，對新產品(例如生物傳感器、化學傳感器、陀螺儀)的涉足不多。工藝水平與經驗缺失制約代工廠發展，制造環節亟需填補空白。

　　微機電系統的生產制造涵蓋設計、制造和封測。由于系統器件具有高度定制化、制程控制與材質特殊的特點，封裝與測試環節至少占到整個成本的 60%。因此，為了能夠在日益嚴峻的產品價格下跌趨勢下有效降低成本，多數無晶圓或輕晶圓MEMS 供應商將封裝與測試環節外包給專業封測廠商，這也將為 MEMS 器件封裝及測試廠商帶來機遇。

　　隨著國家政策扶持，近兩年中國 MEMS 產線投資興起， 2014 年國內 MEMS 代工廠建設投資超過 1.5 億美元，但是技術的匱乏和人才的缺失依然是產業短板。MEMS 技術與 IC 技術有本質差異，技術核心領域在于工藝和制造， MEMS 制造結構復雜、高度定制化、依賴于專用設備，且具有很強的規模效應。目前，本土MEMS產業明顯落后國際水平，國內市場嚴重依賴進口，市場份額基本被Bosch、ST、 ADI、 Honeywell、 Infineon、 AKM 等國際大公司寡頭壟斷，中高端 MEMS傳感器進口比例達 80%，傳感器芯片進口比例高達 90%。

　　MEMS 制造目前主要分為三類，純 MEMS 代工、 IDM 企業代工和傳統集成電路 MEMS 代工。與其將 MEMS 看做一種產品倒不如把它看成一種工藝， MEMS器件依賴各種工藝和許多變量。只有經過多年的工藝改進及測試， MEMS 器件才能真正被商品化。研發團隊一般需要大量時間來搜索有關工藝及材料物理特性方面的資料。利用單一一種材料(如多晶硅)制得的器件可能需要根據多晶硅的來源及沉積方法來標記工藝中的變化。因此每一種工藝都需要長期、大量的數據來穩定一個工藝。

　　國內 MEMS 代工廠華潤上華、中芯國際、上海先進等，硬件條件雖與國際水平相近，但開發能力遠不及海外代工廠;中國 MEMS 代工企業還未積累起足夠的工藝技術儲備和大規模市場驗證反饋的經驗，加工工藝的一致性、可重復性都不能滿足設計需要，產品的良率和可靠性也無法達到規模生產要求。因此商業化階段的本土設計公司更愿意同 TSMC、 X-Fab、 Silex 等海外成熟代工廠合作。

　　代工環節薄弱導致好的設計無法迅速產品化并推向市場，極大地制約了中國MEMS 產業的發展，產業中游迫切需要有工藝經驗和高端技術的廠商填補洼地。雖然大部分 MEMS 業務仍然掌握在 IDM 企業中，隨著制造工藝逐漸標準化，MEMS 產業未來會沿著傳統集成電路行業發展趨勢，將逐步走向設計與制造分離的模式。純 MEMS 代工廠與 MEMS 設計公司合作開發的商業模式將成為未來業務模式的主流。

　　MEMS 代工企業類型比較

　　MEMS 技術自八十年代末開始受到世界各國的廣泛重視，對比傳統集成電路，該系統擁有諸多優點，體積小、重量輕，最大不超過一個厘米，甚至僅僅為幾個微米，其厚度更加微小。 MEMS 的原材料以硅為主，價格低廉，產量充足批量，良率高。同時使用壽命長，耗能低，但由于 MEMS 的工藝難度高，其良率仍然與傳統 IC 制造相比有一定的差距。

　　就工藝方面，目前全球主要的技術途徑有三種，一是以美國為代表的以集成電路加工技術為基礎的硅基微加工技術;二是以德國為代表發展起來的利用 X 射線深度光刻、微電鑄、微鑄塑的 LIGA 技術;三是以日本為代表發展的精密加工技術，如微細電火花 EDM、超聲波加工。

　　盡管 MEMS 和 IC 在封裝和外觀上具有相似性，但實質上 MEMS 在芯片設計和制造工藝方面與 IC 不同。 IC 一般是平面器件，通過數百道工藝步驟，在若干個特定平面層上使用圖案化模板制造而來，表現出特定的電學或電磁學功能來實現模擬、數字、計算或儲存等特定任務。理想狀態下， IC 基本元件(晶體管)是一種純粹的電學器件，幾乎所有的 IC 應用和功能方面具有共通性。相對地，MEMS 是一種 3D 微機械結構。基于硅工藝技術， MEMS 相比于傳統的“大型器件”，微米級別的 MEMS 器件能夠更廣泛、靈活地應用在汽車電子、消費電子等領域。

　　國內 MEMS 主要的傳感器設計公司有美新半導體、明皜傳感、矽睿科技、深迪半導體、敏芯微電子等。 同時國內 MEMS 企業規模還相對較小，單個企業較少有年銷售額超過 1 億美金; 高端傳感器還主要是以進口產品為主，整個 MEMS 傳感器主要以國外品牌為主。根據《中國傳感器產業發展白皮書(2014)》顯示中國中高端傳感器的進口比例達 80%，傳感器芯片的進口比例更高達 90%，顯示本土中高端傳感器技術和產業化的落后。從產品使用領域結構來看， 國內 MEMS 公司在營業規模、技術水平、產品結構、與國外有明顯差距， 60%-70%的設計產品集中在加速度計、壓力傳感器等傳統領域。工藝開發是我國 MEMS 行業目前面臨最主要的問題， 產品在本身技術實力和生產工藝還有待于進步。

　　中國傳感器產品結構

　　雖然國內主要集中在初級階段，中低端應用。 但從近幾年的發展來看， 中國地區已經成為過去五年全球 MEMS 市場發展最快的地區。 2015 年，我國 MEMS 市場規模接近 300 億元，且連續兩年增幅高達 15%以上;而且從中長期來看，國內 MEMS 行業的發展增速會快于國外， 到 2020 年，我國傳感器市場增幅將進一步提升，年平均增長率將達到 20%以上，繼續保持全球前列。