MEMS傳感器已經(jīng)在我們每天使用的各類設備上數(shù)以百萬計地使用著。在智能手機上，MEMS傳感器提供在聲音性能、場景切換、手勢識別、方向定位、以及溫度/壓力/濕度傳感器等廣泛的應用;在汽車上，MEMS傳感器借助氣囊碰撞傳感器、胎壓監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)和車輛穩(wěn)定性控制增強車輛的性能。;醫(yī)療領域，通過MEMS傳感器研成功制出微型胰島素注射泵，并使心臟搭橋移植和人工細胞組織成為現(xiàn)實中可實際使用的治療方式;在可穿戴應用中，MEMS傳感器可實現(xiàn)運動追蹤、心跳速率測量等。在城市建設領域，MEMS傳感器可以協(xié)助監(jiān)測基礎設施建設的穩(wěn)定性，營造充滿活力的反饋系統(tǒng)……MEMS傳感器已經(jīng)被廣泛地集成到汽車電子、智能家居、智能電網(wǎng)等物聯(lián)網(wǎng)應用領域。

近日全球MEMS供應鏈及物聯(lián)網(wǎng)峰會暨MEMS Industry Group(MIG)全球MEMS產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟峰會在上海召開。這是全球最大MEMS行業(yè)組織MIG第一次來到中國上海，攜手中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所(SIMIT)和上海微技術工業(yè)研究院(SITRI)舉辦以“MEMS供應鏈及物聯(lián)網(wǎng)”為主題的MIG上海會議，會議匯集全球MEMS業(yè)界精英，聚焦全球MEMS供應鏈及物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，展現(xiàn)最新國際MEMS技術，探討中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。

MEMS傳感器市場發(fā)展態(tài)勢

MIG首席戰(zhàn)略官Stephen Whalley在開幕致辭中指出，作為智能感知時代的重要硬件基礎，MEMS傳感器產(chǎn)品需求近年增勢迅猛，“消費類應用成為MEMS傳感器市場的主要推動力。2014年MEMS傳感器市場規(guī)模達到130億美元，最大的消費類應用規(guī)模達到59億美元，到2019年預計將超過100億美元，年復合增長率約11.2%。而成長最快的是醫(yī)療市場，將從今年的24.5億美元增長至2019年的72億美元左右，年復合增長率近30%!”

MEMS和傳感器的爆發(fā)為智能物聯(lián)網(wǎng)鋪平了道路。Stephen Whalley如是說。“智能制造、智能電網(wǎng)、智能城市、智能生活……無一不需MEMS傳感器、傳感器融合、無線互連、更好的節(jié)能/能量獲取等技術。我們已經(jīng)來到真實世界與智能物聯(lián)世界的邊界，而強大的MEMS/傳感器的供應鏈是促進這一切的關鍵。”

IHS MEMS及傳感器業(yè)務總監(jiān)Jérémie Bouchaud指出，在今后5到10年內(nèi)，智能手機以及平板電腦仍然是MEMS主要應用領域。今后MEMS的應用領域?qū)⒅饾u擴大，包括正在興起的可穿戴設備、可擁有百余個MEMS傳感器的汽車電子，和人們生活息息相關的智能家居和智能城市都是需要大力挖掘的市場。“我們認為會有可穿戴設備的應用，但是它的比例還比較小，目前還不到10%，在這段時間內(nèi)還是不會超過智能手機應用。在汽車應用方面會繼續(xù)看到MEMS傳感器的應用，因為高端的汽車中發(fā)現(xiàn)會有一百多個MEMS傳感器，所以汽車是今后可以發(fā)展應用的領域。還有關于物聯(lián)網(wǎng)，我認為要等待5到10年以后才會有很好的發(fā)展，目前完全取決于量的問題。5到10年以后，如果智能家居、智能城市有了很好的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)在MEMS傳感器應用方面會有很好的發(fā)展，但是在這之前不會看到在物聯(lián)網(wǎng)方面MEMS傳感器的發(fā)展。” 他表示。

在手持終端應用領域，Jérémie指出將會出現(xiàn)一些新興傳感器，包括指紋傳感器，環(huán)境(濕度、氣體、 紫外線)傳感器，健康(脈搏、血氧)傳感器，熱成像傳感器等。此外MEMS麥克風、運動傳感器包括加速計、磁力計、陀螺儀、壓力傳感器以及不同類別的運動傳感器組合等市場均有較好的成長表現(xiàn)。

一些主要MEMS廠商動態(tài)

在整個半導體生態(tài)體系中，MEMS正扮演著越來越重要的角色，其應用范圍包含了消費電子、汽車工業(yè)、工業(yè)控制乃至生物醫(yī)學、航空航天等領域，且仍在迅速擴大。MEMS在即將到來的物聯(lián)網(wǎng)時代中將起到的核心作用，為新科技產(chǎn)品提供更智能、更敏銳的感觀能力。國內(nèi)外各大MEMS企業(yè)都將擴大對MEMS傳感器研發(fā)的投入。例如Honeywell的兩條MEMS生產(chǎn)線正火熱運行中;中芯國際正逐漸成為MEMS傳感器領域的制造廠商，把業(yè)務從CMOS擴展到MEMS;美新半導體以自家設計的三軸加速度計為例，介紹了目前在傳感器設計中遇到的難點和重大突破。

Honeywell電子傳感業(yè)務總監(jiān)Michael Young點出了Honeywell目前關注的四個主要領域：“我們主要是關注一些工業(yè)方面的引用，包括：

一，隨著人口老齡化會有更多醫(yī)療方面的應用;

二，隨著勞動力成本不斷上升我們會關注自動化方面的應用，包括和OEM方面的一些合作;

三，環(huán)境監(jiān)控監(jiān)測，水的質(zhì)量，空氣質(zhì)量的一些監(jiān)控;

四，隨著城市化進程不斷加深，很多城市居民小區(qū)需要對電進行監(jiān)控，能源管理，還有安全方面我們也會關注。”

中芯國際技術研究發(fā)展資深總監(jiān)黃河指出，技術的發(fā)展持續(xù)推動著MEMS傳感器成本下降——這已經(jīng)是不可逆的趨勢。“MEMS芯片的成本降低速度遠遠超過了CMOS芯片，而競爭進一步加強了對更緊湊的系統(tǒng)封裝的需求。”由于MEMS工藝的復雜度遠超過CMOS工藝，在現(xiàn)有CMOS晶圓廠的特定產(chǎn)線上預先引入特別的MEMS器件工藝，黃河認為這一途徑具有巨大的潛力，而中芯國際也正在通過此方法將代工業(yè)務從CMOS擴展到MEMS領域。例如中芯與Silicon Labs合作開發(fā)的CMEMS技術，把MEMS架構直接構建于標準CMOS晶圓上，從而獲完全集成的高可靠“CMOS+MEMS”單晶片解決方案，以此工藝打造的Si50x系列振蕩器，“這是業(yè)界首個0.13微米單片集成的CMOS-MEMS量產(chǎn)工藝。” 黃河強調(diào)。此后中芯又將TSV技術引入到CMOS后端制程，發(fā)布了另一項業(yè)界首個基于0.18微米 e-TSV平臺的3D MEMS SiP商用工藝。“我們應該用全新的視角，以系統(tǒng)的方法來設計、制造、組裝和測試MEMS芯片。技術進步和改進在加速，我們將同時面臨前所未有的挑戰(zhàn)和與機遇。”

1999年趙陽博士憑借自主發(fā)明的熱對流加速度傳感器技術在美國創(chuàng)建了美新公司(MEMSIC)， 同年11月在中國無錫成立公司，并開始研發(fā)生產(chǎn)MEMS傳感器。MEMSIC(MEMS+IC)開發(fā)了獨一無二的MEMS傳感器組件和系統(tǒng)集成技術，專注于制造多種小型化和成本更低的產(chǎn)品，為消費電子、工業(yè)自動化以及航空等領域提供市場需要的多樣產(chǎn)品?，F(xiàn)在，美新已在傳感器部件及系統(tǒng)集成方面積累了深厚的技術和經(jīng)驗。美新半導體總裁趙陽介紹了美新開發(fā)的世界首款3D WLP封裝單芯片熱加速度計。

傳統(tǒng)的加速度計是基于電容或壓電技術，用于測量微機械質(zhì)量結構運動。這種技術在許多方面具有一定的局限性，如表面粘附(稱為黏附)、滯后、機械振蕩、電磁干擾、昂貴的制造過程，也面臨一些與微機械運動結構相關問題的挑戰(zhàn)。為了解決這些問題，美新開發(fā)出一種獨特的技術，該技術解決了與傳統(tǒng)基于MEMS的加速度計相關的問題。獨有專利的熱對流技術，是全球第一家使用標準CMOS工藝的單芯片集成混合信號處理電路的熱對流MEMS慣性傳感器。獨特的單芯片硅片設計方法從根本上降低了成本和增強了芯片性能、功能和質(zhì)量，“美新的這款熱加速度計芯片尺寸僅1.2mmx1.7mm，檢測范圍包括2g、4g、8g，具有12位精度，零偏移遲滯，售價僅0.19美元起。”他強調(diào)。

“手機仍然是我們會關注的領域。在今后五年我們會看到中國手機出貨量將占全球一半的數(shù)量，數(shù)量上已經(jīng)超過三星以及蘋果。中國手機消費也仍然將是全球第一，今后還將繼續(xù)增長，這些消費者他們不會消失。”趙陽補充說，“海外市場我們主要關注工業(yè)應用，不會關注海外消費者應用。”

意法半導體執(zhí)行副總裁兼模擬器件、MEMS及傳感器產(chǎn)品事業(yè)部總經(jīng)理Benedetto Vigna強調(diào)，在過去十年，運動傳感器技術徹底改變了人類與電子設備的互動方式。通過研發(fā)和推廣運動傳感器到各種智能型消費性電子應用，意法半導體在這一技術革命中扮演了相當重要的角色。據(jù)他介紹，目前意法半導體已銷售近50億顆MEMS傳感器及35億顆MEMS執(zhí)行器。完整的研發(fā)設計和制造產(chǎn)業(yè)鏈，讓意法半導體成為廠商首選的一站式MEMS供應商，其豐富的產(chǎn)品組合涵蓋微加工加速度計、陀螺儀、壓力傳感器、磁強傳感器和麥克風，擁有整合多個傳感器模塊、板載信號處理器、控制功能、傳感器融合算法和無線接口的能力。作為MEMS市場的重量級制造商，意法半導體的MEMS技術研發(fā)同樣處于業(yè)界最前沿，擁有近1000項與MEMS相關的專利。意法半導體引領傳感器技術向智能化和獨立化發(fā)展，并將會在消費電子、醫(yī)療保健、環(huán)境科學等諸多領域開創(chuàng)新局面。

近幾年MEMS市場發(fā)展迅猛，逐漸出現(xiàn)了多元化發(fā)展的局面。例如單位出貨量增長，但平均售價也迅速下跌;傳統(tǒng)制造廠商與新興無晶圓MEMS廠商的競爭;新興MEMS制造工藝和技術;多起行業(yè)并購等等。對此意法半導體也提出了“3+1”的多元化策略即多元化的產(chǎn)品、客戶、應用以及市場。“通過不斷的技術創(chuàng)新以及多元化發(fā)展，輔以穩(wěn)健可靠的批量生產(chǎn)供應鏈和強大的合作關系，MEMS器件及傳感器廠商將推動物聯(lián)網(wǎng)市場的增長。在亞太等地區(qū)市場上，地區(qū)經(jīng)濟特點必須加以考慮，這樣才能研發(fā)適合的產(chǎn)品，提供適合的支持模式。” Benedetto Vigna 指出，“意法半導體將繼續(xù)引領MEMS工業(yè)發(fā)展，因為我們擁有先進的技術產(chǎn)品組合，覆蓋物聯(lián)網(wǎng)應用所需的全部關鍵要素，例如MEMS傳感器和執(zhí)行器，以及嵌入式處理器、電源器件和接口芯片等等。”

他所理解的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關鍵要素，一是技術創(chuàng)新和產(chǎn)品多元化。這就要求按照新的應用需求改進現(xiàn)有技術并開發(fā)新技術，擁有廣泛的產(chǎn)品組合。二是正確的供應鏈和銷售模式。這需要通過一站式采購方案提供無縫服務，通過經(jīng)銷網(wǎng)絡擴大市場覆蓋率。三是合作伙伴與生態(tài)系統(tǒng)，需要開發(fā)新的設計能力，提高研發(fā)實力，縮短產(chǎn)品上市時間。

此外，來自德國弗勞恩霍夫電子納米系統(tǒng)研究所的所長Thomas Gessner博士探討了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的挑戰(zhàn)：傳感器和驅(qū)動。他重點闡述了將MEMS傳感器集成到智能系統(tǒng)中是當今物聯(lián)網(wǎng)應用的基礎。而來自加州大學戴維斯分校的教授、伯克利傳感器和執(zhí)行器中心聯(lián)合主任David Horsley博士分享了在壓電式MEMS傳感器的材料、設備及應用中的前沿研究。David Horsley博士的團隊主要有兩個研究方向：利用壓電式MEMS傳感器的特別，實現(xiàn)超聲波手勢識別和超聲波生物識別。

關于可穿戴設備，他們說……

為什么可穿戴設備市場會異軍突起?Benedetto Vigna認為，首先可穿戴設備解決了消費者現(xiàn)有的一些需求，它是基于智能手機的個人基礎設施，基于現(xiàn)有的連網(wǎng)標準。“野心勃勃的企業(yè)家們發(fā)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)入市門檻鼻復雜的電子產(chǎn)品要低。而微型裝置大規(guī)模量產(chǎn)讓終端產(chǎn)品的成本和尺寸更趨于合理。于是可穿戴設備作為物聯(lián)網(wǎng)的第一波浪潮開始向我們涌來。”

Jérémie認為，可穿戴設備目前還在它的嬰兒階段。“我們看到的現(xiàn)階段的可穿戴設備主要表現(xiàn)為各種手鐲或者是手表，谷歌眼鏡等等，主要是娛樂型的，仍然停留在可穿戴設備的早期階段。我們認為必須要進到下一步，比如除了娛樂，能夠檢查生命體征、心跳、脈搏以及血壓等功能。”他強調(diào)，“尤其重要的是：你早晨起床去上班，其實你不需要有這樣穿戴性設備給你日常生活帶來的干擾，我們需要有更多透明，更加簡潔方便的穿戴性設備，你不需要把它啟動，或者和云聯(lián)系在一起進行同步，晚上還要給它充電。如果需要做那么多繁復的工作，我認為這樣的穿戴性設備在今后是不會有市場的。”他指出現(xiàn)在已經(jīng)有了一些嘗試，比如把它和衣服整合在一起，只要穿上這個衣服，穿戴性設備就在上面了，但目前成本還是比較高。必須要把成本降低下來，否則今后是不會有廣泛的應用。

趙陽也表示，“可穿戴設備的真正意義在于，我們會把internet穿在我們身上，通過這種方式達到人機結合，就像中國人講的人和天地之間的融合，是通過我們的傳感器連接耳朵和鼻子與世界。現(xiàn)在通過人機連接和internet連接，等于internet穿在我們身上了，而不是只做一個設備。”

樓氏電子商務拓展總監(jiān)Angelo Assimakopoulos表示，穿戴市場估計在2018年時將達到1.2億部。“但是我們真正要看可穿戴設備到底給我們帶來怎樣的價值，如果不能夠給我們帶來價值，僅僅是時尚潮流，就只是曇花一現(xiàn)，不久就會消失?，F(xiàn)在可以看到一些智能手表，如果能夠通過它發(fā)短信或者看天氣預報，這是很好的應用。但是現(xiàn)在可穿戴設備沒有特別的類別劃分出來，也沒有相應的指征說明今后到底機遇在哪里。目前我們發(fā)現(xiàn)戴手表的人是25歲或者30歲以上的中年人戴手表，小于25歲的人群沒有戴手表的習慣，所以還無法預測今后方向是怎么樣的。我們今后潛在的客戶現(xiàn)在還沒有工作，所以我們無法預測他們今后是否會產(chǎn)生購買欲望或者購買沖動，所以還是未知數(shù)。”他強調(diào)，“對傳感器制造商來說會有機遇。對健康醫(yī)療設備業(yè)界公司和相關用戶界面公司來說會有一些機遇，所以可穿戴設備今后還是有機會的。”

機遇與競爭齊飛，全球廠商云集中國MEMS市場

中國作為全球最大的電子產(chǎn)品生產(chǎn)基地，消耗了全球四分之一的MEMS器件，吸引了全球的目光。同時中國MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)的生態(tài)環(huán)境正逐漸完善，目前正在快速的發(fā)展壯大中。

中國的手機產(chǎn)能世界第一，同時也是物聯(lián)網(wǎng)的明確領導者，中國的能手機、汽車電子和物聯(lián)網(wǎng)的應用正在廣泛的普及中。中科院上海微系統(tǒng)所所長王曦院士在講話中提到，當創(chuàng)新型企業(yè)不斷涌現(xiàn)，MEMS傳感器研發(fā)領域的生態(tài)系統(tǒng)日益完善，主要的MEMS產(chǎn)業(yè)研發(fā)中心集中在上海和江蘇，全國的MEMS企業(yè)眾多，積極的競爭愈發(fā)火熱。今后MEMS將在消費電子、汽車工業(yè)、工業(yè)控制乃至生物醫(yī)學、航空航天等領域扮演越來越重要的角色。

“蘋果和三星在智能手機中的創(chuàng)新應用，引領了MEMS技術的潮流?，F(xiàn)在中國本土的手機OEM廠商如小米、華為、OPPO、VIVO、魅族等等，也越來越多地采用更多的MEMS傳感器芯片。” 王曦表示，“中國的MEMS產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)也正逐步完善，從研發(fā)、開發(fā)、設計、代工、封測到應用，產(chǎn)業(yè)鏈已基本形成，上海、蘇州、無錫都形成了研發(fā)中心。”

中國作為MEMS的新戰(zhàn)場，已經(jīng)在智能手機和平板電腦兩個MEMS的主要應用領域有很強的市場能力，Jérémie分別從需求側和供應側分析了中國MEMS市場(主要是智能手機應用)的現(xiàn)狀。

從需求側，中國手機OEM的激增極大地刺激了MEMS傳感器市場。以下幾個圖表清楚地表現(xiàn)出這一市場的火爆。

另外，隨著新興國家市場也逐漸轉(zhuǎn)向品牌產(chǎn)品，中國的白牌(山寨)手機市場不斷下滑，頂級OEM廠商如華為、聯(lián)想、酷派等以及大多數(shù)地方小品牌將他們的低端智能手機外包給華勤、聞泰、龍旗等IDH方案商。這部分手機市場也占了一定的份額并呈增長趨勢。“在大部分低端手機市場，如壓力計、陀螺儀等中高端功能滲透率較低。而一些‘必備’的傳感器如分立加速度計，以及便宜又易于設計諸如‘ALS+Prox+IR emitter’的組合傳感器具有較大市場需求。”值得一提的是，他指出中國的所有智能手機OEM都在等待能夠檢測PM10, PM2.5的顆粒物傳感器，然而目前還沒有能夠適合集成在手機中的可行的技術。

從供應側看。中國智能手機OEM整體迅速脫穎而出，成為第三大MEMS采購力，僅次于蘋果和三星。“因此那些不重視中國市場的傳感器供應商將會遇到麻煩。例如光傳感器供應商Capella。”Jérémie指出，“該公司將其資源全部集中在傳統(tǒng)客戶三星和HTC，錯過了中國OEM爆發(fā)的時機，在2010-2012年以50%~100%速度高速成長期過后，2013年就下跌20%。”

因此總結來看，中國已經(jīng)成為MEMS的新戰(zhàn)場，各老牌MEMS及傳感器供應商包括光傳感器、運動傳感器等供應商均已轉(zhuǎn)戰(zhàn)該市場，而新玩家、新技術包括MEMS自動對焦、投影觸控顯示的微型投影儀、手機用氣體傳感器等也將可借此作為踏腳石進入MEMS市場。與此同時不利的因素包括，中國市場加速了產(chǎn)品價格的下跌、謠言散播等不正當?shù)母偁帯?/p>

未來中國MEMS及傳感器需求可能實現(xiàn)自給自足嗎?Jérémie認為，就目前來看，中國大部分MEMS及傳感器仍依賴進口，在2013年全球top 50 MEMS供應商中中國廠商僅有三家，AAC、Goertek和美新，而中國市場也不是這些中國頂級MEMS供應商的主要市場。“目前中國本土興起了許多芯片設計初創(chuàng)企業(yè)，但是出貨量仍然很低，例如Senodia, QST, Miramems (動作傳感器), Memsensing (麥克風.), Goodix (指紋識別)等。代工業(yè)也正在興起，比如中芯國際和華虹宏力，在2013年中國MEMS純代工業(yè)務市場份額僅為2%。”他總結說，“然而如果從封裝開始做起則較容易取得成功，例如MEMS麥克風供應商AAC, Goertek, Gettop等通過收購英飛凌的MEMS和ASIC芯片然后自己封裝。第二階段則是開發(fā)自己的MEMS芯片，例如AAC正在與Memstech進行MEMS技術的開發(fā)，Goertek也已經(jīng)有自己的MEMS芯片技術。接下來他們就可以將這些麥克風領域的經(jīng)驗擴展到其他MEMS及傳感器領域，并拓展國內(nèi)市場。”

在閉幕主題演講中，上海矽?？萍加邢薰臼紫瘓?zhí)行官謝志峰分享了矽?？萍嫉膭?chuàng)業(yè)故事，以及矽?？萍?ldquo;從中國制造到中國創(chuàng)造”的愿景。他以兩個生動形象的例子來說明了矽?？萍荚趧?chuàng)業(yè)過程中遇到的主要挑戰(zhàn)和獲得的重要成功，并探討了中國MEMS傳感器產(chǎn)品的設計制造流程，分享他理解中的物聯(lián)網(wǎng)對中國半導體行業(yè)所產(chǎn)生的影響。