摸索中前行——中國MEMS眾生相

　　MEMS技術(shù)無疑已經(jīng)成為最炙手可熱的半導(dǎo)體技術(shù)之一。中國現(xiàn)在已經(jīng)是世界上最大的手機和汽車市場，不過令人遺憾的是，我們的中高端傳感器進口比例達80%，傳感器芯片進口比例更高達90%，中國本土的MEMS產(chǎn)業(yè)鏈更是仍有很長的路要走。值得欣喜的是，這一產(chǎn)業(yè)正在迅速崛起。

　　中國MEMS產(chǎn)業(yè)，弱在哪里?

　　毋庸置疑，雖然正在快速崛起中，中國整體MEMS產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與國外先進水平相比仍有不小的差距。敏芯微電子總裁李剛博士分析，造成此差距的原因在于，首先國內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)起步較晚，產(chǎn)業(yè)鏈端整體上比較落后，其次國內(nèi)整體技術(shù)能力與國外先進水平有較大差距。他指出：“我個人認為SMIC在2009年宣布進入MEMS代工業(yè)務(wù)，算是國內(nèi)MEMS大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的元年。美國的MEMSfabless設(shè)計公司幫助臺灣打通了MEMS制造產(chǎn)業(yè)鏈(代工廠、封裝廠、測試廠)，順暢的制造產(chǎn)業(yè)鏈也孵化了臺灣本土的一些MEMSfabless設(shè)計公司。而本土MEMS產(chǎn)業(yè)鏈如何構(gòu)建呢?代工廠最商業(yè)的思維就是承接國際大廠的代工業(yè)務(wù)，可是本土廠商如果沒有很好的技術(shù)積累，國際大廠通常也不會與你合作?！?/p>

　　除了產(chǎn)業(yè)鏈不完善，李剛還表示，“本土MEMS產(chǎn)業(yè)缺乏高端研發(fā)人員，與歐美發(fā)達國家相比，我們的研發(fā)水平相對較低，從基礎(chǔ)研究上就處于落后地位;亦缺乏經(jīng)驗豐富的本土MEMS工程師，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)化難度較大。同時國內(nèi)創(chuàng)業(yè)環(huán)境較差，對很多MEMS初創(chuàng)公司來說較難募集到資金。由于存在上述發(fā)展障礙，國內(nèi)外的MEMS技術(shù)差距正在不斷增大?！?/p>

　　上海矽?？萍加邢薰究偛弥x志峰博士表示，在全球MEMS初期發(fā)展階段，國內(nèi)這方面的研究集中于科研院所，但是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展一直沒有形成規(guī)模;近幾年在政府大力支持和各渠道資金的投入下，本土MEMS產(chǎn)業(yè)開始快速成長，產(chǎn)業(yè)鏈逐漸形成規(guī)模。目前國內(nèi)已經(jīng)建成了多條達到國際水準(zhǔn)的8寸MEMS生產(chǎn)線，但是在工藝制程的研發(fā)上還有較長的路要走。目前國內(nèi)大部分MEMS廠商在國際市場上還缺乏競爭力，但是在個別領(lǐng)域，例如麥克風(fēng)產(chǎn)品已經(jīng)具有了可觀的市場占有率?！坝捎贛EMS產(chǎn)品種類的多樣性，使得工藝的發(fā)展也各有不同，供應(yīng)商的數(shù)量較多而缺乏規(guī)模效應(yīng)，這一點在本土顯得尤為突出。”他指出。

　　的確，與IC技術(shù)相異的是，MEMS技術(shù)的工藝、制造是其技術(shù)集中的核心領(lǐng)域，在相當(dāng)大的程度上制約了中國MEMS產(chǎn)業(yè)，特別是MEMS創(chuàng)業(yè)設(shè)計公司的發(fā)展。“在美新1999年在國內(nèi)和美國同時啟動時，全世界基本上沒有MEMS代工。所有做MEMS的公司，包括美新在內(nèi)，都得自己建立內(nèi)部工廠。這使得MEMS創(chuàng)業(yè)難上加難?！泵佬掳雽?dǎo)體董事長兼CEO趙陽博士指出。因此受整個芯片產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱的影響，MEMS產(chǎn)業(yè)還沒能在國際競爭中占據(jù)有利地位，各個產(chǎn)業(yè)鏈上缺乏規(guī)模企業(yè)，沒有產(chǎn)生在國際市場上具有領(lǐng)導(dǎo)地位的企業(yè)。無錫必創(chuàng)傳感科技有限公司總經(jīng)理徐鋒補充道：“相比起國際主流廠家，中國MEMS企業(yè)出貨量都比較小，所以沒有積累起大規(guī)模市場驗證反饋的經(jīng)驗，在可靠性、穩(wěn)定性等規(guī)模生產(chǎn)工藝技術(shù)方面差距巨大。而MEMS傳感器和IC芯片一樣，具有很強的規(guī)模效應(yīng)，國內(nèi)企業(yè)的出貨量上不去，導(dǎo)致整個產(chǎn)業(yè)鏈，比如前端流片等環(huán)節(jié)加工能力比較薄弱，一致性、生產(chǎn)重復(fù)性都不能滿足設(shè)計的加工工藝要求。因此整個MEMS產(chǎn)業(yè)鏈均處于投入階段，盈利比較困難，產(chǎn)生了惡性循環(huán)?！?/p>

　　來自制造端的上海華虹宏力半導(dǎo)體技術(shù)研發(fā)暨設(shè)計服務(wù)執(zhí)行副總裁孔蔚然博士表示，相對于歐美的MEMS企業(yè)，中國的MEMS產(chǎn)業(yè)處于起步階段，短期內(nèi)無法滿足對MEMS市場的旺盛需求?！芭c標(biāo)準(zhǔn)化的IC制造相比，MEMS制造通常需要一些專用基礎(chǔ)設(shè)備投入，并且需要設(shè)計環(huán)節(jié)和生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)緊密配合。一方面，很多原來制造中的問題要移到設(shè)計中去解決;另一方面，一些設(shè)計中的困難需要制造工藝來克服。從MEMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程來看，各類MEMS產(chǎn)品的初期研發(fā)階段往往是始于那些歐美日IDM大廠。到目前為止，IDM大廠在大多數(shù)MEMS產(chǎn)品的技術(shù)和市場上仍處于絕對領(lǐng)先態(tài)勢?！?/p>

　　同時他還特別指出，當(dāng)前中國MEMS產(chǎn)業(yè)存在專業(yè)支撐平臺能力不足、技術(shù)成果轉(zhuǎn)化周期長等問題?！皣鴥?nèi)發(fā)展CMOS集成MEMS方案務(wù)必需要研究其他大廠的現(xiàn)有專利，以防止誤觸他人的專利范疇。此外，在MEMS市場競爭激烈之下，為了在市場上占據(jù)一席之地，降低生產(chǎn)成本已成為刻不容緩的課題?！?/p>

　市場搖籃能否孕育中國MEMS產(chǎn)業(yè)后發(fā)優(yōu)勢?

　　那么，依靠中國這個最大的半導(dǎo)體、電子消費市場，中國MEMS產(chǎn)業(yè)是否有機會憑借地域優(yōu)勢趕超先進?答案是肯定的。對此，孔蔚然總結(jié)了三點優(yōu)勢所在。第一，最直接的終端消費市場需求。由于智能手機、平板電腦的巨大市場需求，以及增長潛力無限的可穿戴和物聯(lián)網(wǎng)市場的驅(qū)動，MEMS傳感器的市場增量將相當(dāng)可觀。根據(jù)IHS的資料，MEMS傳感器市場于2014年的規(guī)模為93億美元，并預(yù)測于2019年增至130億美元，年復(fù)合增長率為7%。

　　同時，作為世界制造大國，中國是消費電子、汽車的最大生產(chǎn)和消費國，這也決定了中國是芯片消費大國。相比IC產(chǎn)品，中國在MEMS傳感器產(chǎn)品的自給率更低。但是，差距同時也是機遇。國內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)勢必需要加快自主研發(fā)進度，發(fā)揚技術(shù)創(chuàng)新，加強上中下游合作，盡早形成產(chǎn)業(yè)化，并最終在MEMS市場中占據(jù)一席之地甚至持續(xù)擴大市場份額。

　　第二，成熟的CMOS技術(shù)工藝和產(chǎn)能。國內(nèi)200mmCMOS工藝及產(chǎn)線已經(jīng)具備多年相當(dāng)成熟的量產(chǎn)經(jīng)驗，CMOS集成MEMS方案是國內(nèi)MEMS傳感器發(fā)展壯大的唯一出路。以Fabless+Foundry模式，利用成熟的CMOS集成電路生產(chǎn)線，整合MEMS專用設(shè)備及工藝，實現(xiàn)MEMS器件與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝及產(chǎn)線的全兼容，有利于加快MEMS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，降低成本，避免重復(fù)投資，延長200mm設(shè)備及廠房技術(shù)壽命。

　　第三，有力的政策支持。鑒于中國消費類電子、汽車應(yīng)用、醫(yī)療等各領(lǐng)域?qū)EMS元件的強勁需求，政府正大力推動本土MEMS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，著力將本土晶圓代工廠、IC設(shè)計公司與半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商聯(lián)合起來，形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，并為此提供強大的資金后援和有力的政策支持。2014年6月，國務(wù)院更是以“國家集成電路發(fā)展綱要”積極布局半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，以市場化運作的基金方式投入，從而也為MEMS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了一個良好的條件。

　　李剛補充認為，在整個行業(yè)大背景下，中國MEMS產(chǎn)業(yè)面臨著眾多優(yōu)勢及機遇?！笆紫?，中國作為一個大國，有著人力資源的優(yōu)勢：中國有著眾多國家基金支持(如863、973、電子發(fā)展基金、核高基等)的研究所及大學(xué)，培養(yǎng)了眾多的MEMS專業(yè)人才，涉及到了MEMS基礎(chǔ)研究的各個方面(材料、工藝、器件、可靠性、封裝等等)，可以滿足基礎(chǔ)研發(fā)的需求。

　　中國擁有龐大的在美國及歐洲留學(xué)及工作的MEMS人才，如加以利用，可以解決高端研發(fā)人才缺乏的問題。其次，中國MEMS產(chǎn)業(yè)更多的機遇則來自于現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，包括市場時機、市場空間、工業(yè)基礎(chǔ)等多方面因素。”

　　而徐鋒認為，隨著物聯(lián)網(wǎng)市場的發(fā)展，傳感器需求量會出現(xiàn)持續(xù)的增長，而MEMS工藝是目前滿足市場需求的最佳傳感器巨量生產(chǎn)技術(shù)?！爸灰巧贁?shù)國際廠商壟斷的行業(yè)，中國企業(yè)都有興趣進入，所以將會有越來越多的資本和企業(yè)會進入這個行業(yè)，市場需求和少數(shù)國際企業(yè)壟斷格局將會促進中國本土MEMS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?！?/p>

　　謝志峰則補充說，隨著國內(nèi)在IC產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上衍生出的逐步完善的MEMS產(chǎn)業(yè)鏈，也讓各類風(fēng)投資金看到了本土MEMS產(chǎn)業(yè)的未來，并已經(jīng)促成了一系列本土MEMS設(shè)計企業(yè)的建立?！皬暮Ｍ鈿w來的具有豐富MEMS經(jīng)驗的技術(shù)人才和管理人才成為本土MEMS企業(yè)建立的基礎(chǔ)，使得本土MEMS企業(yè)可以在技術(shù)上實現(xiàn)較快的突破?！彼麖娬{(diào)，“未來幾年內(nèi)可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的爆發(fā)是可期待的?？梢灶A(yù)見的是在健康醫(yī)療、環(huán)保、家庭安全、新能源汽車等領(lǐng)域，各類MEMS技術(shù)將會得到廣發(fā)應(yīng)用;隨著各類需求更加明確，新興的MEMS技術(shù)在化學(xué)、光電、生物等方面應(yīng)該會有所突破?！崩顒傉J為RF-MEMS，化學(xué)傳感器(例如氣體傳感器)、MOEMS，BioMEMS，Actuator等新興技術(shù)將會得到更多的發(fā)展。

　　關(guān)于如何壯大中國MESM產(chǎn)業(yè)的思考

　　與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)黃金“摩爾定律”不同，MEMS的黃金定律則為“一類產(chǎn)品線，一種制造工藝”。對半導(dǎo)體而言，做“腦細胞”的工藝是一樣的，因此可以不斷復(fù)制，而對MEMS而言，做眼睛的工藝很難用來做鼻子，做鼻子的工藝很難來做耳朵。MEMS目前這種制造工藝非標(biāo)準(zhǔn)化的特點就決定了現(xiàn)在沒有一個公司覆蓋全部市場，形成壟斷地位。也正這樣的行業(yè)特性留了足夠的戰(zhàn)略發(fā)展空間給中國的MEMS公司?！捌鸩酵?，底子薄，技術(shù)能力差，更重要的是創(chuàng)新能力差，總是做metoo的東西?！崩顒偼葱牡乇硎?，無論是IC領(lǐng)域，還是MEMS領(lǐng)域，本土廠商皆是如此?！安贿^優(yōu)勢在于我們有龐大的下游市場;多層次的本土市場;開始逐步完善的MEMS產(chǎn)業(yè)鏈;技術(shù)單點突破的能力。估計會先單點突破，例如在某幾個產(chǎn)品線上的突破，后續(xù)才會全面突破。全面超越估計會先從產(chǎn)業(yè)鏈端的封裝和測試領(lǐng)域，設(shè)計公司和Fab估計在2020年前很難超越?！?/p>

　　作為MEMS設(shè)計公司的敏芯，李剛指出設(shè)計公司環(huán)節(jié)與國外競爭對手相比，有困難，有突破?！笆紫?，我們在整合國內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)鏈上花費了巨大的時間和資本上的投入，推動國內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。突破為敏芯是唯一一個全產(chǎn)業(yè)鏈本土化的MEMS量產(chǎn)(>1kk支/月)公司。目前公司有三條產(chǎn)品線，硅麥克風(fēng)、壓力傳感器與加速度傳感器，市場上目前處于開拓階段，還未全面進入國內(nèi)一線手機廠商。手機領(lǐng)域客戶有海信、傳音等，ODM項目包括魅藍、小錘子、TCL、ZTE等。非手機領(lǐng)域包括philips，logitech，asus，小米，樂視等。公司近期的策略是針對存量市場做代替型產(chǎn)品，將來會布局一些完全創(chuàng)新的產(chǎn)品線?！?/p>

　　必創(chuàng)科技2010年左右開始MEMS傳感器芯片投入，徐鋒強調(diào)，“我們的研發(fā)團隊都是中國最早進入MEMS傳感器行業(yè)的高素質(zhì)人員，具有20年以上的MEMS傳感器研發(fā)經(jīng)驗。我們在MEMS傳感器制程中，除了流片是外包代工的，其他的設(shè)計，封裝測試我們都是自己投資建設(shè)的，我們做了大量的批產(chǎn)工藝設(shè)計和生產(chǎn)線研發(fā)，很多關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備都是自己研發(fā)的，特別是我們的壓力傳感器芯片的開口封裝(BOWP)技術(shù)，完全是我們自主的發(fā)明創(chuàng)造，對比國際其他主流廠商具有明顯的優(yōu)勢和差異性。”他補充說，“我們目前把所有的資源都聚焦在MEMS壓力傳感器芯片這一單一品類上，主要面向汽車和消費品市場，目前國內(nèi)大部分的汽車傳感器制造企業(yè)都已經(jīng)采用或者已經(jīng)考慮使用必創(chuàng)的MEMS壓力方案。下一步我們會持續(xù)改進我們的MEMS壓力傳感器設(shè)計生產(chǎn)線，準(zhǔn)備擴展海外市場?！?/p>

　　美新則非常獨特，不同于所有MEMS公司?！拔覀儚脑O(shè)計，封裝，測試，圓片流程樣樣都有。以前都是自己開發(fā)，自己建廠，自己生產(chǎn)。我們的MEMS傳感器已經(jīng)在數(shù)十億個手機和消費電子設(shè)備中。我們的高精度MEMS傳感器在五千萬輛汽車中。同時我們還有MEMS應(yīng)用系統(tǒng)解決方案。比如我們的MEMS慣性導(dǎo)航模塊應(yīng)用于工業(yè)和航天，安裝在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)拖拉機，無人機，通用飛機，民用噴氣機，及戰(zhàn)斗機等等。我們的流量傳感系統(tǒng)安裝在工業(yè)醫(yī)療設(shè)備中以及氣表中。電流傳感器應(yīng)用于服務(wù)器和各種工業(yè)電力系統(tǒng)中。我們的無線局域網(wǎng)系統(tǒng)用于加州葡萄園和橋梁監(jiān)測?！壁w陽強調(diào)，“我們未來的發(fā)展將集中在MEMS傳感器在高精度工業(yè)的應(yīng)用?！?/p>

　　矽睿作為一家輕資產(chǎn)重技術(shù)的MEMS設(shè)計企業(yè)，與華虹宏力正是MEMS領(lǐng)域的合作伙伴。謝志峰表示，“在工藝制造方面，我們和華虹宏力聯(lián)合開發(fā)了國內(nèi)最先進的8寸MEMS-CMOS工藝制程，成功推出多款達到國際水平的MEMS產(chǎn)品。該領(lǐng)域設(shè)計企業(yè)數(shù)量較少，產(chǎn)品集中于加速度傳感器、磁傳感器、陀螺儀及相關(guān)組合傳感器，主要滿足智能移動終端和可穿戴產(chǎn)品的應(yīng)用，并面向未來物聯(lián)網(wǎng)的各類需求。目前包括魅族、青橙等國內(nèi)知名手機廠商已經(jīng)采用了我們的產(chǎn)品和方案?！蔽磥?，他表示矽睿將形成業(yè)界最完整的運動傳感器系列產(chǎn)品線，并著重于研發(fā)配套算法和軟件，針對客戶需求開發(fā)高附加值的應(yīng)用方案，為客戶提供最為高效的系統(tǒng)級服務(wù)。

　　而華虹宏力位于MEMS產(chǎn)業(yè)的晶圓制造環(huán)節(jié)，著眼于開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CMOS-MEMS智能傳感器產(chǎn)品集成制造技術(shù)平臺，重點開發(fā)面向智能移動終端和物聯(lián)網(wǎng)的智能傳感器芯片制造工藝平臺，包括表硅MEMS及體硅MEMS工藝平臺?！叭A虹宏力投資矽睿科技進行戰(zhàn)略合作，發(fā)力MEMS傳感器市場，已經(jīng)合作了多款產(chǎn)品。近期雙方更是聯(lián)合推出國內(nèi)第一款單芯片三軸陀螺儀QMG6982，首次將MEMS陀螺儀器件和ASIC器件集成在單一硅片上，從而簡化了內(nèi)部連線，減少了內(nèi)部封裝的互連金線，提升了封裝可靠性，因此較上一代產(chǎn)品體現(xiàn)出更高的性能和良率?！笨孜等恢赋觯癕EMS傳感器是華虹宏力一個新的增長機會。我們正在加大與客戶的合作，進一步鞏固和加強現(xiàn)有MEMS傳感器工藝技術(shù)及其產(chǎn)品在智能移動終端的市場滲透率，同時也將大力拓展智能穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、汽車和醫(yī)療等應(yīng)用領(lǐng)域。同時，為了確保公司的持續(xù)競爭力，我們還將繼續(xù)加強由包含MEMS傳感器等研發(fā)項目產(chǎn)生重要的創(chuàng)新技術(shù)而不斷增加專利和專利申請，大力捍衛(wèi)我們的知識產(chǎn)品組合。”

　　中國MEMS產(chǎn)業(yè)前方仍面臨著一條艱難的道路。然而可以預(yù)見的是，未來中國還將出現(xiàn)更多的MEMS初創(chuàng)公司，分散在各類傳感器產(chǎn)品領(lǐng)域，并可能出現(xiàn)影響全球MEMS市場的關(guān)鍵角色，改變目前由國際巨頭瓜分市場的競爭勢態(tài)，抒寫中國‘芯’的新篇章。在制造端，以及本文未涉及的封測端，在行業(yè)、市場與政府聯(lián)合推動下，摸索前進。