MEMS，中國(guó)半導(dǎo)體的另一個(gè)突破口？

MEMS行業(yè)作為基于集成電路技術(shù)演化而來(lái)的新興子行業(yè)，這幾年發(fā)展迅速，如今，MEMS傳感器和執(zhí)行器已成為日常生活的一部分，2021年對(duì)于MEMS公司來(lái)說(shuō)是不平凡的一年，這一年大多數(shù)MEMS廠商迎來(lái)了可觀的增長(zhǎng)。

什么是MEMS？MEMS是微電路和微機(jī)械按功能要求在芯片上的一種集成，基于光刻、腐蝕等傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)，融入超精密機(jī)械加工，并結(jié)合力學(xué)、化學(xué)、光學(xué)等學(xué)科知識(shí)和技術(shù)基礎(chǔ)，使得一個(gè)毫米或微米級(jí)的MEMS具備精確而完整的機(jī)械、化學(xué)、光學(xué)等特性結(jié)構(gòu)。

MEMS行業(yè)的誕生契機(jī)是什么？在集成電路行業(yè)不斷發(fā)展的背景下，傳統(tǒng)的集成電路無(wú)法持續(xù)地滿足終端領(lǐng)域日益變化的需求，因此，微電子學(xué)、微機(jī)械學(xué)以及其他基礎(chǔ)自然科學(xué)學(xué)科的相互融合之下，誕生了以集成電路工藝為基礎(chǔ)，結(jié)合體微加工等技術(shù)打造的新型芯片，這就是MEMS。

2021年全球前30 MEMS廠商排名

近日，知名研究機(jī)構(gòu)Yole發(fā)布了2021年全球MEMS廠商的排名（按照營(yíng)收情況）。如下圖所示，前十的老牌MEMS企業(yè)在過(guò)去幾年基本沒(méi)有發(fā)生太大變化，分別是博世、博通、意法半導(dǎo)體、Qorvo、TDK、歌爾微、德州儀器、惠普、英飛凌、樓氏電子等。再往后分別是Honeywell、恩智浦、TE Connectivity、ADI、佳能、Skyworks、Murata、SI time、Sensata、瑞聲科技、SENSIRION、FLIR System、AMPHENOL、LYNRED、賽威電子、Teledyne MEMS、Melexis、Guide IR、臺(tái)積電。這些廠商中包括IDM、Fabless和代工廠各種類型的廠商。

2021年MEMS供應(yīng)商收入排名

（百萬(wàn)美元）（來(lái)源：Yole）

注釋：綠色虛線框是IDM廠商、藍(lán)色虛線框是純代工廠、其余為Fabless廠商

可以看出，幾乎所有企業(yè)都呈現(xiàn)出穩(wěn)定的增長(zhǎng)勢(shì)頭。博世和博通繼續(xù)是MEMS的領(lǐng)導(dǎo)者，其業(yè)務(wù)和增長(zhǎng)都非常出色，博世受益于汽車MEMS產(chǎn)品的應(yīng)用，2021年的營(yíng)收超過(guò)17億美元；博通接近14億美元，從第三名開(kāi)始，營(yíng)收就接近腰斬。博通、Qorvo和高通主要是RF MEMS起決定性作用。隨著手機(jī)頻率的增加和5G的引進(jìn)，對(duì)射頻MEMS傳感器的需求還將進(jìn)一步增長(zhǎng)，同時(shí)收益于RF MEMS傳感器的廠商還有Skyworks。

TDK幾年前通過(guò)收購(gòu)InvenSense進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)，2021年TDK增長(zhǎng)迅速，其中，TDK子公司Tronics 在2022財(cái)年實(shí)現(xiàn)了50%的收入增長(zhǎng)。再加上由于運(yùn)動(dòng)傳感器客戶群的擴(kuò)大以及MEMS麥克風(fēng)新業(yè)務(wù)的推出，中國(guó)智能手機(jī)的運(yùn)動(dòng)傳感器銷售額增長(zhǎng)。

而德州儀器、歌爾微、惠普、佳能、瑞聲科技、FLIR System等的增長(zhǎng)均較小，樓氏是少有的營(yíng)收下降的企業(yè)。十年前德州儀器和惠普是MEMS領(lǐng)域的王者，但德州儀器最近這些年來(lái)銷售額增長(zhǎng)乏力，沒(méi)有贏得新市場(chǎng)的青睞；惠普將測(cè)量部門分拆后出售，再加上噴墨打印機(jī)市場(chǎng)消退，惠普的MEMS業(yè)務(wù)也遭受了眾創(chuàng)。

從地域來(lái)看，在MEMS這個(gè)領(lǐng)域，依然是美國(guó)占據(jù)較強(qiáng)的地位，有接近一半的廠商是屬于美國(guó)。歐洲也不遜色，有博世、意法半導(dǎo)體、恩智浦等。日本廠商以特色占有一席之地。中國(guó)靠麥克風(fēng)市場(chǎng)（樓氏、歌爾微、瑞聲科技）和代工市場(chǎng)（賽微電子）占據(jù)一定的地位。

整體來(lái)看，全球MEMS市場(chǎng)規(guī)模的收入從2020年的115億美元增加到2021年的約136億美元，同比增長(zhǎng)17%。2021 年的收入是由消費(fèi)和汽車應(yīng)用的持續(xù)傳感化以及醫(yī)療和工業(yè)終端市場(chǎng)及相關(guān)應(yīng)用的進(jìn)步推動(dòng)的。由于芯片短缺和全球分配問(wèn)題，慣性和壓力MEMS等一些MEMS器件的ASP在2021年略有增長(zhǎng)，為市場(chǎng)創(chuàng)造了額外的收入增長(zhǎng)。

隨著萬(wàn)物互聯(lián)與人工智能的興起，MEMS產(chǎn)品種類增加、市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大，行業(yè)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)周期的縮短及生產(chǎn)成本的降低提出了更高要求，同時(shí)MEMS工藝研發(fā)費(fèi)用迅速上升以及未來(lái)建廠費(fèi)用高啟促使更多的半導(dǎo)體廠商將工藝開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)相關(guān)的制造環(huán)節(jié)進(jìn)行外包，純 MEMS代工廠與MEMS產(chǎn)品設(shè)計(jì)公司合作開(kāi)發(fā)的商業(yè)模式將成為未來(lái)主流行業(yè)業(yè)務(wù)模式。類似于傳統(tǒng)集成電路行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，MEMS產(chǎn)業(yè)也將逐步走向設(shè)計(jì)與制造分立、制造環(huán)節(jié)外包的模式。從趨勢(shì)上看，全球MEMS 代工業(yè)務(wù)將會(huì)快速擴(kuò)張。

MEMS代工廠迎來(lái)豐收時(shí)刻

2021年MEMS純代工廠的銷售額為6.9億美元，比2020年的5.7億美元同比增長(zhǎng)21%。2021年的代工市場(chǎng)份額約占總額的5.1%。所以可以看出，MEMS代工市場(chǎng)雖然提供了相對(duì)較小的市場(chǎng)份額，但市場(chǎng)卻在不斷增長(zhǎng)。他們主要為那些無(wú)晶圓廠公司以及那些無(wú)法在內(nèi)部完成100%傳感器制造的IDM提供代工服務(wù)。

以前MEMS代工廠的營(yíng)收很少，通常不到6000萬(wàn)美元，但現(xiàn)在隨著Fabless的崛起，增強(qiáng)了對(duì)MEMS外包的需求，MEMS代工廠迎來(lái)了良好的發(fā)展，收入增長(zhǎng)強(qiáng)勁。純代工廠玩家主要有賽威電子、Teledyne、臺(tái)積電、X-FAB、索尼和意法半導(dǎo)體等，他們合計(jì)占據(jù)著超過(guò)65%的市場(chǎng)份額。

注：臺(tái)積電和X-FAB為綜合型代工廠，Yole僅統(tǒng)計(jì)的是MEMS業(yè)務(wù)。

這幾年得益于產(chǎn)能的持續(xù)提升及需求的持續(xù)增長(zhǎng)，賽微電子在全球MEMS純晶圓代工市場(chǎng)中的份額占比從2019年的15.61%提升到了2021年的18.18%。目前賽微電子在瑞典擁有一座成熟運(yùn)轉(zhuǎn)的 MEMS 晶圓工廠，內(nèi)含兩條8英寸產(chǎn)線；在北京擁有一座處于建成運(yùn)營(yíng)初期、具備規(guī)模產(chǎn)能的MEMS晶圓工廠，內(nèi)含一條8英寸產(chǎn)線；這兩座晶圓工廠均處于持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)狀態(tài)，其中瑞典產(chǎn)線主要是添購(gòu)部分設(shè)備以滿足相關(guān)客戶的訂單需求；北京產(chǎn)線則將從當(dāng)前的1萬(wàn)片/月向3萬(wàn)片/月產(chǎn)能擴(kuò)充。

Teledyne DALSA成立于1980年，2011 年被Teledyne Technologies收購(gòu)，2019年，Teledyne又收購(gòu)Micralyne，鞏固了全球MEMS代工廠領(lǐng)先地位。

2021年，臺(tái)積電公司完成壓電微機(jī)電技術(shù)的驗(yàn)證，以生產(chǎn)具備高音質(zhì)及快速響應(yīng)的微機(jī)電揚(yáng)聲器。未來(lái)計(jì)劃包含開(kāi)發(fā)下一世代高敏感度壓電麥克風(fēng)、十二英寸晶圓微機(jī)電光學(xué)影像穩(wěn)定系統(tǒng)、醫(yī)療用單芯片超音波傳感器，以及車用微機(jī)電應(yīng)用。

X-FAB不僅是全球最大的SiC大廠，但是其也代工MEMS。2011年X-FAB收購(gòu)了MEMS 代工廠Itzehoe GmbH (MFI) 25.5%的股權(quán)，開(kāi)始進(jìn)軍MEMS代工。

排名第八的是臺(tái)灣的VIS ，該公司是由張忠謀于1994 年12月在新竹科學(xué)園區(qū)創(chuàng)立，最初是臺(tái)積電的分包商，主要專注于DRAM和其他存儲(chǔ) IC 的生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)。2000年，VIS宣布計(jì)劃從DRAM制造商轉(zhuǎn)型為代工服務(wù)商。2019年VIS收購(gòu)了Globalfoundries的MEMS代工業(yè)務(wù)進(jìn)軍MEMS代工。

日本的索尼、羅姆也是MEMS代工領(lǐng)域的玩家，索尼能代工8英寸MEMS晶圓，羅姆能代工6英寸晶圓。

圖中M2 Fab是羅姆的6英寸MEMS晶圓代工廠

（圖源：羅姆）

值得注意的是，博世、意法半導(dǎo)體和聯(lián)華電子雖然也提供一定的代工服務(wù)，但是市場(chǎng)體量很小，年銷售額在1000萬(wàn)美元到2000萬(wàn)美元之間。這從側(cè)面反映出市場(chǎng)對(duì)他們直銷MEMS的強(qiáng)勁需求，幾乎沒(méi)有閑置產(chǎn)能。

隨著MEMS傳感器空前的需求，包括博世、SilTerra、士蘭微電子、FormFactor等在內(nèi)的MEMS廠商正在建設(shè)新的生產(chǎn)工廠，如博世宣布建設(shè)一條將于2026年開(kāi)通的 300mm MEMS工廠。但是現(xiàn)在全球各家IDM和代工廠均在大幅擴(kuò)產(chǎn)，對(duì)設(shè)備的需求也是空前，建廠進(jìn)度可能受制于設(shè)備的交貨時(shí)間等問(wèn)題。

與此同時(shí)，有一些企業(yè)開(kāi)始了并購(gòu)之路。2021年12月，賽微電子全資子公司Silex收購(gòu)了德國(guó)Elmos的200mm汽車芯片晶圓生產(chǎn)線；2021年6月，Mitsumi收購(gòu)了Omron的8英寸晶圓廠，該晶圓廠主要生產(chǎn)MEMS業(yè)務(wù)，收購(gòu)業(yè)務(wù)后，該公司表示將投資超過(guò)100億日元在該工廠建立每月約20,000片8英寸晶圓的生產(chǎn)系統(tǒng)。

MEMS未來(lái)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力主要有哪些？

從市場(chǎng)需求來(lái)看，Yole預(yù)計(jì)MEMS行業(yè)預(yù)計(jì)在5年后將突破220億美元大關(guān)，在2021年至2027年期間每年以約9%的速度增長(zhǎng)。具體到應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，通訊、生物醫(yī)療、工業(yè)汽車及消費(fèi)電子的應(yīng)用增速均非?？捎^，其中通訊領(lǐng)域的復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)25%。如果按照各細(xì)分領(lǐng)域來(lái)看，預(yù)計(jì)到2026年，10億美元以上的MEMS細(xì)分領(lǐng)域包括射頻MEMS（40.49億美元）、MEMS慣性器件（40.02億美元）、壓力 MEMS（23.62億美元）、麥克風(fēng)（18.71億美元）以及未來(lái)應(yīng)用（13.63 億美元）。

從技術(shù)方面來(lái)看，Yole認(rèn)為，當(dāng)前影響MEMS技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的三大支柱分別為：一是材料上的革命，如采用諸如氮化鋁、鋯鈦酸鉛等壓電新材料，來(lái)提升MEMS器件的功能、增強(qiáng)靈敏度，和降低能耗；二是三維（3D）集成（包括大熱的Chiplet），如MEMS 后道工藝、集成電路芯片/單芯片SoC片上系統(tǒng)的三維堆疊、12英寸MEMS產(chǎn)線的支持；三是先進(jìn)封裝，如過(guò)去前期處理（數(shù)字信號(hào)處理）、傳感器融合、無(wú)線控制器、硅通孔TSV/玻璃通孔TGV技術(shù)到現(xiàn)在埋入式軟件/算法、邊緣智能和異質(zhì)異構(gòu)集成技術(shù)。

對(duì)MEMS的強(qiáng)勁需求，使得一些MEMS代工廠的產(chǎn)能已經(jīng)排到2023年底。但Yole分析師指出，由于當(dāng)前的微觀經(jīng)濟(jì)和宏觀經(jīng)濟(jì)形勢(shì)導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)成本上升，導(dǎo)致利潤(rùn)率下降，某些MEMS器件的平均售價(jià)增加。再加上一些集成商對(duì)MEMS芯片的囤積恐導(dǎo)致的未來(lái)庫(kù)存過(guò)剩，可能導(dǎo)致2023年及以后的MEMS廠商活動(dòng)低迷。

寫在最后

過(guò)去十年間，MEMS市場(chǎng)格局主要受手機(jī)和耳機(jī)市場(chǎng)的影響，一些廠商因此沖到榜單前面，也有一些廠商被時(shí)代甩到后面。不過(guò)有一點(diǎn)直觀的是，這些MEMS玩家無(wú)論是Fabless、IDM還是Foundry，都不是僅有MEMS這一項(xiàng)業(yè)務(wù)，只依靠MEMS業(yè)務(wù)的廠商很難具備獨(dú)立存活的能力。但MEMS又如此不可或缺，好在，我國(guó)在MEMS這個(gè)領(lǐng)域這幾年的發(fā)展不錯(cuò)，如歌爾微、敏芯股份、瑞聲科技、美新、西人馬、通用微等不少中國(guó)力量正在崛起。

 來(lái)源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察