2016年全球MEMS產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀解析 - 全文

　　在殘酷的商業(yè)化競爭中，中國MEMS企業(yè)快速成長；利潤下滑和新應(yīng)用出現(xiàn)，如何才能在MEMS產(chǎn)業(yè)中挖掘更多價值？

　　MEMS產(chǎn)業(yè)的未來將何去何從？

　　過去幾年，MEMS市場發(fā)展進(jìn)入“黃金時代”，以智能手機(jī)為代表的消費電子產(chǎn)品大幅拉升MEMS器件的出貨量。然而，現(xiàn)在似乎已經(jīng)進(jìn)入不確定時代。智能手機(jī)/便攜式應(yīng)用市場已經(jīng)接近飽和，這意味著MEMS市場增速比前幾年減緩。Yole預(yù)計2015~2021年全球MEMS市場的復(fù)合年增長率（CAGR）為8.9%，將從119億美元增長到200億美元。同期全球MEMS出貨量的復(fù)合年增長率為13%。

　　2015~2021年全球MEMS市場預(yù)測

　　消費類應(yīng)用不再是MEMS產(chǎn)業(yè)的金礦……

　　對于MEMS廠商來說，消費類市場極具挑戰(zhàn)性。雖然出貨量仍然在增長，但是該市場的競爭越來越殘酷。傳感器，如MEMS麥克風(fēng)、慣性傳感器、壓力傳感器和氣體傳感器等，在智能手機(jī)中的應(yīng)用正呈“蔓延”之勢，但是這些傳感器的利潤率非常低。與此同時，終端用戶從一家MEMS廠商切換至另一家廠商也較為容易，所以雙方建立的業(yè)務(wù)關(guān)系有時候很短暫，這也使得MEMS廠商經(jīng)?！靶捏@膽戰(zhàn)”。此外，智能手機(jī)之后，我們還沒看到量大的應(yīng)用能成為MEMS市場的短期增長驅(qū)動力：

　　- 如今，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）仍然是一個小眾市場，應(yīng)用領(lǐng)域還沒出現(xiàn)大量的MEMS傳感器需求。

　　- 可穿戴設(shè)備應(yīng)用看起來是非常有前景的消費市場，然而出貨量還不多。

　　……但是，其它市場還有一些豐富的“寶藏”等待挖掘

　　工業(yè)、醫(yī)療和汽車領(lǐng)域還在提供增長和盈利的能力。汽車產(chǎn)業(yè)對傳感器需求旺盛，如今每輛汽車平均集成20個MEMS傳感器，并且自動駕駛汽車也加大了對MEMS的需求。醫(yī)療領(lǐng)域的長期研發(fā)積累發(fā)現(xiàn)了新的市場機(jī)遇，包括應(yīng)用于醫(yī)療微泵的硅基微流控芯片，如2015年Debiotech公司的營收顯著增長。工業(yè)和國防市場也為高端和高利潤MEMS器件提供了新的機(jī)遇，如慣性傳感器和壓力傳感器。

　　而中國正在騰飛

　　我們首次在《MEMS產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀》年度系列報告中，利用完整的一個章節(jié)介紹中國MEMS產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀。中國產(chǎn)業(yè)正從“中國制造”向“中國創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變。一方面，Silex正在北京亦莊建設(shè)一條新的8英寸MEMS代工線；另一方面，中國MEMS企業(yè)正在努力提高多種產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，包括MEMS麥克風(fēng)、壓力傳感器、慣性傳感器、磁傳感器、微測輻射熱計和微流控芯片，使其具有全球競爭力。中國MEMS產(chǎn)業(yè)保持穩(wěn)步增長勢頭，并且有望在未來十年孕育出產(chǎn)業(yè)巨頭。

　　企業(yè)如何解決MEMS商業(yè)化悖論？

　　過去五年中，MEMS產(chǎn)業(yè)主要由消費類電子驅(qū)動發(fā)展，MEMS出貨量不斷攀升。同時，MEMS器件尺寸也不斷減小，價格不停下跌，利潤逐漸萎縮，使得MEMS企業(yè)的日子越來越難過，“舒適度”急劇下降。這就是所謂的MEMS商業(yè)化悖論：MEMS市場爆發(fā)→MEMS出貨量增長→MEMS價格下跌→MEMS利潤萎縮→MEMS企業(yè)難以盈利。那么，如何解決這個悖論呢？

　　2000~2020年MEMS產(chǎn)品單價下降趨勢

　　- “生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施”途徑：與其它應(yīng)用產(chǎn)品共用生產(chǎn)線，降低制造成本，如汽車和消費類產(chǎn)品；或者改進(jìn)工藝，降低成本，如CMOS MEMS工藝。

　　- “價值創(chuàng)造”途徑：創(chuàng)造新型MEMS器件，如氣體傳感器；傳感器融合，形成組合傳感器；集成更多軟件功能，改進(jìn)傳感器輸出。CMOS圖像傳感器（CIS）產(chǎn)業(yè)就是一個很好的例子，通過增加像素和芯片尺寸來解決商業(yè)化悖論，由于高質(zhì)量成像（照片）使得客戶愿意為價格買單。

　　解決MEMS商業(yè)化悖論的途徑

　　“價值創(chuàng)造”與嵌入式軟件功能密切相關(guān)，能夠為系統(tǒng)集成商提供更多的高級功能，提高M(jìn)EMS產(chǎn)品的附加值。展望未來，MEMS器件發(fā)展必須從系統(tǒng)應(yīng)用的定義開始，開發(fā)具有軟件融合功能的智能傳感器，并且降低功耗。

　　過去和未來MEMS產(chǎn)業(yè)驅(qū)動閉環(huán)

　　做好準(zhǔn)備，未來MEMS集成新方向！

　　我們認(rèn)為，MEMS產(chǎn)業(yè)正向多傳感器（現(xiàn)有的和新興的傳感器）集成方向前進(jìn)，形成三大類組合傳感器。實際上，這三類集成傳感器已有雛形：密閉封裝（Closed Package）組合傳感器、開放腔體（Open Cavity）組合傳感器、光學(xué)窗口（Open-eyed）組合傳感器。

　　三種MEMS組合傳感器封裝方式

　　密閉封裝組合傳感器是簡單且發(fā)展較為成熟的，主要是慣性傳感器，如多軸加速度計、陀螺儀和磁力計。該類傳感器主要感測運動，必須密閉，以避免外界環(huán)境對傳感器的干擾，如濕度、顆粒物等。未來，也可能集成其它傳感器。但我們認(rèn)為，大多數(shù)應(yīng)用將使用六軸或九軸慣性傳感器，可能外加一顆加速度計，以提供電源管理，保證低功耗的永遠(yuǎn)在線（always-on）功能。21世紀(jì)初，美新（MEMSIC）和意法半導(dǎo)體（ST）最先將加速度計推到手機(jī)中，使得慣性組合傳感器成為最成熟、最常用的集成器件。對于加速度計和陀螺儀，集成是在硅片上實現(xiàn)的，并通過系統(tǒng)級封裝（SiP）將專用集成電路（ASIC）和磁力計集成在一起。目前發(fā)展趨勢是：硅片上實現(xiàn)更多集成；系統(tǒng)級封裝實現(xiàn)不太適合在硅片上集成（原因是成本高）的芯片。

　　開放腔體組合傳感器需要與外界聯(lián)通以感知環(huán)境信息。例如，壓力傳感器可以和濕度傳感器、氣體傳感器集成。但是，如果將它們與慣性傳感器集成，將會有重大挑戰(zhàn)。因為兩類傳感器之間存在潛在的串?dāng)_，開放腔體造成環(huán)境濕氣和顆粒物進(jìn)入封裝，從而引起慣性傳感器工作異常。但是可以借鑒MEMS麥克風(fēng)的解決方案，它既需要開孔，又需要避免外界環(huán)境對MEMS可動結(jié)構(gòu)的影響。所以，我們認(rèn)為MEMS麥克風(fēng)先將和壓力傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器集成。這將形成一種非常重要的組合傳感器，能夠理解我們周圍的環(huán)境狀況。這些傳感器的集成主要采用系統(tǒng)級封裝，因為大部分傳感器采用不同的制造工藝，在單片硅晶圓上的集成成本過高。然而，你永遠(yuǎn)不知道創(chuàng)新將帶來什么。新的技術(shù)，如Vesper的壓電薄膜MEMS麥克風(fēng)技術(shù)，可能被應(yīng)用到壓力傳感器，頗具潛在機(jī)遇。

　　第三類是光學(xué)窗口組合傳感器。攝像頭（圖像傳感器）是手機(jī)中最昂貴的傳感器模組，也是手機(jī)的重要賣點。目前，每年升級的攝像頭主要是拍攝照片，但是光學(xué)感測功能潛力更大。許多波長正在被“開發(fā)利用”，以實現(xiàn)人臉和虹膜識別、3D地圖、測距、紅外和多光譜成像。當(dāng)然，未來還需要新的硬件研發(fā)。手機(jī)中逐漸形成兩個光學(xué)窗口組合傳感器，包括前置和后置的圖像傳感器，也將集成現(xiàn)有的光學(xué)傳感器，如接近傳感器、環(huán)境光傳感器和3D景深傳感器等。光學(xué)窗口組合傳感器需要將硅結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，包括為應(yīng)用定義合適的光電二極管。但是大多數(shù)采用系統(tǒng)級封裝集成IC、圖像感測芯片、光學(xué)器件、自動對焦和圖像穩(wěn)定。組合傳感器/模組才剛剛興起，這意味著攝像頭從圖像采集轉(zhuǎn)移到感測功能正在“路上”。我們相信實際發(fā)展將大大快于預(yù)期。

　　近期值得注意的是密閉封裝組合傳感器。由于慣性傳感器的價值已經(jīng)嚴(yán)重下滑，從分立傳感器轉(zhuǎn)向組合傳感器，但是三軸分立傳感器，甚至六軸組合傳感器的價格已經(jīng)非常低了?，F(xiàn)在，傳感器的價值來源于“功能”，包括實現(xiàn)該功能的軟件。MEMS企業(yè)必須要清楚地知道他們賣什么：僅僅是傳感器，還是功能？僅僅賣傳感器的話，保持長期盈利能力是比較困難的。