中國(guó)的MEMS行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀解析

我國(guó)MEMS行業(yè)發(fā)展的難點(diǎn)

為什么我國(guó)的MEMS行業(yè)這么落后？原因是很多的，當(dāng)然，首先第一條就是我們比別人發(fā)展的晚，ADI從1987年開(kāi)始MEMS的研發(fā)，1991年開(kāi)始MEMS傳感器的量產(chǎn)，BOSCH也從1995年開(kāi)始MEMS傳感器的量產(chǎn)；而我們上世紀(jì)90年代才剛開(kāi)始集成電路的產(chǎn)業(yè)化，中芯國(guó)際是2000年才成立的，2010年前后才開(kāi)始MEMS行業(yè)的發(fā)展。

除了起步晚的原因，我想如下幾點(diǎn)也在制約我國(guó)MEMS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展：

（1）跨學(xué)科培養(yǎng)體制

MEMS雖然側(cè)重于超精密機(jī)械加工，但它涉及微電子、材料、力學(xué)、化學(xué)、機(jī)械學(xué)諸多學(xué)科領(lǐng)域，它的學(xué)科面涵蓋微尺度下的力、電、光、磁、聲、表面等物理、化學(xué)、機(jī)械學(xué)的各分支。舉例而言，如果要設(shè)計(jì)MEMS麥克風(fēng)去取代傳統(tǒng)的駐極體麥克風(fēng)，需要設(shè)計(jì)MEMS音腔，這是聲學(xué)的范疇；需要設(shè)計(jì)振膜，這是材料學(xué)的范疇；當(dāng)然，還需要懂微電子學(xué)去把MEMS麥克風(fēng)設(shè)計(jì)出來(lái)，并了解微電子加工工藝，知道如何設(shè)計(jì)才能更好更快成本更低的加工出來(lái)。同樣，設(shè)計(jì)MEMS執(zhí)行器要懂馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)MEMS光學(xué)器件要懂光學(xué)，設(shè)計(jì)氣味傳感器要懂化學(xué)等等。簡(jiǎn)而言之，MEMS產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)需要跨多個(gè)學(xué)科的復(fù)合型人才，但我國(guó)目前的分學(xué)科培養(yǎng)體制很難培養(yǎng)出大量?jī)?yōu)秀的復(fù)合型人才。

（2）充足的研發(fā)線支持

MEMS產(chǎn)品與一般的集成電路產(chǎn)品不同，因?yàn)樯婕暗綇?fù)雜的微機(jī)械結(jié)構(gòu)，且沒(méi)有一般集成電路設(shè)計(jì)中成熟的第三方EDA工具可以使用來(lái)做仿真，現(xiàn)實(shí)中需要設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合，制造端已有的工藝路線在很大程度上決定了MEMS芯片的設(shè)計(jì)路線，而MEMS芯片的設(shè)計(jì)路線又需要對(duì)制造端的工藝模塊進(jìn)行重組和調(diào)試， 以實(shí)現(xiàn)芯片所需達(dá)到的功能和可靠性要求，否則設(shè)計(jì)出來(lái)的MEMS結(jié)構(gòu)很可能無(wú)法在現(xiàn)有的半導(dǎo)體加工工藝下達(dá)到量產(chǎn)或者保證高良率。此外，不同傳感器類型擁有不同機(jī)械特性，使得一種工藝路線只能對(duì)應(yīng)一種傳感器。因此，MEMS芯片的研發(fā)企業(yè)必須同時(shí)進(jìn)行芯片和工藝的研發(fā)，在晶圓代工廠缺乏成熟工藝的情況下，需要與代工廠共同開(kāi)發(fā)工藝，或是對(duì)代工廠的工藝模塊進(jìn)行重新組合和調(diào)試，因此 MEMS芯片研發(fā)和量產(chǎn)的難度相對(duì)較高，所需時(shí)間也較長(zhǎng)。

一般來(lái)說(shuō)，MEMS芯片設(shè)計(jì)者以DOE （Design of Engineering）的形式去晶圓廠投片，拿回樣品測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果修正自己的架構(gòu)設(shè)計(jì)或材料設(shè)計(jì)等，然后再去投DOE，往往要幾個(gè)來(lái)回之后才能得到令人滿意的設(shè)計(jì)結(jié)果。期間如果不能得到晶圓廠的大力配合，DOE的時(shí)間和質(zhì)量都不能令人滿意，會(huì)大大拖慢開(kāi)發(fā)的周期和產(chǎn)品迭代的進(jìn)度。尤其在目前我國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)火爆的情況下，國(guó)內(nèi)的晶圓廠基本都處在滿產(chǎn)狀態(tài)，這時(shí)候再騰出一部分產(chǎn)能去支持MEMS設(shè)計(jì)公司的DOE流片更是難上加難，也讓MEMS設(shè)計(jì)公司新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的日子越來(lái)越難。

舉個(gè)例子，我投資了一家MEMS actuator公司MEMS Drive，全球第一家采用MEMS技術(shù)進(jìn)行五軸光學(xué)防抖（OIS）的公司，MEMS actuator可以將CIS芯片進(jìn)行上、下、左、右和旋轉(zhuǎn)五個(gè)方向的移動(dòng)來(lái)達(dá)到光學(xué)防抖的效果，比目前的音圈馬達(dá)防抖方案會(huì)速度更快，功耗更低，效果更好。

圖：基于MEMS Drive芯片的光學(xué)防抖模組

MEMS actuator的結(jié)構(gòu)由眾多梳齒狀電容和懸臂梁構(gòu)成，加工工藝非常復(fù)雜，但由于種種原因，一開(kāi)始和晶圓代工廠的合作不是特別順利，生產(chǎn)工藝的開(kāi)發(fā)比較緩慢，要3個(gè)多月的時(shí)間才能得到一版DOE的樣品，且質(zhì)量不能得到保證，一年下來(lái)設(shè)計(jì)人員沒(méi)能有幾次機(jī)會(huì)修改MEMS架構(gòu)的設(shè)計(jì)，使得公司的研發(fā)進(jìn)度大大低于預(yù)期。

圖：MEMS Drive的MEMS OIS芯片

MEMS Drive目前采用雙代工廠的策略，同時(shí)和兩家世界優(yōu)秀的MEMS晶圓代工廠合作，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)近期取得了飛速進(jìn)展。

因此，如果可以不依靠規(guī)?；慨a(chǎn)的晶圓代工廠，有專門為研發(fā)而設(shè)計(jì)的中試線，那將必然加快研發(fā)的進(jìn)度和產(chǎn)品的迭代，對(duì)我國(guó)MEMS產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步有著至關(guān)重要的作用。不少有遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)的產(chǎn)業(yè)從業(yè)者已經(jīng)在積極的進(jìn)行中試線的部署，蘇州納米所的中試線，上海微系統(tǒng)所的中試線，杭州臨安青山湖的MEMS中試線等，這些都是非常好的布局，必然會(huì)對(duì)本土的MEMS設(shè)計(jì)公司起到非常大的助力作用。

（3）本土化的MEMS供應(yīng)鏈

毋庸置疑，集成電路產(chǎn)業(yè)是要靠整個(gè)供應(yīng)鏈的發(fā)展才能起飛的，我國(guó)近20年來(lái)芯片設(shè)計(jì)行業(yè)的飛速發(fā)展也正是因?yàn)橹行緡?guó)際、華宏宏力、長(zhǎng)電科技、通富微電、華天等供應(yīng)鏈公司的成長(zhǎng)和壯大。同樣的道理，我國(guó)MEMS產(chǎn)業(yè)要想得到長(zhǎng)足的發(fā)展，在我國(guó)本土必須有非常強(qiáng)大和成熟的本土供應(yīng)鏈做支撐才可以，而這個(gè)正是我國(guó)MEMS產(chǎn)業(yè)的軟肋所在。中國(guó)MEMS產(chǎn)業(yè)在2010年前后才逐漸起步，過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間，國(guó)內(nèi)缺乏系統(tǒng)、完整的MEMS生產(chǎn)體系，無(wú)法為本土的MEMS設(shè)計(jì)公司提供供應(yīng)鏈支持，成為制約中國(guó)MEMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大障礙。

而說(shuō)到MEMS中國(guó)本土供應(yīng)鏈，不得不提的一家公司就是蘇州敏芯，它是中國(guó)MEMS產(chǎn)業(yè)的先驅(qū)者，也是華登在中國(guó)投資的第一家MEMS芯片公司。經(jīng)過(guò)多年研發(fā)、試制、規(guī)?；蜕虡I(yè)化的運(yùn)營(yíng)，蘇州敏芯完成了現(xiàn)有MEMS傳感器產(chǎn)品芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝和測(cè)試環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)研發(fā)工作，并將形成的各生產(chǎn)環(huán)節(jié)技術(shù)導(dǎo)入國(guó)內(nèi)的晶圓制造和封裝廠商，幫助其開(kāi)發(fā)了專業(yè)的MEMS產(chǎn)品生產(chǎn)加工工藝，實(shí)現(xiàn)了本土化生產(chǎn)體系的搭建。毫不夸張的說(shuō)，蘇州敏芯憑借一己之力承擔(dān)起我國(guó)MEMS產(chǎn)業(yè)鏈本土化的重任。

圖 蘇州敏芯三位創(chuàng)始人在創(chuàng)業(yè)之初的合影

這是華登中國(guó)總經(jīng)理黃慶博士2007年在蘇州敏芯成立之初拜訪時(shí)所拍的照片，三位創(chuàng)始人用自制的簡(jiǎn)陋的試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行MEMS器件的腐蝕工藝。雖然在2007年我們就開(kāi)始關(guān)注蘇州敏芯，黃慶博士對(duì)敏芯創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)的專業(yè)、執(zhí)著和堅(jiān)持一直贊不絕口，但直到2012年下半年我們才決定對(duì)敏芯進(jìn)行投資。事后問(wèn)起黃慶博士，即使是在2012年，敏芯也只有區(qū)區(qū)200萬(wàn)人民幣的銷售額，是什么讓他在那時(shí)做了投資的決定？我記得他就說(shuō)了五個(gè)字“產(chǎn)業(yè)化能力”。復(fù)盤一下，確實(shí)如此。

敏芯2007年成立于蘇州工業(yè)園區(qū)，創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)只能在自己簡(jiǎn)陋的實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行工藝的開(kāi)發(fā)；2008年，有幸利用蘇州納米所的4寸中試線進(jìn)行產(chǎn)品和工藝開(kāi)發(fā)，技術(shù)逐漸成型，MEMS生產(chǎn)工藝的摸索逐漸成熟，但4寸線終究無(wú)法滿足市場(chǎng)化的量產(chǎn)需求；2009年，終于有機(jī)會(huì)和中芯國(guó)際成都廠（成芯）共同開(kāi)發(fā)基于8寸線的MEMS量產(chǎn)工藝，但隨著成芯在2010年賣給美國(guó)TI之后，合作也無(wú)疾而終；之后幸虧因?yàn)閲?guó)家02專項(xiàng)的支持，蘇州敏芯開(kāi)始在華潤(rùn)上華導(dǎo)入MEMS生產(chǎn)工藝，終于在2011年華潤(rùn)上華的MEMS工藝逐漸成熟，可以大規(guī)模量產(chǎn)MEMS wafer。又經(jīng)過(guò)一年在MEMS封裝廠的封裝工藝導(dǎo)入，敏芯的MEMS產(chǎn)品在2012年終于在中國(guó)本土的供應(yīng)鏈上進(jìn)行大規(guī)模量產(chǎn)，這對(duì)中國(guó)的MEMS產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)都是里程碑式的事件。蘇州敏芯在2018年已經(jīng)達(dá)到2.5億的收入，5000多萬(wàn)凈利潤(rùn)，華潤(rùn)上華至今仍是敏芯最重要的晶圓廠合作伙伴，同樣，敏芯也一直是華潤(rùn)上華最大的MEMS芯片客戶。

一波三折的經(jīng)歷現(xiàn)在看起來(lái)可能平淡無(wú)奇，但MEMS技術(shù)若想在中國(guó)形成一個(gè)產(chǎn)業(yè)，成熟的中國(guó)本土供應(yīng)鏈將是必不可少的基石，也是對(duì)我國(guó)MEMS產(chǎn)業(yè)奮起直追國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)者最強(qiáng)有力的支撐。感謝敏芯的貢獻(xiàn)，感謝02專項(xiàng)，感謝這個(gè)時(shí)代！

表 MEMS芯片與集成電路芯片的比較

4.華登對(duì)MEMS對(duì)投資和展望

坦白說(shuō)，相比于對(duì)一般集成電路產(chǎn)業(yè)的投資，對(duì)MEMS產(chǎn)業(yè)的投資要難的多，原因上面已經(jīng)說(shuō)了很多。但MEMS行業(yè)對(duì)一個(gè)國(guó)家來(lái)說(shuō)是戰(zhàn)略性行業(yè)，沒(méi)有其他任何一個(gè)行業(yè)能在納米級(jí)和微米級(jí)做微型機(jī)械產(chǎn)品，MEMS 水平代表了一個(gè)國(guó)家的核心工業(yè)實(shí)力?；贛EMS產(chǎn)品在工業(yè)、汽車、射頻通信、航空航天、物聯(lián)網(wǎng)等戰(zhàn)略領(lǐng)域的獨(dú)特地位，以及這些應(yīng)用所帶來(lái)的行業(yè)高增長(zhǎng)，MEMS又是不能被忽視的投資領(lǐng)域，華登在中國(guó)已經(jīng)進(jìn)行了一些嘗試。

圖 華登在中國(guó)投資的一部分MEMS芯片公司

隨著中國(guó)本土MEMS供應(yīng)鏈的不斷成熟，我國(guó)的MEMS產(chǎn)業(yè)應(yīng)該說(shuō)具備了飛速發(fā)展的基礎(chǔ)；此時(shí)，希望有一批領(lǐng)先的中國(guó)MEMS芯片設(shè)計(jì)企業(yè)可以盡快登陸資本市場(chǎng)，用“財(cái)富效應(yīng)”來(lái)吸引更多的市場(chǎng)化資本進(jìn)入這個(gè)行業(yè)，吸引更多優(yōu)秀的創(chuàng)業(yè)者從事MEMS領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)，也能吸收更多的優(yōu)秀學(xué)子進(jìn)入這個(gè)行業(yè)，形成人、財(cái)、物正向流入的良性循環(huán)，不要再讓MEMS專業(yè)的畢業(yè)生畢業(yè)就失業(yè)的故事重演。

華登中國(guó)團(tuán)隊(duì)也會(huì)一如既往的支持優(yōu)秀的創(chuàng)業(yè)者在中國(guó)的MEMS行業(yè)披荊斬棘、一往無(wú)前！