原创 比芯片还落后！中国千万别再错过MEMS了！

过去，我们错过了芯片，华为等公司被卡脖子陷入无芯可用的境地，惨痛教训就在眼前。

如今，有一项新技术，在全球风头正劲，正在蓬勃发展，被誉为21世纪最有革命性的高新技术，这项技术就是——MEMS。

错过了芯片，我们中国再也不能错过MEMS了！

明天开始（11月11-12日），第二届传感器与应用技术大会举行，将有更多中国传感行业前沿信息分享，详情参看《第二届传感器与应用技术大会11月11日深圳开幕》

MEMS有多重要？华为也曾被卡住！

说起MEMS，可能大家都没有太多概念，对MEMS的重要性也没有清楚的认识。

在今年“遥遥领先”的Mate 60 手机之前，华为曾发布了P50等多台只能使用4G 网络的旗舰手机。华为能设计出自己的5G芯片，但华为手机却不能使用5G只能用4G，为什么？因为没有国产的5G射频前端模组。

一个射频前端模组由滤波器、低噪声放大器、功率放大器、射频开关等器件组成，其中滤波器是射频前端中最重要的分立器件，滤波器的工艺就是MEMS，在射频前端模组中占比超过50%，主要由村田制作所等国外公司生产。

而随着MEMS的渗透，现在射频开关也正在逐渐采用MEMS工艺。

每年数十亿颗！无处不在的MEMS

5G MEMS 滤波器在智能手机上的重要性，仅是MEMS应用的冰山一角，今天我们所使用的一切智能电子产品，基本都有MEMS的身影。最典型的例子，就是我们身边的手机，搭载了大量的MEMS器件。

我们旋转手机，视频就会跟着转成横屏/竖屏，这是MEMS加速度传感器在工作；我们转动、移动手机，游戏里的人物就会跟着运动，这是MEMS陀螺仪+加速度传感器在工作；我们说Hey Siri、小爱同学、小度小度……手机就会说我在，有什么事？这是MEMS麦克风在工作。

没有MEMS，你就用不上这么智能的手机！

随着技术发展，4G时代，为我们带来了在线流媒体，直播、短视频等互联网经济触及到我们每个人，因此大量高制程的芯片被需求，带来芯片热。

现在，进入5G时代，万物互联将所有人与物联系在一起，逐渐步入物联网时代，元宇宙也成为可能，除了计算核心芯片，MEMS器件也将被大量使用，为万物带来感知能力。

从纳米尺度的原子力显微镜尖端，到具有数百万个可运动反射镜的数字投影芯片，从汽车、医疗、手机、VR/AR到航天航空领域，市场上的MEMS器件令人眼花缭乱。

▲市面上各种各样的MEMS器件（来自Yole）

MEMS已经广泛应用于喷墨打印机喷嘴、医疗诊断微流控器件，以及我们常用的移动设备中的MEMS麦克风、加速度计、陀螺仪、振荡器和FBAR滤波器等。

据知名咨询企业Yole的数据披露，现在，全球每年生产数十亿颗MEMS器件，到 2026 年，全球 MEMS 市场价值将超过 1220 亿美元， 复合年增长率达到了11.3% ！

可以说，MEMS无处不在！并且还在蓬勃发展！

什么是MEMS？

MEMS如此重要，那什么是MEMS？

根据百科的解释，MEMS是：

微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System），也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。主要用作各种传感器，以测量加速度、角速度、压力、位移、流量、电量、磁场、红外、温度、气体成分、湿度、PH值、离子浓度、生物浓度、触觉等。

直观点说，MEMS就是一种在极小尺寸下（一般是微米甚至纳米范畴）做出我们日常所见的管道、齿轮、悬臂等机械结构的工艺。

当然，这里只是简单的说明，事实上现在的MEMS产品包罗万象，如马达、泵、陀螺仪、反射镜面等机械装置，用MEMS的方式也能做出来，内部可能包括通道、孔、悬臂梁、膜、腔体等结构。

MEMS融合了微电子加工工艺和精密机械加工等技术，涉及微电子、机械、材料、力学、化学甚至生物学等诸多科学领域。

MEMS叫做微机电系统，有多微？看下图，螨虫与用MEMS工艺做出的机械齿轮结构对比，与MEMS齿轮相比，螨虫就如同奥特曼的怪兽一般巨大。

是不是很不可思议？

下图是一颗封装后的MEMS麦克风，传统的机械麦克风一般有手指头大，而用MEMS工艺最终做出的麦克风比手指盖还小。

在MEMS麦克风的内部结构上，与传统麦克风原理是一致的，声音通过空气传递到达麦克风的薄膜，带动薄膜振动，从而将声压转变为电信号。

▲MEMS底层薄膜随声波震动（来自欧姆龙）

因此，MEMS将小做到了极致，这是一个起点，科学家的想法是，未来我们一切所见到的机械工艺，都可能通过MEMS做出来，随之带来的是高集成度、低功耗、可规模化量产等等优势。

目前，在汽车、医疗、消费电子等中高端传感器市场里，MEMS大概占据60%-70%的市场规模，传统传感器占据大概30%-40%的市场规模，发展趋势是MEMS能够对传统传感器进行替代的场景都会进行替代。

我国MEMS现状，比芯片还落后！

从上文我们可以看到，MEMS传感器是基于传统传感器的原理发展的，基本原理并无太大差别，早已在教材上躺了几十年。

MEMS最重要的是怎么做出来，怎么量产，做出来之后好不好用，因此，工艺和材料才是最重要，这也是MEMS IDM厂商、代工厂商极具价值的原因。

目前，在全球MEMS IDM&代工领域，我国大陆本土，仅有中芯集成（SMEC）一家厂商能进入全球前列，赛微电子旗下Silex主要产能在瑞典，北京产线仍处于产能爬坡阶段，这与集成电路芯片领域的中芯国际（全球第5）、华虹集团（全球第6）、晶合集成（全球第10）等相差甚远。

▲来源：Yole，赛微电子

在全球MEMS企业TOP 30名单中，2023年我国共有6家企业进入，分别是歌尔微电子（Goermicro，排名9），瑞声科技（AAC，排名23），赛微电子全资子公司Silex Microsystems（排名26），台积电（TSMC，排名27），海康威视（Hikvision，排名29），睿创微纳（Iray，排名30）。

在大陆本土的企业仅有歌尔微、瑞声、海康威视、睿创微纳四家，且除了歌尔微进入勉强守住前10外，其他企业排名均靠后。

并且，歌尔微电子、瑞声科技的MEMS Die（裸片）主要采购自英飞凌等国外企业，自主设计、生产比例较低。

你知道这样有多大影响吗？

据此前歌尔微电子招股书显示，歌尔微电子2020年MEMS业务营收31.47亿元，其中近50%收入，约15亿元，要缴付给英飞凌购买其MEMS Die。

在歌尔和瑞声身上也折射了中国传感器产业面临的严峻问题，目前中国MEMS行业内主要采购英飞凌等厂商的 MEMS Die（裸片）和 ASIC芯片 来进行封装，这也是国内大部分MEMS企业利润率低下、缺乏竞争力的根本原因。

▲来源：Yole

MEMS技术自20世纪80年代末开始受到世界各国的广泛重视，我国的MEMS产业起步较晚，一般认为从2010年前后我国的MEMS产业才有了雏形。

现在MEMS主流技术途径分别被美国、德国、日本掌握着，分别是：

以美国为代表的以集成电路加工技术为基础的硅基微加工技术；

以德国为代表发展起来的利用X射线深度光刻、微电铸、微铸塑的LIGA技术；

以日本为代表发展的精密加工技术，如微细电火花EDM、超声波加工技术。

目前，除少数领域外，中高端传感器已完成MEMS化，而我国近90%以上的中高端MEMS传感器芯片，需要向国外采购。

这一比例，远低于我国芯片自给率，根据IC Insights的数据，2021年中国IC市场规模1865亿美元，而中国大陆IC产量为312亿美元，自给率约为16.7%，我国MEMS器件自给率10%不到。

许多MEMS器件，我国并没有成熟的生产能力，譬如前文提到的MEMS滤波器。

在投影机当中，最核心的芯片叫做DMD，这种芯片就是一种MEMS器件，全世界只有美国的TI（德州仪器）可以生产。

DMD技术也称为"数字光线处理技术"。通过数字信息控制数十万到上百万个微小的反射镜，将不同数量的光线投射出去。每个微镜的面积只有16×16微米，微镜按矩阵行列排布，每个微镜可以在二进制0/1数字信号的控制下做正10度或负10度的角度翻转。

如果美国禁止这种芯片出口，那么台湾的扬明、台达等投影机引擎企业都要歇菜，世界上所有投影机都得想办法再用回液晶这种昏暗的投影技术。

▲TI的DMD芯片

第三次浪潮之巅，MEMS我们还有机会！

与芯片产业相比，MEMS产业发轫较晚，MEMS 起源可追溯至 20 世纪 50 年代，但MEMS 产业真正发展始于 20 世纪 80 年代，目前，全球整个MEMS产业正处于第三次浪潮爆发期。

MEMS第一次产业浪潮是20 世纪 80 年代至 90 年代：汽车行业的快速发展，汽车电子应用如安全气囊、制动压力、轮胎压力监测系统等需求增长，巨大利润空间驱使欧洲、日本和美国的企业大量生产 MEMS，推动了 MEMS 行业发展的第一次浪潮。

MEMS第一次产业浪潮是20 世纪 90 年代末至 21 世纪初：本阶段早期，喷墨打印头和微光学器件的巨大需求促进了 MEMS 行业的发展。而 2007 年后，手机、小家电等消费电子产品对 MEMS 的强劲需求，掀起了 MEMS 行业发展的第二次产业化浪潮。

MEMS第一次产业浪潮是2010 年并持续至今：产品应用的扩展，使 MEMS 行业呈现新的趋势。MEMS 产品逐步应用于物联网、可穿戴设备等新领域，应用场景日益丰富，正渐渐覆盖人类生活的各个维度。此外，MEMS 是当前移动终端创新的方向，新的设备形态（如可穿戴设备）需要更加微型化的器件和更为便捷的交互方式。

因此，全球MEMS产业还处于第三次产业浪潮爆发期，尚未形成成熟的市场竞争格局。

同时，借着“芯片危机”的东风，我国对MEMS、传感器产业也前所未有的重视，已出台许多政策。

歌尔、瑞声等中国MEMS头部企业，已加大自研MEMS芯片研发投入力度，近几年我国MEMS产业发展速度明显加快。

结语

MEMS器件非常重要，是21世纪最具革命性的高新技术，将在消费电子、医疗、汽车、航天航空等许多领域带来创新改变。

经过多年发展，我国虽已形成了设计、生产制造、封装测试、系统集成的完整产业链条，但产业整体仍然相对落后。

然而全球MEMS产业尚未进入成熟期，仍处于第三次发展浪潮中，能否随着这股浪潮将我国MEMS产业带动发展起来，就看我们能否抓住这个机会了。

目前，MEMS产业被写入国家“十四五”规划当中，全国各地多条MEMS产线/中试线动工建设，一批杰出的传感企业正在进行高端MEMS器件的本地化设计、制造和生产，MEMS产业的中国力量正在崛起！

错过了芯片，中国不能再错过MEMS了！