MEMS的工作原理是将输入的物理信号通过传感器转化为电信号,经信号处理后最终由执行器与外界产生作用。MEMS传感器产业链分为设计研发、生产制造、封装测试、系统应用四个环节。
(1)上游
上游包括原材料,芯片设计等环节,其中MEMS传感器材料分半导体材料,陶瓷材料,金属材料和有机材料四大块。
在设计研发方面,MEMS将产品的工艺流程、机电结构、包括封装和测试在内的验证相互交联在一起,往往需要数年时间完成多个设计闭环才能量产。
(2)中游
中游主要为MEMS传感器的制造,一般由芯片设计企业完成设计后交由第三方晶圆厂制造,MEMS对半导体制程的先进与否并不敏感,基础材料的属性是决定产品性能的根本因素,生产工艺会影响产品的精度及良率。此外MEMS行业还存在博世、意法半导体等大型IDM厂商。
MEMS加工工艺与传统的IC工艺有许多相似之处,如光刻、薄膜沉积、掺杂、刻蚀、化学机械抛光工艺等,但是有些复杂的微结构难以用IC工艺实现,必须采用微加工技术制造。
MEMS传感器生产制造有IDM和Fabless两种模式,国际大厂以IDM为主。
封装方面,MEMS通常分为芯片级、器件级和系统级封装三个层次,大多采用非标准工艺,由传统IC封装企业代工,封装的成本能占到总成本的40%以上;测试方面,MEMS与集成电路相比要求更高、测试的复杂程度更大,测试方法因MEMS传感器的种类而有差别,各厂商通常采用自研方法进行测试,封测成本通常能占到总成本的一半以上。
(3)下游
MEMS传感器下游广泛应用于汽车,通信,消费电子,工业产品等产业。
汽车电子方面,传感器需求日益提升,国产化需求迫切。据前瞻经济学人数据,传统汽车传感器装备数量至少90个;据四川省汽车产业协会的数据,目前平均每辆汽车装配24个MEMS传感器,高档汽车中搭载约25-40,甚至上百个MEMS传感器;其中应用较多的是加速度、压力传感器及陀螺仪等传感器。根据Wind数据,目前国内汽车行业中车用芯片自研率低于10%,90%以上的汽车芯片都必须依赖从国外进口,汽车核心芯片国产化的需求较为迫切。
来源:投研锋向