MEMS，中國半導體的另一個(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傳感器和執行器已成為日常生活的一部分，2021年對于MEMS公司來(lái)說(shuō)是不平凡的一年，這一年大多數MEMS廠(chǎng)商迎來(lái)了可觀(guān)的增長(cháng)。

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

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

2021年全球前30 MEMS廠(chǎng)商排名

近日，知名研究機構Yole發(fā)布了2021年全球MEMS廠(chǎng)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、臺積電。這些廠(chǎng)商中包括IDM、Fabless和代工廠(chǎng)各種類(lèi)型的廠(chǎng)商。

2021年MEMS供應商收入排名

（百萬(wàn)美元）（來(lái)源：Yole）

注釋?zhuān)壕G色虛線(xiàn)框是IDM廠(chǎng)商、藍色虛線(xiàn)框是純代工廠(chǎng)、其余為Fabless廠(chǎng)商

可以看出，幾乎所有企業(yè)都呈現出穩定的增長(cháng)勢頭。博世和博通繼續是MEMS的領(lǐng)導者，其業(yè)務(wù)和增長(cháng)都非常出色，博世受益于汽車(chē)MEMS產(chǎn)品的應用，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(zhù)手機頻率的增加和5G的引進(jìn)，對射頻MEMS傳感器的需求還將進(jìn)一步增長(cháng)，同時(shí)收益于RF MEMS傳感器的廠(chǎng)商還有Skyworks。

TDK幾年前通過(guò)收購InvenSense進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)，2021年TDK增長(cháng)迅速，其中，TDK子公司Tronics 在2022財年實(shí)現了50%的收入增長(cháng)。再加上由于運動(dòng)傳感器客戶(hù)群的擴大以及MEMS麥克風(fēng)新業(yè)務(wù)的推出，中國智能手機的運動(dòng)傳感器銷(xiāo)售額增長(cháng)。

而德州儀器、歌爾微、惠普、佳能、瑞聲科技、FLIR System等的增長(cháng)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(xiāo)售額增長(cháng)乏力，沒(méi)有贏(yíng)得新市場(chǎng)的青睞；惠普將測量部門(mén)分拆后出售，再加上噴墨打印機市場(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，依然是美國占據較強的地位，有接近一半的廠(chǎng)商是屬于美國。歐洲也不遜色，有博世、意法半導體、恩智浦等。日本廠(chǎng)商以特色占有一席之地。中國靠麥克風(fēng)市場(chǎng)（樓氏、歌爾微、瑞聲科技）和代工市場(chǎng)（賽微電子）占據一定的地位。

整體來(lái)看，全球MEMS市場(chǎng)規模的收入從2020年的115億美元增加到2021年的約136億美元，同比增長(cháng)17%。2021 年的收入是由消費和汽車(chē)應用的持續傳感化以及醫療和工業(yè)終端市場(chǎng)及相關(guān)應用的進(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(cháng)，為市場(chǎng)創(chuàng )造了額外的收入增長(cháng)。

隨著(zhù)萬(wàn)物互聯(lián)與人工智能的興起，MEMS產(chǎn)品種類(lèi)增加、市場(chǎng)規模擴大，行業(yè)對產(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)費用迅速上升以及未來(lái)建廠(chǎng)費用高啟促使更多的半導體廠(chǎng)商將工藝開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)相關(guān)的制造環(huán)節進(jìn)行外包，純 MEMS代工廠(chǎng)與MEMS產(chǎn)品設計公司合作開(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(lèi)似于傳統集成電路行業(yè)發(fā)展趨勢，MEMS產(chǎn)業(yè)也將逐步走向設計與制造分立、制造環(huán)節外包的模式。從趨勢上看，全球MEMS 代工業(yè)務(wù)將會(huì )快速擴張。

MEMS代工廠(chǎng)迎來(lái)豐收時(shí)刻

2021年MEMS純代工廠(chǎng)的銷(xiāo)售額為6.9億美元，比2020年的5.7億美元同比增長(cháng)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)雖然提供了相對較小的市場(chǎng)份額，但市場(chǎng)卻在不斷增長(cháng)。他們主要為那些無(wú)晶圓廠(chǎng)公司以及那些無(wú)法在內部完成100%傳感器制造的IDM提供代工服務(wù)。

以前MEMS代工廠(chǎng)的營(yíng)收很少，通常不到6000萬(wàn)美元，但現在隨著(zhù)Fabless的崛起，增強了對MEMS外包的需求，MEMS代工廠(chǎng)迎來(lái)了良好的發(fā)展，收入增長(cháng)強勁。純代工廠(chǎng)玩家主要有賽威電子、Teledyne、臺積電、X-FAB、索尼和意法半導體等，他們合計占據著(zhù)超過(guò)65%的市場(chǎng)份額。

注：臺積電和X-FAB為綜合型代工廠(chǎng)，Yole僅統計的是MEMS業(yè)務(wù)。

這幾年得益于產(chǎn)能的持續提升及需求的持續增長(cháng)，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轉的 MEMS 晶圓工廠(chǎng)，內含兩條8英寸產(chǎn)線(xiàn)；在北京擁有一座處于建成運營(yíng)初期、具備規模產(chǎn)能的MEMS晶圓工廠(chǎng)，內含一條8英寸產(chǎn)線(xiàn)；這兩座晶圓工廠(chǎng)均處于持續擴產(chǎn)狀態(tài)，其中瑞典產(chǎn)線(xiàn)主要是添購部分設備以滿(mǎn)足相關(guān)客戶(hù)的訂單需求；北京產(chǎn)線(xiàn)則將從當前的1萬(wàn)片/月向3萬(wàn)片/月產(chǎn)能擴充。

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

2021年，臺積電公司完成壓電微機電技術(shù)的驗證，以生產(chǎn)具備高音質(zhì)及快速響應的微機電揚聲器。未來(lái)計劃包含開(kāi)發(fā)下一世代高敏感度壓電麥克風(fēng)、十二英寸晶圓微機電光學(xué)影像穩定系統、醫療用單芯片超音波傳感器，以及車(chē)用微機電應用。

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

排名第八的是臺灣的VIS ，該公司是由張忠謀于1994 年12月在新竹科學(xué)園區創(chuàng )立，最初是臺積電的分包商，主要專(zhuān)注于DRAM和其他存儲 IC 的生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)。2000年，VIS宣布計劃從DRAM制造商轉型為代工服務(wù)商。2019年VIS收購了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(chǎng)

（圖源：羅姆）

值得注意的是，博世、意法半導體和聯(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(xiāo)售額在1000萬(wàn)美元到2000萬(wàn)美元之間。這從側面反映出市場(chǎng)對他們直銷(xiāo)MEMS的強勁需求，幾乎沒(méi)有閑置產(chǎn)能。

隨著(zhù)MEMS傳感器空前的需求，包括博世、SilTerra、士蘭微電子、FormFactor等在內的MEMS廠(chǎng)商正在建設新的生產(chǎn)工廠(chǎng)，如博世宣布建設一條將于2026年開(kāi)通的 300mm MEMS工廠(chǎng)。但是現在全球各家IDM和代工廠(chǎng)均在大幅擴產(chǎn)，對設備的需求也是空前，建廠(chǎng)進(jìn)度可能受制于設備的交貨時(shí)間等問(wèn)題。

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

MEMS未來(lái)發(fā)展的驅動(dòng)力主要有哪些？

從市場(chǎng)需求來(lái)看，Yole預計MEMS行業(yè)預計在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(cháng)。具體到應用領(lǐng)域來(lái)看，通訊、生物醫療、工業(yè)汽車(chē)及消費電子的應用增速均非?？捎^(guān)，其中通訊領(lǐng)域的復合增長(cháng)率高達25%。如果按照各細分領(lǐng)域來(lái)看，預計到2026年，10億美元以上的MEMS細分領(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)應用（13.63 億美元）。

從技術(shù)方面來(lái)看，Yole認為，當前影響MEMS技術(shù)發(fā)展趨勢的三大支柱分別為：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片上系統的三維堆疊、12英寸MEMS產(chǎn)線(xiàn)的支持；三是先進(jìn)封裝，如過(guò)去前期處理（數字信號處理）、傳感器融合、無(wú)線(xiàn)控制器、硅通孔TSV/玻璃通孔TGV技術(shù)到現在埋入式軟件/算法、邊緣智能和異質(zhì)異構集成技術(shù)。

對MEMS的強勁需求，使得一些MEMS代工廠(chǎng)的產(chǎn)能已經(jīng)排到2023年底。但Yole分析師指出，由于當前的微觀(guān)經(jīng)濟和宏觀(guān)經(jīng)濟形勢導致運營(yíng)成本上升，導致利潤率下降，某些MEMS器件的平均售價(jià)增加。再加上一些集成商對MEMS芯片的囤積恐導致的未來(lái)庫存過(guò)剩，可能導致2023年及以后的MEMS廠(chǎng)商活動(dòng)低迷。

寫(xiě)在最后

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

 來(lái)源：半導體行業(yè)觀(guān)察