MEMS即微机电系统（Microelectro Mechanical Systems），是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。经过四十多年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一。它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。截止到2010年，全世界有大约600余家单位从事MEMS的研制和生产工作，已研制出包括微型压力传感器、加速度传感器、微喷墨打印头、数字微镜显示器在内的几百种产品，其中MEMS传感器占相当大的比例。MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时，在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。

  中国作为全球最大的电子产品生产基地，正消耗着全球四分之一的MEMS器件。但目前，中国大部分MEMS传感器仍依赖进口。国内MEMS传感器也仍以中低端为主，技术相对落后，这一局面将在较长时间里一直存在下去。

  2016年中国MEMS传感器市场分析

  一、市场运行现状

    随着电子技术的发展，MEMS 的应用领域越来越广泛，由最早的工业、军用航空应用走向普通的消费市场。军用与航空属于所谓的高价值MEMS 应用领域，但是这两个领域的用量太小了，一年也就四千万美金左右，增长空间也是有限的。医疗电子上的MEMS 器件价值也不错，它的传感器的平均销售价格远高于其它可比的MEMS 领域。

MEMS 各应用领域占比

    资料来源：公开资料整理

    MEMS 传感器在消费电子领域的应用包括运动/坠落检测、导航数据补偿、游戏/人机界面、电源管理、GPS 增强/盲区消除、速度/距离计数等等，革命性的功能进步使其在各领域的渗透能力大大增强。以MEMS 一个重要的应用领域手机为例，应用最多的传感器是加速计、陀螺仪与MEMS 硅麦克风，其中加速度计是该市场中第一大应用产品。MEMS 麦克风的销售额2015 年已经超过10 亿美元，IHS 表示全球MEMS 麦克风市场仍将连续5 年维持18%的年复合成长率。另外，一批新型的MEMS 传感器也来势凶猛地进入市场，包括磁力计、指纹传感器、环境传感器、MEMS 手机摄像头等。

    2009-2015年我国MEMS传感器行业规模分析

    资料来源：公开资料整理

    二、市场格局分析

    MEMS技术无疑已经成为最炙手可热的半导体技术之一。中国现在已经是世界上最大的手机和汽车市场，不过令人遗憾的是，我们的中高端传感器进口比例达80%，传感器芯片进口比例更高达90%，中国本土的MEMS产业链更是仍有很长的路要走。

    全球前20大MEMS供应商中的绝大多数供应商都是大企业内部发展起来的部门，而像InvenSense这样由专注于MEMS的初创企业成长起来的公司甚少。 究其原因主要是由MEMS行业特性决定：

    1、MEMS前端研发需要大量的资金与时间，风险非常高，私有企业往往不愿意独自承担，初创型企业更是难以为继。国外MEMS研究主要依靠政府资助进行，比如法国每年投入约12 亿美元的研发费用，日本每年投入总费用超过2.5亿美元。

    2、MEMS与传统IC的重大差别在于多种类和个性化，不同的MEMS之间没有完全标准的工艺，参量较多，因而每个系列品种都可能要从前端研发重新投入开始做起，同时良品率约在70-80%，这使得单一种类的MEMS产品很难支撑一个公司。

    盈利的关键往往不是在MEMS研发设计、制造封装封测等，而是在MEMS所应用集成到的下游产品，因为MEMS价格很低，而下游产品因品牌和资质等价格较高。

    因此，想要做大一个MEMS公司，需要一个系统性公司的支持（前期需要大量的资金开发技术，后期需要进行产品集成提升盈利能力）。例如博世公司MEMS产品营业收入只占营业收入的1.2%；博世MEMS产品能够做到全球第一，主要得益于MEMS产品在TPMS、电子稳定控制（ESC）等领域的应用，这离不开博世公司全球第一大汽车技术供应商对MEMS系统性的支持。

   中国MEMS传感器行业三大挑战：技术研发、产业链竞争力、价格影响

　　中国MEMS厂商面临的挑战非常多。首先，缺乏高端研发人员和经验丰富的本土MEMS工程师，导致基础研究落后。同时，MEMS传感器商业化应用周期长，MEMS传感器研发时间更长，这对MEMS企业的耐心、远见是一个很大挑战。

　　另一方面，中国MEMS产业链在竞争方面，力量还较薄弱，没有产生在国际市场上具有领导地位的企业。MEMS传感器和IC芯片一样，具有很强的规模效应，国内企业出货量上不去，导致整个产业链，例如前端流片等环节加工能力薄弱，一致性、生产重复性都不能满足设计加工工艺要求。因此，整个MEMS产业链均处于投入阶段，盈利比较困难，产生了恶性循环。

　　系统厂商对于MEMS产品需求量很大

　　此外，价格下滑导致MEMS厂商盈利困难。MEMS传感器产品的价格，并非与产品的重要性或开发难度成正比。例如，据统计数据显示，从应用广泛和竞争激烈的陀螺仪和加速度传感器市场来看，价格每季度下跌3%至5%，系统厂商对于MEMS产品需求量很大，但是它们也已经把价格杀到MEMS厂商难以为继的地步。

   中国MEMS传感器行业三大挑战四大趋势：新兴器件、新应用、颠覆性技术、新设计

　　面对上述挑战，国内MEMS厂商如何树立信心，寻求机遇呢?

　　首先必须承认，中国是最大电子生产和消费大国，终端消费市场巨大，该优势应该可以给各家MEMS厂商给予一定信心。而且受物联网市场驱动，MEMS传感器的市场增量将相当可观。另外，MEMS传感器产品多样，也有巨大的创新空间。

　　MEMS传感器制造需要依赖发达的半导体微加工技术

　　另一方面，根据MEMS传感器的特点，MEMS传感器一直依赖于使用基于半导体的微加工技术来制造器件，以取代更为复杂、笨重或不敏感的传感器。据此，未来将有四大趋势改变MEMS市场格局。它们分别是：新兴器件、新应用、颠覆性技术、新设计。

　　简单来说就是：新兴器件，如微镜和环境组合传感器;新应用，如压力传感器应用于位置或高度感测;颠覆性技术，包括封装、新材料，如压电薄膜和300mm/12寸晶圆;新的设计，包括NEMS纳机电系统和光学集成技术。

　　物联网是我国未来十年的核心发展战略，MEMS传感器则是物联网中不可或缺的一环，下一个十年，会涌现出远比现在主流MEMS传感器更有市场前景的MEMS产品，期待中国MEMS产业能跻身世界前列。

   2016年全球MEMS产业现状解析

   在残酷的商业化竞争中，中国MEMS企业快速成长；利润下滑和新应用出现，如何才能在MEMS产业中挖掘更多价值？

　　MEMS产业的未来将何去何从？

　　过去几年，MEMS市场发展进入“黄金时代”，以智能手机为代表的消费电子产品大幅拉升MEMS器件的出货量。然而，现在似乎已经进入不确定时代。智能手机/便携式应用市场已经接近饱和，这意味着MEMS市场增速比前几年减缓。Yole预计2015~2021年全球MEMS市场的复合年增长率（CAGR）为8.9%，将从119亿美元增长到200亿美元。同期全球MEMS出货量的复合年增长率为13%。

　　2015~2021年全球MEMS市场预测

　　消费类应用不再是MEMS产业的金矿……

　　对于MEMS厂商来说，消费类市场极具挑战性。虽然出货量仍然在增长，但是该市场的竞争越来越残酷。传感器，如MEMS麦克风、惯性传感器、压力传感器和气体传感器等，在智能手机中的应用正呈“蔓延”之势，但是这些传感器的利润率非常低。与此同时，终端用户从一家MEMS厂商切换至另一家厂商也较为容易，所以双方建立的业务关系有时候很短暂，这也使得MEMS厂商经常“心惊胆战”。此外，智能手机之后，我们还没看到量大的应用能成为MEMS市场的短期增长驱动力：

　　- 如今，物联网（IoT）仍然是一个小众市场，应用领域还没出现大量的MEMS传感器需求。

　　- 可穿戴设备应用看起来是非常有前景的消费市场，然而出货量还不多。

　　……但是，其它市场还有一些丰富的“宝藏”等待挖掘

　　工业、医疗和汽车领域还在提供增长和盈利的能力。汽车产业对传感器需求旺盛，如今每辆汽车平均集成20个MEMS传感器，并且自动驾驶汽车也加大了对MEMS的需求。医疗领域的长期研发积累发现了新的市场机遇，包括应用于医疗微泵的硅基微流控芯片，如2015年Debiotech公司的营收显著增长。工业和国防市场也为高端和高利润MEMS器件提供了新的机遇，如惯性传感器和压力传感器。

　　而中国正在腾飞

　　我们首次在《MEMS产业现状》年度系列报告中，利用完整的一个章节介绍中国MEMS产业现状。中国产业正从“中国制造”向“中国创造”转变。一方面，Silex正在北京亦庄建设一条新的8英寸MEMS代工线；另一方面，中国MEMS企业正在努力提高多种产品的性能和质量，包括MEMS麦克风、压力传感器、惯性传感器、磁传感器、微测辐射热计和微流控芯片，使其具有全球竞争力。中国MEMS产业保持稳步增长势头，并且有望在未来十年孕育出产业巨头。

　　企业如何解决MEMS商业化悖论？

　　过去五年中，MEMS产业主要由消费类电子驱动发展，MEMS出货量不断攀升。同时，MEMS器件尺寸也不断减小，价格不停下跌，利润逐渐萎缩，使得MEMS企业的日子越来越难过，“舒适度”急剧下降。这就是所谓的MEMS商业化悖论：MEMS市场爆发→MEMS出货量增长→MEMS价格下跌→MEMS利润萎缩→MEMS企业难以盈利。那么，如何解决这个悖论呢？

　　2000~2020年MEMS产品单价下降趋势

　　- “生产基础设施”途径：与其它应用产品共用生产线，降低制造成本，如汽车和消费类产品；或者改进工艺，降低成本，如CMOS MEMS工艺。

　　- “价值创造”途径：创造新型MEMS器件，如气体传感器；传感器融合，形成组合传感器；集成更多软件功能，改进传感器输出。CMOS图像传感器（CIS）产业就是一个很好的例子，通过增加像素和芯片尺寸来解决商业化悖论，由于高质量成像（照片）使得客户愿意为价格买单。

　　解决MEMS商业化悖论的途径

　　“价值创造”与嵌入式软件功能密切相关，能够为系统集成商提供更多的高级功能，提高MEMS产品的附加值。展望未来，MEMS器件发展必须从系统应用的定义开始，开发具有软件融合功能的智能传感器，并且降低功耗。

　　过去和未来MEMS产业驱动闭环

　做好准备，未来MEMS集成新方向！

　　我们认为，MEMS产业正向多传感器（现有的和新兴的传感器）集成方向前进，形成三大类组合传感器。实际上，这三类集成传感器已有雏形：密闭封装（Closed Package）组合传感器、开放腔体（Open Cavity）组合传感器、光学窗口（Open-eyed）组合传感器。

　　三种MEMS组合传感器封装方式

　　密闭封装组合传感器是简单且发展较为成熟的，主要是惯性传感器，如多轴加速度计、陀螺仪和磁力计。该类传感器主要感测运动，必须密闭，以避免外界环境对传感器的干扰，如湿度、颗粒物等。未来，也可能集成其它传感器。但我们认为，大多数应用将使用六轴或九轴惯性传感器，可能外加一颗加速度计，以提供电源管理，保证低功耗的永远在线（always-on）功能。21世纪初，美新（MEMSIC）和意法半导体（ST）最先将加速度计推到手机中，使得惯性组合传感器成为最成熟、最常用的集成器件。对于加速度计和陀螺仪，集成是在硅片上实现的，并通过系统级封装（SiP）将专用集成电路（ASIC）和磁力计集成在一起。目前发展趋势是：硅片上实现更多集成；系统级封装实现不太适合在硅片上集成（原因是成本高）的芯片。

　　开放腔体组合传感器需要与外界联通以感知环境信息。例如，压力传感器可以和湿度传感器、气体传感器集成。但是，如果将它们与惯性传感器集成，将会有重大挑战。因为两类传感器之间存在潜在的串扰，开放腔体造成环境湿气和颗粒物进入封装，从而引起惯性传感器工作异常。但是可以借鉴MEMS麦克风的解决方案，它既需要开孔，又需要避免外界环境对MEMS可动结构的影响。所以，我们认为MEMS麦克风先将和压力传感器、湿度传感器、气体传感器集成。这将形成一种非常重要的组合传感器，能够理解我们周围的环境状况。这些传感器的集成主要采用系统级封装，因为大部分传感器采用不同的制造工艺，在单片硅晶圆上的集成成本过高。然而，你永远不知道创新将带来什么。新的技术，如Vesper的压电薄膜MEMS麦克风技术，可能被应用到压力传感器，颇具潜在机遇。

　　第三类是光学窗口组合传感器。摄像头（图像传感器）是手机中最昂贵的传感器模组，也是手机的重要卖点。目前，每年升级的摄像头主要是拍摄照片，但是光学感测功能潜力更大。许多波长正在被“开发利用”，以实现人脸和虹膜识别、3D地图、测距、红外和多光谱成像。当然，未来还需要新的硬件研发。手机中逐渐形成两个光学窗口组合传感器，包括前置和后置的图像传感器，也将集成现有的光学传感器，如接近传感器、环境光传感器和3D景深传感器等。光学窗口组合传感器需要将硅结构最优化，包括为应用定义合适的光电二极管。但是大多数采用系统级封装集成IC、图像感测芯片、光学器件、自动对焦和图像稳定。组合传感器/模组才刚刚兴起，这意味着摄像头从图像采集转移到感测功能正在“路上”。我们相信实际发展将大大快于预期。

　　近期值得注意的是密闭封装组合传感器。由于惯性传感器的价值已经严重下滑，从分立传感器转向组合传感器，但是三轴分立传感器，甚至六轴组合传感器的价格已经非常低了。现在，传感器的价值来源于“功能”，包括实现该功能的软件。MEMS企业必须要清楚地知道他们卖什么：仅仅是传感器，还是功能？仅仅卖传感器的话，保持长期盈利能力是比较困难的。