中国MEMS竞争格局:主要企业汇总

中国MEMS竞争格局:主要企业汇总

物联网是将数据从采集、传输到应用的一个技术架构,物联网的基础就是感知层,感知层的核心也就是各种传感器进行的数据采集体系,那么传感器的水平某种意义上也就代表了这个国家物联网技术水平的高低。因为MEMS是这个传感器领域上的一颗明珠!随着汽车、智能装备、家电类产品领域的迅速增长,MEMS传感器用量将大大增加。物联网、云计算、大数据、智慧城市更为MEMS传感器创造了良好的市场空间,农业、环保、食品检测、智慧医疗、健康养老、可穿戴设备、机器人、3D打印也为MEMS传感器技术的提升和应用创新拓展了思路。

MEMS(Micro-Electro Mechanical System)是指尺寸在几毫米乃至更小的微机电系统,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。简单理解, MEMS 就是将传统传感器的机械部件微型化后,通过三维堆叠技术,例如三维硅穿孔 TSV 等技术把器件固定在硅晶元(wafer)上,最后根据不同的应用场合采用特殊定制的封装形式,最终切割组装而成的硅基传感器。 受益于普通传感器无法企及的 IC 硅片加工批量化生产带来的成本优势, MEMS 同时又具备普通传感器无法具备的微型化和高集成度。

MEMS是替代传统传感器的唯一选择

诸如最典型的半导体发展历史: 从 20 世纪初在英国物理学家弗莱明手下发明的第一个电子管,到 1943 年拥有 17468 个电子三极管的 ENIAC 和 1954 年诞生装有 800 个晶体管的计算机 TRADIC, 到 1954 年飞兆半导体发明了平面工艺使得集成电路可以量产, 从而诞生了 1964 年具有里程碑意义的首款使用集成电路的计算机 IBM 360。 模拟量到数字化、 大体积到小型化以及随之而来的高度集成化,是所有近现代化产业发展前进的永恒追求。MEMS也不例外。

正因为 MEMS 拥有如此众多跨世代的优势, 目前来看我们认为其是替代传统传感器的唯一可能选择,也可能是未来构筑物联网感知层传感器最主要的选择之一。

1)微型化: MEMS 器件体积小, 一般单个 MEMS 传感器的尺寸以毫米甚至微米为计量单位, 重量轻、耗能低。 同时微型化以后的机械部件具有惯性小、谐振频率高、响应时间短等优点。 MEMS 更高的表面体积比(表面积比体积) 可以提高表面传感器的敏感程度。

2)硅基加工工艺:可兼容传统 IC 生产工艺:硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当,密度类似铝,热传导率接近钼和钨,同时可以很大程度上兼容硅基加工工艺。

3)批量生产:以单个 5mm*5mm 尺寸的 MEMS 传感器为例, 用硅微加工工艺在一片 8 英寸的硅片晶元上可同时切割出大约 1000 个 MEMS 芯片, 批量生产可大大降低单个 MEMS 的生产成本。

4)集成化: 一般来说,单颗 MEMS 往往在封装机械传感器的同时, 还会集成ASIC 芯片,控制 MEMS 芯片以及转换模拟量为数字量输出。

5)多学科交叉: MEMS 涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科,并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。MEMS 是构筑物联网的基础物理感知层传感器的最主要选择之一。

由于物联网特别是无线传感器网络对器件的物理尺寸、功耗、成本等十分敏感,传感器的微型化对物联网产业的发展至关重要。 MEMS 微机电系统结合兼容传统的半导体工艺, 采用微米技术在芯片上制造微型机械,并将其与对应电路集成为一个整体的技术,它是以半导体制造技术为基础发展起来的, 批量化生产能满足物联网对传感器的巨大需求量和低成本要求。

中国MEMS竞争格局

2015年中国MEMS传感器市场规模约308亿元人民,2016年中国MEMS传感器市场规模预计超过400亿元人民币,未来5年中国MEMS传感器年复合增长率在20%左右,到2020年市场规模将近650亿元。

近十年来,中国的MEMS传感器产业生态系统逐步完善,已形成从技术研发、设计、生产到应用的完整体系, 部分细分领域已跻身世界领先水平。截至2015年底,中国MEMS 传感器企业已经有将近200家。其中做MEMS软件与专用电路的有11家;做MEMS产品设计的有143家;做MEMS封装与测试的有16家;做MEMS前端制造工艺线的,有20家。

从地域分布而言,MEMS企业主要集中在发达地区(长三角、珠三角、环渤海)。因为MEMS行业更需要人才,发达地区的MEMS人才相对而言较为集中,能适应MEMS企业的发展和扩大。

中国MEMS企业以无晶圆厂(fabless)模式居多,包括目前国内MEMS销售额最大的瑞声科技和歌尔股份;Fabless企业还包括美新半导体、敏芯微电子、明皜传感、深迪半导体、芯敏微系统、微联传感、康森斯克等,其生产以代工为主。

还有些企业,如丽恒光微、矽睿科技、大立科技等,在与国内代工厂合作的同时,购买少量专用MEMS工艺设备,放置于其特定代工厂超净间内, 共同研发和生产MEMS产品。中国具有一定规模的集成器件生产商(IDM)企业较少,主要有美泰科技、士兰微电子、高德红外等。

除了MEMS麦克风厂商瑞声科技和歌尔股份走在前列,国内其他MEMS企业的规模都相对较小,年销售额没有超过1亿美元的,拥有独立IP与核心自主设计能力的MEMS企业如美新、深迪和明皜等年销售额都达不到7000万美元,目前还排不进全球前三十大MEMS企业名单,与国际MEMS 巨头的差距很大。

投资趋势看好

过去的一年,中国重要的MEMS传感器初创企业在市场上披荆斩棘,顺利拿到了融资,未来前景可期。但目前投资标的均在千万级别,一方面显示了投资空间巨大,同时也说明当前的技术储备尚需加强。典型的投资如下:

(1)共达电声拟以不超过2500万元收购北京卓锐微技术有限公司100%股权。公司拟通过上述股权收购,掌握国产MEMS麦克风核心芯片研发、生产技术,提高微电声产品整体研发水平,并有效垂直整合MEMS麦克风产品产业链条,缩短新产品开发周期,开辟国产MEMS麦克风替代进口市场。北京卓锐微技术有限公司是一家优秀的集成电路芯片、MEMS芯片设计、研发公司,独立提供完整的MEMS麦克风核心芯片解决方案。

(2)矽立科技(mCube)获得盛世投资的上亿人民币投资。(盛世投资刚收购了全球领先的纯MEMS代工厂Silex Microsystems)。矽立科技(mCube)致力于将MEMS运动传感器应用在一切可移动的物体,提供便捷的互联,从而改变消费者的生活和商业交互方式。

(3)苏州固锝电子股份有限公司子公司明皜传感A轮融资金额9500万元。明皜传感主要从事MEMS传感器的研发、设计和生产,并提供相关技术服务。主要产品方向有:加速度计、陀螺仪(研发中)、压力传感器、磁传感器和MEMS麦克风,旨在为消费电子、汽车电子、工业自动化等领域提供所需的产品和集成方案。

(4)苏州敏芯微电子技术有限公司的老股东增资2000多万元。苏州敏芯微电子技术有限公司成立于2007年,是中国国内最早成立的MEMS研发公司之一。,拥有数项涉及MEMS关键技术的突破性发明和世界级科研成果。敏芯微电子的主要产品有MEMS麦克风、压力传感器、惯性传感器等。

随着本地创投公司与企业家对MEMS的兴趣越来越大,还会有大量MEMS厂商在中国涌现。

中国MEMS企业面临的机遇与挑战

机遇:

1. 市场空间巨大
中国是最大电子生产和消费大国,这是我们的主场优势。由于终端消费市场的巨大市场需求,以及增长潜力无限的可穿戴和物联网市场的驱动,MEMS传感器的市场增量将相当可观。中国作为全球最大的电子产品生产基地,消耗全球四分之一的MEMS器件,可大部分MEMS传感器仍依赖进口,就总体水平而言,国内MEMS传感器仍以中低端为主,技术相对落后,与欧美日相比,国内在整个产业的各个环节都有差距,制造技术和封装技术更加明显,原始性创新的产品少,导致产品的附加值和市场份额都比较低。

2. 政策扶持
从2001年到2015年,国家“863计划”开辟出一个专门的MEMS传感器方向,总共得到了7.03亿元的支持经费。整个15年期间,国家“863计划”的主体单位包括高等院校、中科院研究所,也有企业。
另外,“十三五”国家重点研发计划中也开辟专项,布局制作基础技术与关键部件,大约有20亿的预算,其中包括先进MEMS传感器。

3. MEMS传感器是我们与国外差距比较小的领域,与IC相比,中国MEMS企业起步较早,这与MEMS传感器产业整体起步较晚不无关系,而且与IC产品品种比较单一不同,MEMS传感器产品多样,创新空间巨大。

挑战:

1. 缺乏高端研发人员
本土MEMS产业缺乏高端研发人员,与欧美发达国家相比,我们的研发水平相对较低,从基础研究上就处于落后地位;亦缺乏经验丰富的本土MEMS工程师,导致产业化难度较大。

2. 各产业链竞争力弱
尽管中国MEMS产业生态逐步完善,但各个产业链上缺乏规模企业,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,国内企业的出货量上不去,导致整个产业链,比如前端流片等环节加工能力比较薄弱,一致性、生产重复性都不能满足设计的加工工艺要求。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。

3.MEMS需要较长研发时间
现在开发一个技术所花的时间,比该技术从商业化到市场上得到大规模应用所花时间还要长,对于技术企业的资金和商业运作都是一个挑战。随着技术商业化进程的加快,很多技术在市场存活时间很短,而MEMS传感器需要较长研发时间,这对MEMS企业是一个很大的挑战。国内MEMS企业,由于基础弱,没有国外MEMS巨头拥有的IP资源的广度与深度,将考验中国初创企业的耐心、远见。

4. 价格下滑快,盈利困难
产品的价格并不与产品的重要性或者开发难度成正比,从陀螺仪和加速度计
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,
但是它们已经把价格杀到MEMS厂商难以为继的地步。

MEMS 发展趋势

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,以取代更加复杂、笨重或不敏感的传感器。未来将有四种趋势改变MEMS市场格局:
1.新兴器件:如微镜和环境组合传感器
2.新应用:如压力传感器应用于位置(高度)感测
3.颠覆性技术:包括封装、新材料(如压电薄膜和300mm/12寸晶圆)
4.新的设计:包括NEMS(纳机电系统)和光学集成技术

中国MEMS 传感器商机

整个MEMS传感器产业链,包括研发、设计、代工、封测到应用。MEMS产业链将来的投资机会重点应在新型封装与测试、12寸晶圆、软件和新兴传感器。

1. 新的封装与测试已经成为众多MEMS传感器公司的焦点,由于MEMS传感器的复杂性,封装占据了整个芯片成本的很大部分,因此未来要降低成本来扩展市场,很大程度上等同于降低封装成本;其次国内整个测试效率较低,这也是制约MEMS传感器发展的瓶颈。降低封装成本、提高测试效率,是亟待解决的难题。

2. 目前几乎所有的MEMS传感器都是由8英寸晶圆产线制造的,不过由于汽车电子与物联网等需求的不断攀升,导致生产MEMS传感器的8英寸产线利用率极高,所以生产MEMS传感器的12英寸MEMS晶圆制造将在未来几年成为热门主题,12英寸晶圆制造将影响整个MEMS传感器供应链,包括设计、材料、设备和封装等。

3. 电子产业迫切需要新的MEMS来推动智能产品和物联网的发展,期待有突破性的新产品不断出现。新兴MEMS传感器是产业投资的重点方向。

4.软件正成为MEMS传感器的重要组成部分。随着传感器进一步集成,越来越多的数据需要处理,软件使得多种数据融合成为可能。软件将是未来的投资机会。
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。虽然技术商业化周期越来越短,但要坚持工匠精神,稳扎稳打,MEMS行业要有这种精神,用十到十五年的积累,来打造一款精品。

突破目前MEMS产业发展瓶颈的一些具体建议:

努力提高传感器(陀螺、加速度等)精度;MEMS厂商要具备小批量、低成本的量产能力,以适应多变的市场;在封装、多材料复合技术等领域勇于尝试;

无线无源传感器技术将是一个重点发展方向;

封装在MEMS产品成本中占比较高,因此封装测试设备和系统以及加工设备和耗材的国产业很重要,MEMS产业发展需要有完整的生态圈。

(附)国内 MEMS 主要企业:

上海:
深迪,矽睿,丽恒,芯敏,微联,铭动,文襄,天英,巨哥
苏州:
明皜,敏芯,双桥,多维,能斯达,汶灏,圣赛诺尔,希美
无锡:
美新,乐尔,康森斯克,微奥,杰德,必创,微纳,芯奥微,沃浦
其他:
深圳瑞声,山东歌尔,河北美泰,山西科泰,郑州炜盛,北京水木智芯,浙江大立,武汉高德,成都国腾,西安励德,天津微纳芯等。

来源:欧菲光

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