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。

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。