隨著新一輪工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)變革的蓬勃興起,智能傳感器正在被廣泛應(yīng)用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛,、生物醫(yī)療,、5G等眾多領(lǐng)域,其發(fā)展前景廣闊無限,。智能傳感器是連接物理世界與數(shù)字世界的橋梁,。其中,以MEMS為代表的智能傳感器是傳感器的發(fā)展趨勢,。
MEMS產(chǎn)業(yè)機遇大于挑戰(zhàn)
科創(chuàng)板的設(shè)立促進了MEMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展,。科創(chuàng)板將對新業(yè)態(tài),、新模式,、新產(chǎn)業(yè)、新技術(shù)高發(fā)的MEMS產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生直接的促進作用,;助力MEMS產(chǎn)業(yè)新龍頭的產(chǎn)生,,加速企業(yè)的優(yōu)勝劣汰,促進行業(yè)快速發(fā)展,。
中國MEMS產(chǎn)線類型占比
國內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)在“機遇與挑戰(zhàn)”中穩(wěn)步前進,。一方面,2020年新冠肺炎疫情爆發(fā),,國際貿(mào)易環(huán)境復(fù)雜多變,,國內(nèi)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨著諸多挑戰(zhàn),高端芯片,、EDA軟件,、制造與測試設(shè)備等有待發(fā)展。另一方面,,后疫情時代,,在“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速推廣”和“新基建加速新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用”等因素的驅(qū)動下,,國內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)迎來了前所未有的發(fā)展機遇,穩(wěn)中求進必然是MEMS產(chǎn)業(yè)在2021年的主題,。
“智能化,、微型化、集成化”已經(jīng)成為MEMS產(chǎn)業(yè)的新共識,。全球主要傳感器和儀器儀表企業(yè)早已加大了MEMS的研發(fā)與投入,,通過自主研發(fā)、收購,、合作等方式,,不斷增強自身在智能傳感器和MEMS領(lǐng)域的技術(shù)積累。
MEMS產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善
MEMS產(chǎn)業(yè)主要是伴隨著集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來的,,主要分為研發(fā)設(shè)計,、生產(chǎn)制造(晶圓制造和封裝測試)、集成應(yīng)用三個層面,,就全產(chǎn)業(yè)鏈概念來說,,還包括材料和設(shè)備。
研發(fā)設(shè)計的中堅力量主要集中在北京,、上海等地的高校,、科研院所和研發(fā)中試平臺,多數(shù)企業(yè)都是和這些機構(gòu)合作研發(fā)設(shè)計MEMS產(chǎn)品,。MEMS技術(shù)涉及微電子,、材料、物理,、化學(xué),、生物、機械學(xué)諸多學(xué)科領(lǐng)域,。2020年,,射頻、3D成像,、激光雷達等新應(yīng)用進一步開拓了MEMS市場空間,,吸引了大量企業(yè)布局,但目前距離大批量生產(chǎn)仍存在一些尚未攻克的技術(shù)難點,。
2018-2023年中國MEMS市場發(fā)展情況
在生產(chǎn)制造層面,,MEMS制造是基于集成電路制造技術(shù)發(fā)展起來的,分為前段晶圓制造和后段器件封測,。晶圓制造主要有三類,,純MEMS代工、IDM企業(yè)代工和傳統(tǒng)集成電路MEMS代工,;封測一般是委托專業(yè)的MEMS器件封測廠,。2020年一些特色工藝線也開始做MEMS產(chǎn)品,,目前,北京silex產(chǎn)線一期準備完畢,,中芯紹興產(chǎn)能逐步釋放,,MEMS國內(nèi)晶圓制造產(chǎn)能空間快速提升。
在集成應(yīng)用層面,,主要分為三大類,。一是由MEMS產(chǎn)品生產(chǎn)廠商提供解決方案,其解決方案通用性強,,能夠更有效地發(fā)揮產(chǎn)品性能,,兼具靈活與輕度定制化的特點,基本實現(xiàn)即插即用,;二是由MEMS產(chǎn)品應(yīng)用廠商進行集成,,企業(yè)對外采購傳感器再集成到整機產(chǎn)品,該類解決方案專注于特定領(lǐng)域,、研發(fā)成本較高,、產(chǎn)品研發(fā)周期較長;三是由垂直整合廠商集成,,通常屬于高精尖領(lǐng)域,,企業(yè)為旗下航空,、發(fā)電,、運輸?shù)葮I(yè)務(wù)自行生產(chǎn)專用傳感器,該類應(yīng)用集成專用性強,,高度適配自家應(yīng)用,。
未來10年是發(fā)展關(guān)鍵
未來十年是中國MEMS產(chǎn)業(yè)的黃金十年。國內(nèi)產(chǎn)業(yè)和市場端將面臨諸多挑戰(zhàn),,也將迎來前所未有的機遇,。一是科創(chuàng)板機遇,科創(chuàng)板將加速MEMS企業(yè)的優(yōu)勝劣汰,,促進行業(yè)快速發(fā)展,;二是新基建機遇,5G,、物聯(lián)網(wǎng)市場將帶來新需求,;三是國家扶持的機遇,國家對MEMS產(chǎn)業(yè)的支持力度將不斷加大,。
代工制造是中國MEMS產(chǎn)業(yè)的重要特點,。未來,MEMS工藝將逐步標(biāo)準化,、兼容化,,且MEMS體量遠比IC小,,因此MEMS企業(yè)更適合代工模式。隨著國內(nèi)MEMS制造水平的不斷提高,,加之本地化服務(wù)和成本等優(yōu)勢,,MEMS制造環(huán)節(jié)向中國轉(zhuǎn)移的趨勢將更加明顯,這也將導(dǎo)致中國的MEMS晶圓廠建設(shè)提速,,進一步提升國內(nèi)MEMS的整體制造能力,。
MEMS封裝工藝是決定MEMS產(chǎn)品成本和性能的重要環(huán)節(jié),其需要同時實現(xiàn)芯片保護,、外界信號交互等多種功能,。與IC封裝相比,MEMS封裝需考慮的因素更多,、更為復(fù)雜,,且標(biāo)準不一,往往需要定制化,。近年來,,3D晶圓級封裝技術(shù)取得長足進步,可以把MEMS和ASIC整合在一起,,未來3D晶圓級封裝將進一步提升效率和縮減尺寸,,成為MEMS先進封裝領(lǐng)域的重要方向。
新材料和傳感集成的技術(shù)突破及廣泛應(yīng)用,,將大幅提高硅基MEMS產(chǎn)品性能,、降低成本,為MEMS產(chǎn)業(yè)帶來巨大的市場機會,。如PZT,、氮化鋁、氧化釩等新材料在MEMS器件上的突破,,有望取代部分傳統(tǒng)硅基產(chǎn)品,,得到快速應(yīng)用。同時,,將多種單一功能傳感器組合成多功能合一的傳感器模組,,再通過集成微控制器、微處理器等芯片的傳感器集成技術(shù),,也將為MEMS產(chǎn)業(yè)帶來新的市場機遇,。
優(yōu)化產(chǎn)業(yè)生態(tài)推動協(xié)同發(fā)展
首先,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策環(huán)境和金融環(huán)境,。落實國家政策法規(guī),,營造良好的金融生態(tài)環(huán)境,建立多元化的投融資體系,積極推進銀企合作,,拓寬企業(yè)融資渠道,。促進產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展,推動產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè),。設(shè)立創(chuàng)新扶持基金,,扶持前期研發(fā)創(chuàng)新。
其次,,產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合,,重視知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略布局。聯(lián)合高校設(shè)立科技創(chuàng)新基金,,開展新產(chǎn)品研發(fā),、科技成果轉(zhuǎn)化等,構(gòu)筑企業(yè)為主體的技術(shù)創(chuàng)新體系,,走“產(chǎn)學(xué)研用”相結(jié)合的道路,,走自主創(chuàng)新和國際合作相結(jié)合的跨越式發(fā)展道路。推動并聯(lián)合企業(yè),、大專院校,、科研院所、行業(yè)協(xié)會,、支撐機構(gòu),,成立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟;積極開展關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)聯(lián)合研發(fā),、專利運營,、標(biāo)準制定、知識產(chǎn)權(quán)保護等工作,,建立標(biāo)準化工藝庫,,提升工藝通用性,。重視MEMS知識產(chǎn)權(quán)的戰(zhàn)略布局,,強化國際交往,擴大國際知識產(chǎn)權(quán)交流合作,。
再次,,完善并優(yōu)化產(chǎn)業(yè)生態(tài),積極推動產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同升級,。一方面,,積極提升本土產(chǎn)業(yè)配套能力,推動新型敏感材料,、設(shè)計分析軟件,、核心裝備、傳感器數(shù)據(jù)融合等技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。另一方面,,統(tǒng)籌產(chǎn)業(yè)鏈上下游資源,,強化產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作,增強產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展能力,;建立研發(fā)與終端消費產(chǎn)品一體化的協(xié)同交互發(fā)展體系,,形成以技術(shù)開拓市場、市場促進技術(shù)能力提升的循環(huán)發(fā)展模式,。
最后,,加強高校人才培養(yǎng)建設(shè),鼓勵企業(yè)與高校合作培養(yǎng),。搭建高校和企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的模式,,支持建立MEMS產(chǎn)學(xué)研用育人平臺;鼓勵和支持MEMS制造商設(shè)立研發(fā)激勵基金,,逐步建立研發(fā)設(shè)計團隊,,建立與科研院所人才交流與聯(lián)合培養(yǎng)長效機制,促進研發(fā),、工藝難題上行和科研成果應(yīng)用下行,,打通科研院所科技成果轉(zhuǎn)化通道。