二、制造環(huán)節(jié)：代工、 封測

　　統(tǒng)計的前十大中，設計全為中資而制造和封裝絕大多數(shù)為外資。但外資的成長性弱于中資，所以中資制造業(yè)和測試封裝業(yè)的實際增長應高于統(tǒng)計的平均數(shù)據(jù)。尤其是測試封裝，增速均高于行業(yè)： 5 年復合增速長電科技 16.5%、華天科技26.94%、通富微電 8.25%、晶方科技 34.2%。

　　IC 產業(yè)通過單一工藝即可支持整個產品世代，其產品制造工藝標準化程度高，批量化生產相對簡易。而 MEMS 產品種類豐富、功能各異，工藝開發(fā)過程中呈現(xiàn)出“一類產品，一種制造工藝”的特點。 MEMS 芯片或器件的種類多達上萬、個性特征明顯，除了采用相同的硅材料外，不同的 MEMS 產品之間沒有完全標準的工藝，產品參量較多，每類產品品種實現(xiàn)量產都需要從前端研發(fā)重新投入，工藝開發(fā)周期長，且量產率較傳統(tǒng)半導體生產行業(yè)相比更低，依靠單一種類的MEMS 產品很難支撐一個公司。

　　雖然不同種類的 MEMS 從用途來說截然不同，封裝形式也是天壤之別。但是從封裝結構上來說， 大致可以分為以下 3 類： 封閉式封裝(Closed Package)、開放空腔式封裝(Open Cavity Package)、眼式封裝(Open Eyed Package)。

　　MEMS封裝形式

　　中國 MEMS 產業(yè)在 2009 年后才逐漸起步，目前尚未形成規(guī)模，產業(yè)整體處于從實驗室研發(fā)向商用量產轉型階段。國內 MEMS 廠家在營業(yè)規(guī)模、技術水平、產品結構、產業(yè)環(huán)境上與國外有明顯差距， 60%-70%的設計產品依舊集中在加速度計、壓力傳感器等傳統(tǒng)領域，對新產品(例如生物傳感器、化學傳感器、陀螺儀)的涉足不多。工藝水平與經驗缺失制約代工廠發(fā)展，制造環(huán)節(jié)亟需填補空白。

　　微機電系統(tǒng)的生產制造涵蓋設計、制造和封測。由于系統(tǒng)器件具有高度定制化、制程控制與材質特殊的特點，封裝與測試環(huán)節(jié)至少占到整個成本的 60%。因此，為了能夠在日益嚴峻的產品價格下跌趨勢下有效降低成本，多數(shù)無晶圓或輕晶圓MEMS 供應商將封裝與測試環(huán)節(jié)外包給專業(yè)封測廠商，這也將為 MEMS 器件封裝及測試廠商帶來機遇。

　　隨著國家政策扶持，近兩年中國 MEMS 產線投資興起， 2014 年國內 MEMS 代工廠建設投資超過 1.5 億美元，但是技術的匱乏和人才的缺失依然是產業(yè)短板。MEMS 技術與 IC 技術有本質差異，技術核心領域在于工藝和制造， MEMS 制造結構復雜、高度定制化、依賴于專用設備，且具有很強的規(guī)模效應。目前，本土MEMS產業(yè)明顯落后國際水平，國內市場嚴重依賴進口，市場份額基本被Bosch、ST、 ADI、 Honeywell、 Infineon、 AKM 等國際大公司寡頭壟斷，中高端 MEMS傳感器進口比例達 80%，傳感器芯片進口比例高達 90%。

　　MEMS 制造目前主要分為三類，純 MEMS 代工、 IDM 企業(yè)代工和傳統(tǒng)集成電路 MEMS 代工。與其將 MEMS 看做一種產品倒不如把它看成一種工藝， MEMS器件依賴各種工藝和許多變量。只有經過多年的工藝改進及測試， MEMS 器件才能真正被商品化。研發(fā)團隊一般需要大量時間來搜索有關工藝及材料物理特性方面的資料。利用單一一種材料(如多晶硅)制得的器件可能需要根據(jù)多晶硅的來源及沉積方法來標記工藝中的變化。因此每一種工藝都需要長期、大量的數(shù)據(jù)來穩(wěn)定一個工藝。

　　國內 MEMS 代工廠華潤上華、中芯國際、上海先進等，硬件條件雖與國際水平相近，但開發(fā)能力遠不及海外代工廠;中國 MEMS 代工企業(yè)還未積累起足夠的工藝技術儲備和大規(guī)模市場驗證反饋的經驗，加工工藝的一致性、可重復性都不能滿足設計需要，產品的良率和可靠性也無法達到規(guī)模生產要求。因此商業(yè)化階段的本土設計公司更愿意同 TSMC、 X-Fab、 Silex 等海外成熟代工廠合作。

　　代工環(huán)節(jié)薄弱導致好的設計無法迅速產品化并推向市場，極大地制約了中國MEMS 產業(yè)的發(fā)展，產業(yè)中游迫切需要有工藝經驗和高端技術的廠商填補洼地。雖然大部分 MEMS 業(yè)務仍然掌握在 IDM 企業(yè)中，隨著制造工藝逐漸標準化，MEMS 產業(yè)未來會沿著傳統(tǒng)集成電路行業(yè)發(fā)展趨勢，將逐步走向設計與制造分離的模式。純 MEMS 代工廠與 MEMS 設計公司合作開發(fā)的商業(yè)模式將成為未來業(yè)務模式的主流。

　　MEMS 代工企業(yè)類型比較

　　MEMS 技術自八十年代末開始受到世界各國的廣泛重視，對比傳統(tǒng)集成電路，該系統(tǒng)擁有諸多優(yōu)點，體積小、重量輕，最大不超過一個厘米，甚至僅僅為幾個微米，其厚度更加微小。 MEMS 的原材料以硅為主，價格低廉，產量充足批量，良率高。同時使用壽命長，耗能低，但由于 MEMS 的工藝難度高，其良率仍然與傳統(tǒng) IC 制造相比有一定的差距。

　　就工藝方面，目前全球主要的技術途徑有三種，一是以美國為代表的以集成電路加工技術為基礎的硅基微加工技術;二是以德國為代表發(fā)展起來的利用 X 射線深度光刻、微電鑄、微鑄塑的 LIGA 技術;三是以日本為代表發(fā)展的精密加工技術，如微細電火花 EDM、超聲波加工。

　　盡管 MEMS 和 IC 在封裝和外觀上具有相似性，但實質上 MEMS 在芯片設計和制造工藝方面與 IC 不同。 IC 一般是平面器件，通過數(shù)百道工藝步驟，在若干個特定平面層上使用圖案化模板制造而來，表現(xiàn)出特定的電學或電磁學功能來實現(xiàn)模擬、數(shù)字、計算或儲存等特定任務。理想狀態(tài)下， IC 基本元件(晶體管)是一種純粹的電學器件，幾乎所有的 IC 應用和功能方面具有共通性。相對地，MEMS 是一種 3D 微機械結構?；诠韫に嚰夹g， MEMS 相比于傳統(tǒng)的“大型器件”，微米級別的 MEMS 器件能夠更廣泛、靈活地應用在汽車電子、消費電子等領域。

　　國內 MEMS 主要的傳感器設計公司有美新半導體、明皜傳感、矽?？萍?、深迪半導體、敏芯微電子等。 同時國內 MEMS 企業(yè)規(guī)模還相對較小，單個企業(yè)較少有年銷售額超過 1 億美金; 高端傳感器還主要是以進口產品為主，整個 MEMS 傳感器主要以國外品牌為主。根據(jù)《中國傳感器產業(yè)發(fā)展白皮書(2014)》顯示中國中高端傳感器的進口比例達 80%，傳感器芯片的進口比例更高達 90%，顯示本土中高端傳感器技術和產業(yè)化的落后。從產品使用領域結構來看， 國內 MEMS 公司在營業(yè)規(guī)模、技術水平、產品結構、與國外有明顯差距， 60%-70%的設計產品集中在加速度計、壓力傳感器等傳統(tǒng)領域。工藝開發(fā)是我國 MEMS 行業(yè)目前面臨最主要的問題， 產品在本身技術實力和生產工藝還有待于進步。

　　中國傳感器產品結構

　　雖然國內主要集中在初級階段，中低端應用。 但從近幾年的發(fā)展來看， 中國地區(qū)已經成為過去五年全球 MEMS 市場發(fā)展最快的地區(qū)。 2015 年，我國 MEMS 市場規(guī)模接近 300 億元，且連續(xù)兩年增幅高達 15%以上;而且從中長期來看，國內 MEMS 行業(yè)的發(fā)展增速會快于國外， 到 2020 年，我國傳感器市場增幅將進一步提升，年平均增長率將達到 20%以上，繼續(xù)保持全球前列。