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摸索中前行——中国MEMS众生相 [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主  发表于: 2015-10-10


摸索中前行——中国MEMS众生相

导读: 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。


  OFweek电子工程网讯:MEMS技术无疑已经成为最炙手可热的半导体技术之一。物联网大发展背景下,可以预见传感器率先受益,而MEMS传感器优势明显,将成未来趋势,空间巨大。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。值得欣喜的是,这一产业正在迅速崛起。
  中国MEMS产业,弱在哪里?
  毋庸置疑,虽然正在快速崛起中,中国整体MEMS产业现状与国外先进水平相比仍有不小的差距。敏芯微电子总裁李刚博士分析,造成此差距的原因在于,首先国内MEMS产业起步较晚,产业链端整体上比较落后,其次国内整体技术能力与国外先进水平有较大差距。他指出:“我个人认为SMIC在2009年宣布进入MEMS代工业务,算是国内MEMS大规模产业化的元年。美国的MEMS fabless设计公司帮助台湾打通了MEMS制造产业链(代工厂、封装厂、测试厂),顺畅的制造产业链也孵化了台湾本土的一些MEMS fabless设计公司。而本土MEMS产业链如何构建呢?代工厂最商业的思维就是承接国际大厂的代工业务,可是本土厂商如果没有很好的技术积累,国际大厂通常也不会与你合作。”
  除了产业链不完善,李刚还表示,“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。同时国内创业环境较差,对很多MEMS初创公司来说较难募集到资金。由于存在上述发展障碍,国内外的MEMS技术差距正在不断增大。”
  上海矽睿科技有限公司总裁谢志峰博士表示,在全球MEMS初期发展阶段,国内这方面的研究集中于科研院所,但是产业化发展一直没有形成规模;近几年在政府大力支持和各渠道资金的投入下,本土MEMS产业开始快速成长,产业链逐渐形成规模。目前国内已经建成了多条达到国际水准的8寸MEMS生产线,但是在工艺制程的研发上还有较长的路要走。目前国内大部分MEMS厂商在国际市场上还缺乏竞争力,但是在个别领域,例如麦克风产品已经具有了可观的市场占有率。“由于MEMS产品种类的多样性,使得工艺的发展也各有不同,供应商的数量较多而缺乏规模效应,这一点在本土显得尤为突出。”他指出。
  的确,与IC技术相异的是,MEMS技术的工艺、制造是其技术集中的核心领域,在相当大的程度上制约了中国MEMS产业,特别是MEMS创业设计公司的发展。“在美新1999年在国内和美国同时启动时,全世界基本上没有MEMS代工。所有做MEMS的公司,包括美新在内,都得自己建立内部工厂。这使得MEMS创业难上加难。”美新半导体董事长兼CEO赵阳博士指出。因此受整个芯片产业基础薄弱的影响,MEMS产业还没能在国际竞争中占据有利地位,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。无锡必创传感科技有限公司总经理徐锋补充道:“相比起国际主流厂家,中国MEMS企业出货量都比较小,所以没有积累起大规模市场验证反馈的经验,在可靠性、稳定性等规模生产工艺技术方面差距巨大。而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。”
  来自制造端的上海华虹宏力半导体技术研发暨设计服务执行副总裁孔蔚然博士表示,相对于欧美的MEMS企业,中国的MEMS产业处于起步阶段,短期内无法满足对MEMS市场的旺盛需求。“与标准化的IC制造相比,MEMS制造通常需要一些专用基础设备投入,并且需要设计环节和生产制造环节紧密配合。一方面,很多原来制造中的问题要移到设计中去解决;另一方面,一些设计中的困难需要制造工艺来克服。从MEMS产业发展历程来看,各类MEMS产品的初期研发阶段往往是始于那些欧美日IDM大厂。到目前为止,IDM大厂在大多数MEMS产品的技术和市场上仍处于绝对领先态势。”
  同时他还特别指出,当前中国MEMS产业存在专业支撑平台能力不足、技术成果转化周期长等问题。“国内发展CMOS集成MEMS方案务必需要研究其他大厂的现有专利,以防止误触他人的专利范畴。此外,在MEMS市场竞争激烈之下,为了在市场上占据一席之地,降低生产成本已成为刻不容缓的课题。”
  市场摇篮能否孕育中国MEMS产业后发优势?
  那么,依靠中国这个最大的半导体、电子消费市场,中国MEMS产业是否有机会凭借地域优势赶超先进?答案是肯定的。对此,孔蔚然总结了三点优势所在。第一,最直接的终端消费市场需求。由于智能手机、平板电脑的巨大市场需求,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。根据IHS的资料,MEMS传感器市场于2014年的规模为93亿美元,并预测于2019年增至130亿美元,年复合增长率为7%。
  同时,作为世界制造大国,中国是消费电子、汽车的最大生产和消费国,这也决定了中国是芯片消费大国。相比IC产品,中国在MEMS传感器产品的自给率更低。但是,差距同时也是机遇。国内MEMS产业势必需要加快自主研发进度,发扬技术创新,加强上中下游合作,尽早形成产业化,并最终在MEMS市场中占据一席之地甚至持续扩大市场份额。
  第二,成熟的CMOS技术工艺和产能。国内200mm CMOS工艺及产线已经具备多年相当成熟的量产经验,CMOS集成MEMS方案是国内MEMS传感器发展壮大的唯一出路。以Fabless+Foundry模式,利用成熟的CMOS集成电路生产线,整合MEMS专用设备及工艺,实现MEMS器件与标准CMOS工艺及产线的全兼容,有利于加快MEMS产业的发展,降低成本,避免重复投资,延长200mm设备及厂房技术寿命。
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只看该作者 沙发  发表于: 2015-10-10
第三,有力的政策支持。鉴于中国消费类电子、汽车应用、医疗等各领域对MEMS元件的强劲需求,政府正大力推动本土MEMS产业的发展,着力将本土晶圆代工厂、IC设计公司与半导体设备供应商联合起来,形成完整的产业链,并为此提供强大的资金后援和有力的政策支持。2014年6月,国务院更是以“国家集成电路发展纲要”积极布局半导体产业,以市场化运作的基金方式投入,从而也为MEMS产业的发展提供了一个良好的条件。
  李刚补充认为,在整个行业大背景下,中国MEMS产业面临着众多优势及机遇。“首先,中国作为一个大国,有着人力资源的优势:中国有着众多国家基金支持(如863、973、电子发展基金、核高基等)的研究所及大学,培养了众多的MEMS专业人才,涉及到了MEMS基础研究的各个方面(材料、工艺、器件、可靠性、封装等等),可以满足基础研发的需求。
  中国拥有庞大的在美国及欧洲留学及工作的MEMS人才,如加以利用,可以解决高端研发人才缺乏的问题。其次,中国MEMS产业更多的机遇则来自于现有的产业环境,包括市场时机、市场空间、工业基础等多方面因素。”
  而徐锋认为,随着物联网市场的发展,传感器需求量会出现持续的增长,而MEMS工艺是目前满足市场需求的最佳传感器巨量生产技术。“只要是少数国际厂商垄断的行业,中国企业都有兴趣进入,所以将会有越来越多的资本和企业会进入这个行业,市场需求和少数国际企业垄断格局将会促进中国本土MEMS产业的发展。”
  谢志峰则补充说,随着国内在IC产业基础上衍生出的逐步完善的MEMS产业链,也让各类风投资金看到了本土MEMS产业的未来,并已经促成了一系列本土MEMS设计企业的建立。“从海外归来的具有丰富MEMS经验的技术人才和管理人才成为本土MEMS企业建立的基础,使得本土MEMS企业可以在技术上实现较快的突破。”他强调,“未来几年内可穿戴设备和物联网应用的爆发是可期待的。可以预见的是在健康医疗、环保、家庭安全、新能源汽车等领域,各类MEMS技术将会得到广发应用;随着各类需求更加明确,新兴的MEMS技术在化学、光电、生物等方面应该会有所突破。” 李刚认为RF-MEMS,化学传感器(例如气体传感器)、MOEMS,BioMEMS,Actuator等新兴技术将会得到更多的发展。
  关于如何壮大中国MESM产业的思考
  与半导体产业黄金“摩尔定律”不同,MEMS的黄金定律则为“一类产品线,一种制造工艺”。对半导体而言,做“脑细胞”的工艺是一样的,因此可以不断复制,而对MEMS而言,做眼睛的工艺很难用来做鼻子,做鼻子的工艺很难来做耳朵。MEMS目前这种制造工艺非标准化的特点就决定了现在没有一个公司覆盖全部市场,形成垄断地位。也正这样的行业特性留了足够的战略发展空间给中国的MEMS公司。“起步晚,底子薄,技术能力差,更重要的是创新能力差,总是做me too的东西。”李刚痛心地表示,无论是IC领域,还是MEMS领域,本土厂商皆是如此。“不过优势在于我们有庞大的下游市场;多层次的本土市场;开始逐步完善的MEMS产业链;技术单点突破的能力。估计会先单点突破,例如在某几个产品线上的突破,后续才会全面突破。全面超越估计会先从产业链端的封装和测试领域,设计公司和Fab估计在2020年前很难超越。”
  作为MEMS设计公司的敏芯,李刚指出设计公司环节与国外竞争对手相比,有困难,有突破。“首先,我们在整合国内MEMS产业链上花费了巨大的时间和资本上的投入,推动国内MEMS产业链的发展。突破为敏芯是唯一一个全产业链本土化的MEMS量产(>1kk支/月)公司。目前公司有三条产品线,硅麦克风、压力传感器与加速度传感器,市场上目前处于开拓阶段,还未全面进入国内一线手机厂商。手机领域客户有海信、传音等,ODM项目包括魅蓝、小锤子、TCL、ZTE等。非手机领域包括philips,logitech,asus,小米,乐视等。公司近期的策略是针对存量市场做代替型产品,将来会布局一些完全创新的产品线。 ”
  必创科技2010年左右开始MEMS传感器芯片投入,徐锋强调, “我们的研发团队都是中国最早进入MEMS传感器行业的高素质人员,具有20年以上的MEMS传感器研发经验。我们在MEMS传感器制程中,除了流片是外包代工的,其他的设计,封装测试我们都是自己投资建设的,我们做了大量的批产工艺设计和生产线研发,很多关键生产设备都是自己研发的,特别是我们的压力传感器芯片的开口封装(BOWP)技术,完全是我们自主的发明创造,对比国际其他主流厂商具有明显的优势和差异性。”他补充说,“我们目前把所有的资源都聚焦在MEMS压力传感器芯片这一单一品类上,主要面向汽车和消费品市场,目前国内大部分的汽车传感器制造企业都已经采用或者已经考虑使用必创的MEMS压力方案。下一步我们会持续改进我们的MEMS压力传感器设计生产线,准备扩展海外市场。”
  美新则非常独特,不同于所有MEMS公司。 “我们从设计,封装,测试,圆片流程样样都有。以前都是自己开发,自己建厂,自己生产。我们的MEMS传感器已经在数十亿个手机和消费电子设备中。我们的高精度MEMS传感器在五千万辆汽车中。同时我们还有MEMS应用系统解决方案。比如我们的MEMS惯性导航模块应用于工业和航天,安装在精准农业拖拉机,无人机,通用飞机,民用喷气机,及战斗机等等。我们的流量传感系统安装在工业医疗设备中以及气表中。电流传感器应用于服务器和各种工业电力系统中。我们的无线局域网系统用于加州葡萄园和桥梁监测。” 赵阳强调,“我们未来的发展将集中在MEMS传感器在高精度工业的应用。”
离线frank

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只看该作者 板凳  发表于: 2015-10-10
矽睿作为一家轻资产重技术的MEMS设计企业,与华虹宏力正是MEMS领域的合作伙伴。谢志峰表示,“在工艺制造方面,我们和华虹宏力联合开发了国内最先进的8寸MEMS-CMOS工艺制程,成功推出多款达到国际水平的MEMS产品。该领域设计企业数量较少,产品集中于加速度传感器、磁传感器、陀螺仪及相关组合传感器,主要满足智能移动终端和可穿戴产品的应用,并面向未来物联网的各类需求。目前包括魅族、青橙等国内知名手机厂商已经采用了我们的产品和方案。”未来,他表示矽睿将形成业界最完整的运动传感器系列产品线,并着重于研发配套算法和软件,针对客户需求开发高附加值的应用方案,为客户提供最为高效的系统级服务。
  而华虹宏力位于MEMS产业的晶圆制造环节,着眼于开发具有自主知识产权的CMOS-MEMS智能传感器产品集成制造技术平台,重点开发面向智能移动终端和物联网的智能传感器芯片制造工艺平台,包括表硅MEMS及体硅MEMS工艺平台。“华虹宏力投资矽睿科技进行战略合作,发力MEMS传感器市场,已经合作了多款产品。近期双方更是联合推出国内第一款单芯片三轴陀螺仪QMG6982,首次将MEMS陀螺仪器件和ASIC器件集成在单一硅片上,从而简化了内部连线,减少了内部封装的互连金线,提升了封装可靠性,因此较上一代产品体现出更高的性能和良率。” 孔蔚然指出,“MEMS传感器是华虹宏力一个新的增长机会。我们正在加大与客户的合作,进一步巩固和加强现有MEMS传感器工艺技术及其产品在智能移动终端的市场渗透率,同时也将大力拓展智能穿戴设备、物联网、汽车和医疗等应用领域。同时,为了确保公司的持续竞争力,我们还将继续加强由包含MEMS传感器等研发项目产生重要的创新技术而不断增加专利和专利申请,大力捍卫我们的知识产品组合。”
  中国MEMS产业前方仍面临着一条艰难的道路。然而可以预见的是,未来中国还将出现更多的MEMS初创公司,分散在各类传感器产品领域,并可能出现影响全球MEMS市场的关键角色,改变目前由国际巨头瓜分市场的竞争势态,抒写中国‘芯’的新篇章。在制造端,以及本文未涉及的封测端,在行业、市场与政府联合推动下,摸索前进。