近年來，MEMS技術(shù)以其驚人的創(chuàng)新潛力，成為科技領(lǐng)域的一顆耀眼明星。

MEMS全稱Micro Electromechanical System，即微機(jī)電系統(tǒng)，MEMS產(chǎn)品將具有不同功能的微傳感器、微執(zhí)行器、微結(jié)構(gòu)、信號(hào)處理與控制電路、通訊/接口單元在硅晶圓上制作而成，是微型機(jī)械加工工藝和半導(dǎo)體工藝相結(jié)合的產(chǎn)品。

簡單來講，MEMS是一種結(jié)合了機(jī)械和電子技術(shù)的微小裝置。

由于MEMS擁有小型化、低功耗、集成化、智能化等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、汽車、工控、醫(yī)療等領(lǐng)域，用于感知運(yùn)動(dòng)、聲音、溫度、壓力等，并且MEMS器件在幾乎所有市場(chǎng)中都得到越來越多的采用。

MEMS是傳感器乃至整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)重要的技術(shù)分支，目前正處于第三次產(chǎn)業(yè)浪潮的爆發(fā)期，方興未艾。未來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、自動(dòng)駕駛等新興技術(shù)的發(fā)展成熟，MEMS新產(chǎn)品、新功能、新應(yīng)用也將不斷涌現(xiàn)，從而帶動(dòng)MEMS行業(yè)規(guī)模持續(xù)增長。

根據(jù)Yole Group近期發(fā)布的MEMS年度報(bào)告《Status of the MEMS Industry 2023》顯示，MEMS市場(chǎng)將以5%的年復(fù)合增長率，從2022年的145億美元增長到2028年的200億美元。

在這個(gè)增長過程中，消費(fèi)市場(chǎng)仍然是MEMS市場(chǎng)中最大的細(xì)分領(lǐng)域。在這一細(xì)分市場(chǎng)中，新興的可穿戴應(yīng)用將抵消最近智能手機(jī)需求量的下滑，以4%的年復(fù)合增長率從76億美元增長到94億美元；汽車產(chǎn)業(yè)繼續(xù)從日益增加的車內(nèi)自動(dòng)駕駛功能中獲益，并將保持第二大市場(chǎng)的地位。MEMS滲透率在自動(dòng)駕駛和ADAS功能集成的推動(dòng)下不斷增長，有助于緩沖汽車市場(chǎng)總體上略為平坦或緩慢增長的局面。GNSS定位需要用到MEMS慣性傳感器，激光雷達(dá)需要用到MEMS微鏡，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)舒適性需要用到MEMS環(huán)境傳感器，這些需求將幫助市場(chǎng)達(dá)到7%的年復(fù)合增長率，截至2028年市場(chǎng)規(guī)模可增至41億美元；而工業(yè)和醫(yī)療市場(chǎng)在預(yù)測(cè)期的年復(fù)合增長率至少為5%。工業(yè)市場(chǎng)由工業(yè)自動(dòng)化和工業(yè)4.0實(shí)施推動(dòng)，工廠中的機(jī)器人或AGV等所用的慣性傳感器、振蕩器和壓力傳感器將是這一市場(chǎng)的關(guān)鍵。診斷和監(jiān)測(cè)設(shè)備的持續(xù)小型化以及可穿戴設(shè)備的引入將增加MEMS組件在醫(yī)療領(lǐng)域中的需求。預(yù)測(cè)期內(nèi)，電信市場(chǎng)預(yù)計(jì)呈現(xiàn)28%的最高年復(fù)合增長率，其中用于開關(guān)的光學(xué)MEMS和MEMS振蕩器在滿足數(shù)據(jù)需求的指數(shù)級(jí)增長上將扮演越來越重要的角色。

此外，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市等應(yīng)用領(lǐng)域智能化趨勢(shì)明顯，隨著信息時(shí)代新興領(lǐng)域的崛起，MEMS傳感器的應(yīng)用范圍也將不斷擴(kuò)展，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>

隨著全球?qū)鞲衅骰蛿?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的需求持續(xù)增長，Yole回顧了過去20年中，MEMS行業(yè)表現(xiàn)出持續(xù)的創(chuàng)新，甚至開辟了新的產(chǎn)品視角。多年來，各種市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素、接連發(fā)生的危機(jī)和生態(tài)系統(tǒng)變化塑造了當(dāng)今價(jià)值超過140億美元的MEMS產(chǎn)業(yè)。

MEMS產(chǎn)業(yè)回顧

1959年，著名物理學(xué)家Richard Feynman發(fā)表了題為Theres Plenty of Room at the Bottom的著名演講，首次提出微機(jī)械的概念。1987年，加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家借鑒集成電路(IC)工藝，制作出了直徑僅為100μm左右的硅微靜電微電機(jī)，與人類頭發(fā)絲的粗細(xì)相當(dāng)，這被認(rèn)為是MEMS時(shí)代到來的標(biāo)志。

此后，MEMS技術(shù)進(jìn)入飛速發(fā)展的時(shí)代，各種MEMS產(chǎn)品層出不窮，應(yīng)用在各種尖端技術(shù)領(lǐng)域。

MEMS傳感器第一輪商業(yè)化浪潮始于20世紀(jì)八九十年代，MEMS壓力和慣性傳感器開始在汽車上的應(yīng)用。2003年，隨著更先進(jìn)的安全功能開始融入車輛中，汽車成為主要推動(dòng)力，例如安全氣囊中使用的加速計(jì)、ESP系統(tǒng)的陀螺儀以及早期采用的用于輪胎壓力監(jiān)測(cè)的壓力傳感器是MEMS的首批汽車應(yīng)用之一。

如今，受益于汽車行業(yè)安全規(guī)定及信息化、智能化浪潮，MEMS傳感器在汽車領(lǐng)域得到飛速發(fā)展。據(jù)相關(guān)調(diào)研數(shù)據(jù)，目前平均每輛汽車包含10-30個(gè)MEMS傳感器，而在高檔汽車中大約會(huì)采用30甚至上百個(gè)MEMS傳感器。

第二輪的浪潮出現(xiàn)源于PC的興起，MEMS技術(shù)在投影儀和噴墨打印頭上大量使用，惠普的MEMS噴墨打印頭和德州儀器用于投影應(yīng)用的DLP在此時(shí)創(chuàng)造了巨大的需求，在數(shù)量和銷售額方面逐漸超過了汽車行業(yè)，德州儀器與惠普一起成為早期市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者。

之后，智能手機(jī)的流行進(jìn)一步推動(dòng)這波浪潮的快速發(fā)展。2007年，iPhone的問世以及隨后智能手機(jī)的廣泛采用導(dǎo)致了消費(fèi)領(lǐng)域MEMS需求激增，自動(dòng)屏幕旋轉(zhuǎn)創(chuàng)造了對(duì)加速計(jì)的早期需求，而導(dǎo)航輔助、計(jì)步和游戲等更先進(jìn)的功能的引入進(jìn)一步推動(dòng)了智能手機(jī)對(duì)慣性傳感器的需求。MEMS麥克風(fēng)也開始應(yīng)用于智能手機(jī)，并最終成為業(yè)內(nèi)出貨量最大的MEMS設(shè)備之一。

據(jù)Yole Development統(tǒng)計(jì)，單部智能手機(jī)的MEMS傳感器總量將從2014年的12顆上升到2021年的20顆。主要包括加速度計(jì)、陀螺儀、壓力傳感器、MEMS麥克風(fēng)等傳感器，以及射頻器件。隨著智能手機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新和手機(jī)廠商差異化競(jìng)爭(zhēng)的趨勢(shì)，傳感器數(shù)量還將繼續(xù)增長。

目前，MEMS正由于AIoT的發(fā)展，開啟第三個(gè)發(fā)展浪潮。萬物互聯(lián)時(shí)代的核心是傳感、互連和計(jì)算，隨著AIoT落地而涌現(xiàn)出的可穿戴設(shè)備、智能家居等新興應(yīng)用領(lǐng)域也廣泛使用了MEMS 傳感器產(chǎn)品。

近年來，智能手表、TWS耳機(jī)和VR/AR等可穿戴設(shè)備的采用不斷增加，也推動(dòng)了MEMS行業(yè)的發(fā)展。第二次消費(fèi)浪潮以及隨后對(duì)慣性MEMS傳感器的需求激增，使意法半導(dǎo)體和博世從TI和HP等早期領(lǐng)導(dǎo)者手中奪取了市場(chǎng)領(lǐng)先地位。

總結(jié)來看，MEMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程大概可分為三個(gè)階段：1990-2000年的汽車電子化浪潮，點(diǎn)燃了MEMS傳感器的需求；2000-2010年的消費(fèi)電子浪潮，推動(dòng)MEMS傳感器呈現(xiàn)多品類、多功能一體化的發(fā)展態(tài)勢(shì)；2010年至今的物聯(lián)網(wǎng)及人工智能浪潮，帶動(dòng)了MEMS傳感器單品放量、軟硬協(xié)同化發(fā)展。

Yole Intelligence的技術(shù)與市場(chǎng)分析師Pierre Delbos表示：隨著可穿戴技術(shù)日趨成熟，以及越來越多的終端產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，新涌現(xiàn)的可穿戴設(shè)備功能可以緩解智能手機(jī)購買量下滑帶來的影響，尤其是在中國市場(chǎng)。

例如像無線耳機(jī)、智能手表，以及AR/VR頭戴設(shè)備這樣的產(chǎn)品擁有導(dǎo)航輔助、高度測(cè)量、空間音頻甚至睡眠監(jiān)測(cè)等新功能，OEM廠商正在集成更多MEMS組件進(jìn)一步提高性能和增強(qiáng)功能性，這導(dǎo)致了MEMS滲透率的提高。

根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到2025年物聯(lián)網(wǎng)總連接數(shù)達(dá)到102.7億，物聯(lián)網(wǎng)需求帶動(dòng)MEMS市場(chǎng)規(guī)模不斷提升。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的MEMS增量市場(chǎng)在110億元，占市場(chǎng)總量約10%，預(yù)計(jì)2025年提升到20%。

在上述過程中，中國及全球MEMS產(chǎn)業(yè)幾十年來風(fēng)云變幻，新舊企業(yè)起起落落，MEMS霸主幾經(jīng)易主，產(chǎn)業(yè)并購無數(shù)。

圖源：Yole Intelligence《Status of the MEMS Industry 2023》

從當(dāng)前全球MEMS公司ToP 30名單來看，博世仍然是全球最大的MEMS企業(yè)，并且比2021年強(qiáng)勁增長12%，博通仍然位居第二但增長乏力，而高通則受益于5G 通信對(duì)MEMS射頻濾波器的需求，獲得了21%的高速增長，成功進(jìn)入全球前三。意法半導(dǎo)體因?yàn)槠囀袌?chǎng)MEMS傳感器的增長進(jìn)入ToP4。

中國企業(yè)方面，歌爾微電子仍然是全球MEMS產(chǎn)業(yè)排名最高的中國企業(yè)，今年排名第9，主要受消費(fèi)電子需求低迷影響導(dǎo)致出貨量下降，同樣是全球MEMS麥克風(fēng)巨頭的樓氏電子也出現(xiàn)營收下滑的情況。

總共有6家中國MEMS企業(yè)進(jìn)入全球ToP 30，除了歌爾微電子外，還有瑞聲科技（排名23），賽微電子全資子公司Silex Microsystems（排名26），臺(tái)積電（排名27），?？低暎ㄅ琶?9），睿創(chuàng)微納（排名30）。

可以看到，本次名單出現(xiàn)了?？低暫皖?chuàng)微納兩家國產(chǎn)MEMS企業(yè)。

MEMS技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)？

MEMS技術(shù)在目標(biāo)市場(chǎng)中已經(jīng)較為成熟。但隨著創(chuàng)新正在發(fā)生，OEM希望能夠持續(xù)優(yōu)化成本、尺寸和性能，這也將進(jìn)一步推動(dòng)MEMS市場(chǎng)和技術(shù)需求。

為了保持競(jìng)爭(zhēng)力，MEMS行業(yè)始終在追求創(chuàng)新。

業(yè)內(nèi)人士應(yīng)該了解，MEMS與生俱來就具有創(chuàng)新的能力，這種創(chuàng)新能力最早始于其極具創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)、創(chuàng)新性的結(jié)構(gòu)、以及創(chuàng)新性的封裝技術(shù)等。例如，在博世公司首次在專用集成電路ASIC中引入硅通孔技術(shù)（TSVs），并在3軸加速器上采用了晶圓級(jí)芯片規(guī)模封裝技術(shù)之后，與其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手ST和mCube相比，博世MEMS產(chǎn)品的封裝尺寸減小至55%。此項(xiàng)技術(shù)突破幫助他們減小了硅芯片的尺寸，并因此很好的降低了產(chǎn)品成本。

此類創(chuàng)新競(jìng)賽從未停上過。mCube后續(xù)又憑借其MC3600系列加速器的創(chuàng)新方案再次反超博世公司，重新居于領(lǐng)跑地位。

如今，MEMS領(lǐng)域的創(chuàng)新仍在繼續(xù)，這種創(chuàng)新不僅來自新技術(shù)，也包括成熟MEMS技術(shù)的新應(yīng)用。

先進(jìn)封裝：微型化、集成化趨勢(shì)

作為一種技術(shù)趨勢(shì)，MEMS傳感器和執(zhí)行器不斷致力于縮小尺寸、降低成本和提高性能，并正在轉(zhuǎn)向以異構(gòu)功能集成為關(guān)鍵的系統(tǒng)化。

首先，微型化不可逆，MEMS向NEMS（納機(jī)電系統(tǒng)）演進(jìn)。與MEMS類似，NEMS是專注納米尺度領(lǐng)域的微納系統(tǒng)技術(shù)，只不過尺寸更小。而隨著終端設(shè)備小型化、種類多樣化，MEMS向更小尺寸演進(jìn)是大勢(shì)所趨。

此外，從前端制造到封裝、模塊和系統(tǒng)集成，整個(gè)MEMS供應(yīng)鏈都朝著混合能力的方向發(fā)展。

隨著MEMS加工工藝的進(jìn)步，以及CMOS工藝和MEMS工藝的集成，MEMS傳感器可以在更小面積的芯片上集成更強(qiáng)大的運(yùn)算與存儲(chǔ)能力，更好地滿足系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)低成本、小體積、高性能的全面要求。

多傳感器融合

現(xiàn)代傳感器作為電子產(chǎn)品的感知中樞，通過加入微控制單元和相應(yīng)信號(hào)處理算法，還可以承擔(dān)自動(dòng)調(diào)零、校準(zhǔn)和標(biāo)定等功能，實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備的智能化。

同時(shí)，傳感器市場(chǎng)也正在呈現(xiàn)多項(xiàng)功能高度集成化和組合化。由于設(shè)計(jì)空間、成本和功耗預(yù)算日益緊縮，在同一襯底上集成多種敏感元器件、制成能夠檢測(cè)多個(gè)參量的多功能組合MEMS傳感器成為重要解決方案。

多傳感器融合技術(shù)有助于增加可獲得的數(shù)據(jù)數(shù)量，顯著提高系統(tǒng)的冗余度和容錯(cuò)性，從而保證決策的快速性和正確性。隨著設(shè)備智能化程度的提升，單個(gè)設(shè)備中搭載的傳感器數(shù)量不斷增加，多傳感器的融合和協(xié)同提升了信號(hào)識(shí)別與收集效果。

綜合來看，先進(jìn)的封裝技術(shù)，如多芯片模塊可以將多個(gè)芯片組合封裝，特別是3D堆疊封裝技術(shù)，代表著MEMS產(chǎn)品不斷向微型化和高集成化的發(fā)展趨勢(shì)邁進(jìn)，預(yù)示著其可在有限的體積內(nèi)集成更多的組件，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜更強(qiáng)大的功能。隨著MEMS傳感器的技術(shù)的發(fā)展，傳感器的體積將不斷縮小，這將有利于更多應(yīng)用領(lǐng)域，如消費(fèi)電子、汽車行業(yè)等領(lǐng)域，更易于整合到不同類型產(chǎn)品中。

基于此，業(yè)界還出現(xiàn)了很多新技術(shù)：

密封雙模技術(shù)

當(dāng)前，可聽設(shè)備和以音頻為中心的可穿戴設(shè)備對(duì)音質(zhì)和電池壽命都有很高的期望。因此，工程師必須利用先進(jìn)的MEMS技術(shù)和創(chuàng)新的電路設(shè)計(jì)跟上步伐。

例如，英飛凌在Apple Airpods Pro中的MEMS麥克風(fēng)中采用了密封雙膜技術(shù)，將其專有的MEMS技術(shù)和巧妙的ASIC設(shè)計(jì)發(fā)揮到極致，這種設(shè)計(jì)可以將功耗降低兩倍，將高音頻質(zhì)量和低噪聲結(jié)合在一個(gè)微型麥克風(fēng)設(shè)備中，也實(shí)現(xiàn)了超高SNR（信噪比）、極低失真，并且可以防止水和灰塵滯留在膜和背板之間，從而實(shí)現(xiàn)幾乎無噪音音頻信號(hào)捕獲。

英飛凌XENSIV IM69D128S MEMS麥克風(fēng)包括微型模塊封裝中的MEMS單元和ASIC

據(jù)悉，英飛凌MEMS麥克風(fēng)由最早的單背板技術(shù)、雙背板設(shè)計(jì)發(fā)展到現(xiàn)在轉(zhuǎn)向密封雙膜結(jié)構(gòu)，經(jīng)歷了將近20年。

單背板結(jié)構(gòu)就是一塊背極板配合著一層振膜，當(dāng)振膜受到聲壓作用時(shí)會(huì)在背極板上方振動(dòng)，利用振膜與背極板之間的距離變化關(guān)系傳遞電容信號(hào)的變化，這就是MEMS麥克風(fēng)將空氣振動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的基本感測(cè)原理。單背板架構(gòu)如下圖所示：

英飛凌單背板架構(gòu)示意圖

由于單背板MEMS麥克風(fēng)輸出的是一個(gè)單端信號(hào)，為了增強(qiáng)MEMS麥克風(fēng)的抗干擾能力，降低本底噪音，提高M(jìn)EMS麥克風(fēng)的信噪比，2017年，英飛凌成功量產(chǎn)了采用雙背板技術(shù)差分輸出的MEMS麥克風(fēng)產(chǎn)品，將MEMS麥克風(fēng)的信噪比提升到了69dB。

英飛凌雙背板（Dual-back plate）架構(gòu)示意圖

為了能夠在消費(fèi)級(jí)電子產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)錄音棚級(jí)別的音頻用戶體驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)一步提高M(jìn)EMS麥克風(fēng)產(chǎn)品的可靠性，增強(qiáng)抗污染及防水能力，英飛凌于2021年又成功量產(chǎn)了采用密封雙振膜技術(shù)的新產(chǎn)品，信噪比進(jìn)一步提升，同時(shí)MEMS麥克風(fēng)單體就能具備IP57級(jí)別的防塵和防水能力。

英飛凌MEMS芯片（左）和密封雙振膜結(jié)構(gòu)示意圖（右）

憑借密封雙膜技術(shù)帶來的高性能和低功耗的優(yōu)勢(shì)，此類MEMS產(chǎn)品適用于包括TWS、耳戴式耳機(jī)和聽力增強(qiáng)產(chǎn)品，同時(shí)也可以應(yīng)用于其他空間關(guān)鍵應(yīng)用，如可穿戴設(shè)備、智能手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等。

激光重新密封工藝

比如，2015年至2018年，博世在蘋果iPhone中的壓力傳感器從LGA封裝轉(zhuǎn)向O形圈防水封裝，讓蘋果提高了耐用性。在此期間，博世將MEMS芯片的尺寸減少了一半以上，從0.8mm2縮小到0.35mm2，遵循了行業(yè)小型化的模式。

博世還推出了新的制造技術(shù)，新的激光重新密封工藝可顯著減少壓力變化，從而最大限度地發(fā)揮 iPhone 14 Pro 內(nèi)慣性傳感器的性能。雖然該工藝比以前的工藝貴三倍，但它允許將MEMS陀螺儀和加速度計(jì)集成到同一芯片上，從而實(shí)現(xiàn)傳感器的進(jìn)一步小型化并更好地控制腔內(nèi)的真空水平。

MEMS器件真空封裝結(jié)構(gòu)

MEMS器件真空封裝的制造工藝主要包括基底加工、薄膜沉積、真空腔室形成和密封結(jié)構(gòu)制備等步驟。該結(jié)構(gòu)是為了保護(hù)其微觀結(jié)構(gòu)免受外部環(huán)境影響，如溫度、濕度、氣體等，能夠有效降低器件的氣阻，提高其靈敏度和性能穩(wěn)定性。

MEMS器件真空封裝結(jié)構(gòu)及其制造工藝對(duì)于確保器件的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。通過精確的基底加工、薄膜沉積、真空腔室形成和密封結(jié)構(gòu)制備等工藝步驟，可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的真空封裝。

然而，由于MEMS器件的尺寸和復(fù)雜性不斷增加，其真空封裝制造工藝也面臨著諸多挑戰(zhàn)。未來，隨著封裝技術(shù)的不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，有望進(jìn)一步提高M(jìn)EMS器件真空封裝的性能和可靠性。

總結(jié)來看，隨著MEMS技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于封裝技術(shù)的要求也將不斷提高。未來的封裝技術(shù)需要在降低成本、提高生產(chǎn)效率、縮小封裝體積等方面取得更多突破。例如，通過集成多種功能的封裝技術(shù)，可以減少器件間的連接，提高整體性能。此外，新型材料的開發(fā)和應(yīng)用也將為MEMS器件真空封裝帶來更多可能性。

在實(shí)際應(yīng)用中，為了滿足不同MEMS器件的需求，封裝技術(shù)應(yīng)具備一定的靈活性和可定制性。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，未來研究應(yīng)聚焦于多種封裝技術(shù)的融合和創(chuàng)新，如將微觀和宏觀尺度的封裝技術(shù)相結(jié)合，以及將傳統(tǒng)和新興封裝技術(shù)相結(jié)合。

總之，MEMS器件真空封裝結(jié)構(gòu)及其制造工藝在保證器件性能和穩(wěn)定性方面起著至關(guān)重要的作用。未來的研究和發(fā)展將繼續(xù)專注于提高封裝技術(shù)的性能、可靠性和生產(chǎn)效率，以滿足不斷變化的MEMS器件需求。通過不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，有望為各行各業(yè)提供更加高效、穩(wěn)定和可靠的MEMS器件解決方案。

MEMS晶圓：向12英寸邁進(jìn)

另一個(gè)值得注意的趨勢(shì)是從6、英寸8英寸到12英寸MEMS制造的轉(zhuǎn)變。雖然這對(duì)MEMS廠商來說需要大量投資，但它可以更好地與12英寸CMOS晶圓集成，并支持最佳設(shè)備性能。

當(dāng)前全球毫無疑問的MEMS傳感器王者，博世正在推進(jìn)位于德國東部城市德累斯頓的12英寸MEMS晶圓產(chǎn)線建設(shè)，該項(xiàng)目投資10億歐元。

國內(nèi)MEMS行業(yè)也在大步向前。去年1月，賽微電子宣布將在合肥高新區(qū)建設(shè)12英寸MEMS生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)總投資為51億元，建成后月產(chǎn)能為2萬片。

另外，在更早的2020年12月，士蘭微的12英寸生產(chǎn)線就在廈門海滄正式投產(chǎn)了，該項(xiàng)目總投資170億元，規(guī)劃建設(shè)兩條以功率半導(dǎo)體芯片、MEMS傳感器芯片為主要產(chǎn)品的12英寸特色工藝功率半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)線。

此外，目前中國大陸規(guī)模最大的MEMS代工企業(yè)中芯集成，在今年5月底發(fā)布的公告稱，將在紹興濱海新區(qū)投資建設(shè)中芯紹興三期12英寸特色工藝晶圓制造中試線項(xiàng)目。

此前，計(jì)劃募集資金使用項(xiàng)目包括MEMS和功率器件芯片制造及封裝測(cè)試生存基地技術(shù)改造項(xiàng)目，二期晶圓制造項(xiàng)目以及補(bǔ)充流動(dòng)資金。后續(xù)調(diào)整后，新增中芯紹興三期12英寸特色工藝晶圓制造中試線項(xiàng)目。

去年12月，12英寸先進(jìn)智能傳感器及特色工藝晶圓制造產(chǎn)線項(xiàng)目——廣州增芯一期第一階段項(xiàng)目正式動(dòng)工，增芯是12英寸先進(jìn)智能傳感器及特色工藝晶圓制造產(chǎn)線，為MEMS制造生產(chǎn)線項(xiàng)目。計(jì)劃2024上半年通線，2025年年底滿產(chǎn)，將建設(shè)月加工2萬片12英寸的晶圓制造量產(chǎn)線。

很明顯可以看出，全球MEMS晶圓的產(chǎn)能正向12英寸過渡，中國半導(dǎo)體也在朝著這個(gè)方向努力。12英寸MEMS制造日益成為現(xiàn)實(shí)，除了它帶來的額外產(chǎn)能之外，還看到12英寸制造在小型化以及整體設(shè)備可用性和質(zhì)量方面的其他關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。

此外，MEMS傳感器制造商正試圖通過為MEMS傳感器添加軟件、處理和計(jì)算能力，賦予其額外的功能，從而擺脫商品化周期并提升價(jià)值鏈。MEMS傳感器與邊緣或云中的AI/ML/DL相結(jié)合的應(yīng)用正在開辟一條道路。

機(jī)遇背后，MEMS挑戰(zhàn)尚在

近年來，隨著MEMS技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，全球MEMS產(chǎn)業(yè)持續(xù)呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

雖然MEMS技術(shù)已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，但仍存在一些挑戰(zhàn)需要克服。

首先，MEMS技術(shù)的制造工藝要求非常高，包括納米級(jí)別的加工和控制，這增加了生產(chǎn)成本和制造難度。為了推動(dòng)MEMS技術(shù)的發(fā)展，需要不斷改進(jìn)制造工藝，提高生產(chǎn)效率和可擴(kuò)展性。其次，MEMS器件的可靠性和穩(wěn)定性也是需要關(guān)注的問題。由于MEMS器件的微小尺寸和復(fù)雜結(jié)構(gòu)，容易受到環(huán)境因素和振動(dòng)等影響，可能導(dǎo)致性能不穩(wěn)定或壽命縮短。因此，需要加強(qiáng)對(duì)MEMS器件的可靠性測(cè)試和可持續(xù)性設(shè)計(jì)，確保其在各種應(yīng)用環(huán)境下能夠穩(wěn)定工作。此外，MEMS技術(shù)還需要與其他技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行深度融合，以實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。例如，與人工智能、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等技術(shù)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)MEMS傳感器數(shù)據(jù)的智能分析和應(yīng)用。通過數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以提取出有價(jià)值的信息，并為各個(gè)領(lǐng)域的決策提供支持。

MEMS在封裝方面同樣存在挑戰(zhàn)，目前的MEMS封裝技術(shù)大都是由集成電路封裝技術(shù)發(fā)展和演變而來，但是由于其應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性，使其與集成電路封裝相比又有很大的特殊性，不能簡單將集成電路封裝直接去封裝MEMS器件。

與IC封裝類似，MEMS封裝在機(jī)械支撐、環(huán)境保護(hù)和電氣連接3個(gè)方面存在差異性。除此之外，在實(shí)際的MEMS封裝中，還必須考慮下面一些因素：首先，封裝必須給傳感器帶來的應(yīng)力要盡可能小，材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）必須與硅的熱膨脹系數(shù)相近或稍大，由于材料的不匹配，很容易導(dǎo)致界面應(yīng)力，從而使芯片發(fā)生破裂或者分層。對(duì)于應(yīng)力傳感器，在設(shè)計(jì)時(shí)就必須考慮封裝引起的應(yīng)力給器件性能的影響，其次，對(duì)于一般的MEMS結(jié)構(gòu)和電路封裝，散熱是必須要給予充分重視的，高溫下器件失效的可能性會(huì)大大增加，而對(duì)于熱流量計(jì)和紅外傳感器，適當(dāng)?shù)臒岣綦x會(huì)提高傳感器的靈敏度。

總之，MEMS技術(shù)憑借其獨(dú)特的特點(diǎn)和廣闊的應(yīng)用前景，成為科技領(lǐng)域的一股強(qiáng)勁力量。作為More than Moore的重要方向和突破口，并在人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等熱點(diǎn)應(yīng)用風(fēng)口催化下，MEMS產(chǎn)業(yè)迎來了巨大的戰(zhàn)略機(jī)遇期。

雖然面臨一些挑戰(zhàn)，但通過不斷的研發(fā)和創(chuàng)新，相信MEMS技術(shù)將繼續(xù)邁向更高峰。

就像行業(yè)專家林雪萍在文章中所述：MEMS傳感器仍然是一種預(yù)言，萬物有眼，劇透未來。MEMS廠家的一舉一動(dòng)，就像是一本關(guān)于未來產(chǎn)品的參考書，預(yù)示著各種可能的智能之路。