隨著新一輪工業革命和產業變革的蓬勃興起,智能傳感器正在被廣泛應用于工業互聯網、自動駕駛、生物醫療、5G等眾多領域,其發展前景廣闊無限。智能傳感器是連接物理世界與數字世界的橋梁。其中,以MEMS為代表的智能傳感器是傳感器的發展趨勢。
MEMS產業機遇大于挑戰
科創板的設立促進了MEMS產業發展。科創板將對新業態、新模式、新產業、新技術高發的MEMS產業產生直接的促進作用;助力MEMS產業新龍頭的產生,加速企業的優勝劣汰,促進行業快速發展。
中國MEMS產線類型占比
國內MEMS產業在“機遇與挑戰”中穩步前進。一方面,2020年新冠肺炎疫情爆發,國際貿易環境復雜多變,國內產業的發展面臨著諸多挑戰,高端芯片、EDA軟件、制造與測試設備等有待發展。另一方面,后疫情時代,在“物聯網技術的快速推廣”和“新基建加速新技術的產業應用”等因素的驅動下,國內MEMS產業迎來了前所未有的發展機遇,穩中求進必然是MEMS產業在2021年的主題。
“智能化、微型化、集成化”已經成為MEMS產業的新共識。全球主要傳感器和儀器儀表企業早已加大了MEMS的研發與投入,通過自主研發、收購、合作等方式,不斷增強自身在智能傳感器和MEMS領域的技術積累。
MEMS產業鏈逐步完善
MEMS產業主要是伴隨著集成電路產業發展起來的,主要分為研發設計、生產制造(晶圓制造和封裝測試)、集成應用三個層面,就全產業鏈概念來說,還包括材料和設備。
研發設計的中堅力量主要集中在北京、上海等地的高校、科研院所和研發中試平臺,多數企業都是和這些機構合作研發設計MEMS產品。MEMS技術涉及微電子、材料、物理、化學、生物、機械學諸多學科領域。2020年,射頻、3D成像、激光雷達等新應用進一步開拓了MEMS市場空間,吸引了大量企業布局,但目前距離大批量生產仍存在一些尚未攻克的技術難點。
2018-2023年中國MEMS市場發展情況
在生產制造層面,MEMS制造是基于集成電路制造技術發展起來的,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企業代工和傳統集成電路MEMS代工;封測一般是委托專業的MEMS器件封測廠。2020年一些特色工藝線也開始做MEMS產品,目前,北京silex產線一期準備完畢,中芯紹興產能逐步釋放,MEMS國內晶圓制造產能空間快速提升。
在集成應用層面,主要分為三大類。一是由MEMS產品生產廠商提供解決方案,其解決方案通用性強,能夠更有效地發揮產品性能,兼具靈活與輕度定制化的特點,基本實現即插即用;二是由MEMS產品應用廠商進行集成,企業對外采購傳感器再集成到整機產品,該類解決方案專注于特定領域、研發成本較高、產品研發周期較長;三是由垂直整合廠商集成,通常屬于高精尖領域,企業為旗下航空、發電、運輸等業務自行生產專用傳感器,該類應用集成專用性強,高度適配自家應用。
未來10年是發展關鍵
未來十年是中國MEMS產業的黃金十年。國內產業和市場端將面臨諸多挑戰,也將迎來前所未有的機遇。一是科創板機遇,科創板將加速MEMS企業的優勝劣汰,促進行業快速發展;二是新基建機遇,5G、物聯網市場將帶來新需求;三是國家扶持的機遇,國家對MEMS產業的支持力度將不斷加大。
代工制造是中國MEMS產業的重要特點。未來,MEMS工藝將逐步標準化、兼容化,且MEMS體量遠比IC小,因此MEMS企業更適合代工模式。隨著國內MEMS制造水平的不斷提高,加之本地化服務和成本等優勢,MEMS制造環節向中國轉移的趨勢將更加明顯,這也將導致中國的MEMS晶圓廠建設提速,進一步提升國內MEMS的整體制造能力。
MEMS封裝工藝是決定MEMS產品成本和性能的重要環節,其需要同時實現芯片保護、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、更為復雜,且標準不一,往往需要定制化。近年來,3D晶圓級封裝技術取得長足進步,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先進封裝領域的重要方向。
新材料和傳感集成的技術突破及廣泛應用,將大幅提高硅基MEMS產品性能、降低成本,為MEMS產業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,有望取代部分傳統硅基產品,得到快速應用。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,也將為MEMS產業帶來新的市場機遇。
優化產業生態推動協同發展
首先,優化產業發展的政策環境和金融環境。落實國家政策法規,營造良好的金融生態環境,建立多元化的投融資體系,積極推進銀企合作,拓寬企業融資渠道。促進產業集群發展,推動產業鏈建設。設立創新扶持基金,扶持前期研發創新。
其次,產學研緊密結合,重視知識產權戰略布局。聯合高校設立科技創新基金,開展新產品研發、科技成果轉化等,構筑企業為主體的技術創新體系,走“產學研用”相結合的道路,走自主創新和國際合作相結合的跨越式發展道路。推動并聯合企業、大專院校、科研院所、行業協會、支撐機構,成立產業聯盟;積極開展關鍵基礎技術聯合研發、專利運營、標準制定、知識產權保護等工作,建立標準化工藝庫,提升工藝通用性。重視MEMS知識產權的戰略布局,強化國際交往,擴大國際知識產權交流合作。
再次,完善并優化產業生態,積極推動產業鏈協同升級。一方面,積極提升本土產業配套能力,推動新型敏感材料、設計分析軟件、核心裝備、傳感器數據融合等技術的研發和產業化。另一方面,統籌產業鏈上下游資源,強化產業鏈上下游合作,增強產業協同發展能力;建立研發與終端消費產品一體化的協同交互發展體系,形成以技術開拓市場、市場促進技術能力提升的循環發展模式。
最后,加強高校人才培養建設,鼓勵企業與高校合作培養。搭建高校和企業聯合培養人才的模式,支持建立MEMS產學研用育人平臺;鼓勵和支持MEMS制造商設立研發激勵基金,逐步建立研發設計團隊,建立與科研院所人才交流與聯合培養長效機制,促進研發、工藝難題上行和科研成果應用下行,打通科研院所科技成果轉化通道。