【導讀】MEMS行業(yè)，作為基于集成電路技術演化而來的新興子行業(yè)，這幾年發(fā)展迅速。應用領域也在不斷拓展，成為消費電子、智能汽車、航空航天、智慧生活、環(huán)境監(jiān)測等領域的標配。
用MEMS工藝制造的傳感器可以實現(xiàn)尺寸小型化，隨之帶來的是高集成度、低功耗、低成本、批量生產(chǎn)等優(yōu)勢，目前約占60%-70%的市場規(guī)模，已成為傳感器領域的璀璨明星。
近幾年從市場增速來看，MEMS傳感器在國內(nèi)市場幾乎每年超過20%，即便是疫情爆發(fā)的2020年，其市場增速也達到了23%，是當年國家GDP增速的10倍，權威行業(yè)機構預計，到2023年中國MEMS市場規(guī)模將達千億規(guī)模。
在我國，中高端MEMS傳感器的受重視程度不亞于芯片和5G。近十年來，國家和多地政府出臺了多項扶持政策，為國內(nèi)MEMS行業(yè)的發(fā)展提供了良好的發(fā)展環(huán)境，行業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)體系不斷完善。
目前已有不少企業(yè)在探索前行中嶄露頭角，實現(xiàn)從0到1的突破，打破國外技術壟斷。作為國內(nèi)少有的IDM模式企業(yè)，士蘭微電子（簡稱“士蘭微”）便是其中之一，在產(chǎn)品技術創(chuàng)新和目標市場獲得雙贏。
日前，感知芯視界對士蘭微MEMS總設計師王敏昌博士進行專訪，話題圍繞產(chǎn)品線實力、產(chǎn)業(yè)護城河建設、人才創(chuàng)新以及產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展前景等展開，探析這個千億藍海市場的風向和機遇。
走IDM路線 競逐千億賽道
MEMS是利用集成電路制造技術和微機械加工技術，把微傳感器、微執(zhí)行器制造在一塊芯片上的微型集成系統(tǒng)，呈現(xiàn)多學科交叉、產(chǎn)品高度定制化以及工藝技術門檻高等特點。
目前，MEMS傳感器行業(yè)公認的商業(yè)模式主要有外購芯片封測模式、垂直分工制造(Fabless)模式和垂直整合制造(IDM)模式三種。
其中，IDM模式除自主設計傳感器外，需配套大量傳感器制造和封裝測試所需設備，資金投入大，屬于重資產(chǎn)企業(yè)。
隨著制造技術和封裝測試技術的提高，F(xiàn)abless商業(yè)模式備受青睞。原因在于，F(xiàn)abless 公司將晶圓制造環(huán)節(jié)外包，可以將有限的資源投入到IP、架構、驗證等設計環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)整體的降本和增效。
但由于MEMS制程特殊、產(chǎn)品種類繁多及IP等因素考量，諸如德州儀器、意法半導體和博世等企業(yè)仍舊采用IDM模式，并占據(jù)MEMS市場的龍頭地位。
士蘭微成立于1997年，起步于芯片設計業(yè)務，但公司并不認同單純的Fabless模式能構成可持續(xù)的競爭力。
“垂直分工是全球半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要模式，但很多產(chǎn)品仍需要IDM的模式來實現(xiàn)更好的發(fā)展效果。因為IDM企業(yè)可以有更多、更寬泛的產(chǎn)品覆蓋面積，包括在成本和研發(fā)效率上，有機會做得更好?！笔刻m微電子董事長陳向東曾經(jīng)在媒體采訪中，看好IDM。
圖：杭州5、6、8吋制造基地
2001年起，士蘭微開始進入硅芯片制造業(yè)務，不斷將產(chǎn)線從最初的5/6吋升級到8吋和12吋，實現(xiàn)了芯片設計、制造、封測等環(huán)節(jié)的一體化布局，為后來發(fā)展成為MEMS IDM 供應商奠定了堅實的基礎。
2010年，士蘭微看準MEMS賽道潛力，開始投入大量資金，靠完整的MEMS團隊，對加速度計、地磁傳感器、壓力傳感器等一系列傳感器產(chǎn)品進行開發(fā)，在6吋、8吋芯片生產(chǎn)線上實現(xiàn)了批量制造能力，并建立了封測產(chǎn)線，以百余項發(fā)明專利護航，走通了MEMS傳感器的IDM發(fā)展之路。
王敏昌博士認為，“產(chǎn)品底層技術依賴自有產(chǎn)線進行工藝、材料等一些底層技術的研究，以及與器件設計的深度磨合，并將這些技術固化在產(chǎn)線上，這是IDM模式的一大特點。士蘭微始終圍繞這一特點，將其轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品優(yōu)勢。”
據(jù)了解，士蘭微在超20年的產(chǎn)業(yè)深耕中，成功開發(fā)了三十多個傳感器產(chǎn)品，其中加速度計等已大規(guī)模導入量產(chǎn)。多項產(chǎn)品和技術居于國內(nèi)領先，其中，“單芯片六軸慣性傳感器”具有國際領先水平，擁有41項發(fā)明/實用新型專利，獲評2019年國家技術發(fā)明獎二等獎以及2018年陜西省科學技術獎一等獎獎項。
憑借持續(xù)的研發(fā)投入和堅持IDM模式所積累的技術優(yōu)勢，士蘭微的MEMS傳感器業(yè)務營收獲得多年持續(xù)增長。
感知芯視界梳理士蘭微近3年發(fā)布的財報數(shù)據(jù)獲悉，2022年，士蘭微MEMS傳感器方面營收3.05億元，雖受消費電子市場下行影響，仍同比增長15%。2021 年，MEMS 傳感器產(chǎn)品營業(yè)收入突破 2.6 億元，較上年增加 80%以 上。2020 年 MEMS 傳感器營業(yè)收入突破 1.2 億元，同比增加90%以上。
全系列產(chǎn)品多點開花 打開新增長曲線
查詢資料獲悉，MEMS的歷史沿革可追溯至20世紀50年代，硅的壓阻效應被發(fā)現(xiàn)后，學者們開始了對硅傳感器的研究，直到20世紀80年代才開始真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用，迄今為止共經(jīng)歷了3次產(chǎn)業(yè)化浪潮。
第一次是20世紀80年代-90年代，安全氣囊、輪胎壓力檢測系統(tǒng)等汽車應用促使MEMS傳感器需求激增；第二次是20世紀90年代末-21世紀初，手機、小家電等消費電子的普及帶動了產(chǎn)業(yè)發(fā)展；2010年至今，智能產(chǎn)品應用場景的日益豐富，推動了MEMS行業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。
隨之帶動的是MEMS傳感器的產(chǎn)品種類越來越多，運動、壓力、麥克風、環(huán)境、光傳感器等不斷推向市場。yole報告分析，在整個市場中，消費電子、汽車和醫(yī)療成為了MEMS傳感器的三大增長引擎。
而在上述領域，士蘭微以IDM模式優(yōu)勢，布局了多系列MEMS傳感器產(chǎn)品，贏得了目標市場的認可。
據(jù)王敏昌博士介紹，士蘭微的MEMS產(chǎn)品包括壓力傳感器、加速度計、陀螺儀、麥克風、溫濕度傳感器、光感類傳感器等，其中陀螺儀等產(chǎn)品已在 8 吋線上實現(xiàn)了批量產(chǎn)出。
據(jù)介紹，士蘭微MEMS 傳感器廣泛應用于智能手機、智能手環(huán)和手表、平板電腦、行車記錄儀、真無線立體聲耳機等智能設備中。其中，加速度傳感器進入國內(nèi)主要的幾家頭部手機廠商。
未來，士蘭微也志在更廣袤的應用市場，加快向白電、工業(yè)、汽車等增量市場拓展，預計其產(chǎn)品出貨量有望獲得進一步增長。
搶占市場高地，企業(yè)的產(chǎn)品性能得要“出圈”。王敏昌博士著重提到，士蘭微在產(chǎn)品功耗降低、性能提升、成本降低這三大性能上下足了功夫。
一方面，士蘭微通過在MEMS/ASIC設計方面的努力，進一步縮小器件尺寸，實現(xiàn)功耗、性能、成本方面的綜合提升，比如在ASIC芯片中增加溫補功能等，顯著提高了產(chǎn)品的性能。
另一方面，士蘭微持續(xù)深挖底層技術能力，比如工藝質(zhì)量、材料特性等，通過夯實這些底層核心技術能力，提升產(chǎn)品性能和品質(zhì)，比如通過優(yōu)化工藝降低材料的應力，已經(jīng)將加速度計的零偏降低了三倍，而且這個指標還在持續(xù)提升。
“除此之外，士蘭微還在制造產(chǎn)線的建設和優(yōu)化方面下功夫，以此來提升產(chǎn)品品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本。”王敏昌博士補充道。
緊跟市場需求及時推出一系列新產(chǎn)品、新技術是創(chuàng)新實力的體現(xiàn)。
談及企業(yè)如何保持持續(xù)的創(chuàng)新能力時，王敏昌博士說了這樣一句話：“很多大的技術創(chuàng)新，往往不是發(fā)生在一個領域內(nèi)，而是發(fā)生在多個技術領域的交界處，這是MEMS的一大特點。”
由此，我們得以了解到，士蘭微除了通過相關制度保障外，內(nèi)部也在不斷打造人才創(chuàng)新的良好環(huán)境，鼓勵設計、工藝、封裝等產(chǎn)業(yè)鏈的技術人員自由探討與磨合，讓企業(yè)的內(nèi)部創(chuàng)新成果水到渠來。
“給國內(nèi)產(chǎn)品更多試用、試錯的機會”
在需求牽引和創(chuàng)新技術的雙輪驅(qū)動下，MEMS應用領域也愈加廣泛，產(chǎn)業(yè)規(guī)模日漸擴大，本土MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展已成燎原之勢。
據(jù)梳理獲悉，深圳、蘇州、北京、上海、武漢、鄭州、無錫、蚌埠、成都、廈門等城市正在大力發(fā)展MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)，長三角、珠三角、京津、中部等區(qū)域已呈產(chǎn)業(yè)集聚之態(tài)。
不過，我國的MEMS傳感器高端產(chǎn)品幾乎全靠進口，80%的芯片依賴國外。此外，據(jù)賽迪顧問數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)市場依然為國外廠商主導，國內(nèi)市場前 10 廠商占據(jù)的份額中屬于國內(nèi)廠商不到10%，這是不爭的事實。那么，在國產(chǎn)替代進程的趨勢下，自主可控的國產(chǎn)供應鏈之路該怎么走呢？
王敏昌博士指出，產(chǎn)業(yè)鏈建設和自主可控是大家一直討論的問題，本土企業(yè)存在感弱的原因在于，產(chǎn)業(yè)鏈長、技術領域多、底層技術多都是大挑戰(zhàn)。其次，以往國內(nèi)對國外核心供應的依賴性強，國內(nèi)產(chǎn)品沒有足夠多的應用機會。
“這些年國內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)變化挺大，主要原因是國外產(chǎn)品的供應問題。”王敏昌博士認為，本土傳感器產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化建設要獲得長足發(fā)展，一方面國內(nèi)的廠家要立足自身領域，不急不躁，持續(xù)投入，做好做精自身產(chǎn)品。另一方面，產(chǎn)業(yè)鏈上下游之間要互相扶持，給國內(nèi)產(chǎn)品更多的試用、試錯的機會。
來源：感知芯視界
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