盡管市場飽和和停滯困擾著許多業務領域,但MEMS卻仍然是半導體行業的一顆璀璨的明星。
近幾年,在美日等少數企業霸占MEMS主要市場的時候,國內的MEMS新老企業已崢嶸初現,先是MEMS麥克風龍頭歌爾股份擠進全球MEMS供應商TOP10,后8月10日,中國MEMS第一股敏芯股份正式登陸科創板,當日開盤股價一度暴漲接近291%。
作為21世紀最有前途的技術之一,MEMS被視為第二次微智造革命。面對如此重要的MEMS技術,在國外MEMS高手如林的賽場中,國內MEMS產業鏈現狀是怎樣的?這些MEMS企業實力幾何?
什么是MEMS?
MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)稱為微機電系統,或微電子和微機電系統。MEMS最早是在1960年代提出的,但是直到1980年代才商業化。就像戈登·摩爾觀察到晶體管摩爾定律一樣,人們做了許多努力,試圖使機電系統變得越來越小。
1959年,一位名叫理查德·費曼(Richard Feynman)的人在他的著名演講《底部有很多空間》(There's Plenty of Room at the Bottom)中談到,他對探索如何在小范圍內操縱和控制事物很感興趣。費曼說:“他們告訴我,電動馬達只有你小手指上的指甲那么大,下面是一個小得驚人的世界。”當然MEMS設備的誕生是許多人在許多地方共同努力的結果。在這個著名的演講的最后,他向他的發起挑戰設計和制造一個微型馬達,為每個挑戰提供1000美元的獎金。自1997年以來,每年都頒發費曼納米技術獎,獎勵那些在費曼的納米技術目標方面取得了最大成就的研究人員。
MEMS被認為是21世紀最有前途的技術之一,如果半導體微制造被視為第一次微制造革命,MEMS則是第二次革命。通過結合硅基微電子技術和微機械加工技術,MEMS具有革命性的工業和消費產品的潛力。
在此需要劃重點的是,MEMS是一種制造技術,諸如杠桿、齒輪、活塞、發動機甚至蒸汽機都是由MEMS制造的。事實上,MEMS這個詞實際上有一定誤導,因為許多微機械設備在任何意義上都不是機械的。然而,MEMS又不僅僅是關于機械部件的微型化或用硅制造東西,它是是一種利用批量制造技術設計、創建復雜機械設備和系統及其集成電子設備的范例。再具化一點講,集成電路的設計是為了利用硅的電學特性,而MEMS則利用硅的機械特性,或者說利用硅的電學和機械特性。
作為一種制造技術,MEMS有幾個明顯的優勢。首先,MEMS技術及其微加工技術的跨學科性質,以及其應用的多樣性,導致了前所未有的設備范圍和協同效應,跨越了以前不相關的領域(例如生物和微電子)。其次,MEMS具有批量制造技術,可以提高零部件和設備的制造性能和可靠性,并具有減小物理尺寸、體積、重量和成本的明顯優勢。第三,MEMS為制造其他方法無法制造的產品提供了基礎。這些因素使得MEMS有可能成為比集成電路微芯片更普及的技術。
就像半導體技術使計算機能夠從房間大小縮小到掌上電腦一樣,微機電系統(MEMS)用微米級的等效物替代了傳統的機械和電子設備,MEMS產品是指尺寸在毫米級甚至微米級的微型機電裝置,主要分為微型傳感器(如MEMS麥克風和壓力傳感器)和微型執行器(如MEMS揚聲器)兩大類。
MEMS器件是用集成電路批量處理技術制造的,例如等離子體蝕刻,薄膜沉積和光刻,尺寸從幾微米到毫米不等。這些裝置(或系統)能夠在微觀尺度上感知、控制和驅動,并在宏觀尺度上產生影響。
MEMS作為一種新興技術,其產品以技術-產品范式為中心,而不是以產品-市場范式為中心。因此,MEMS設備可能會在不同的行業找到許多應用。2006年之前,除了汽車氣囊與噴墨打印機墨盒之外,很少見到MEMS產品在其他市場的應用。2006年任天堂首先把加速度計引入到其游戲機Wii中,隨后MEMS市場開始爆發,包括智能手機在內的各種移動設備都可以找到MEMS產品的應用。如今,MEMS設備無處不在,從加速器和陀螺儀到汽車導航和安全氣囊傳感器以及醫療和通信設備。
什么支撐MEMS市場增長?
根據Yole Développement發布的《MEMS行業2020年新狀態報告》,用于消費設備的MEMS將主要由RF MEMS支撐。到2020年以后,由于5G和6 GHz以下頻段的擴展,BAW濾波器的需求將會進一步增加。包括RF MEMS在內,消費市場僅萎縮2.6%,但如果沒有RF MEMS,到2020年,消費市場將萎縮16%。預計到2021年,經濟將恢復到covid之前的水平,并恢復增長。
圖源:Yole Développement