本文來自格隆匯專欄：半導體行業觀察
近日，法國市場調查公司Yole Développement從市場和技術的角度分析了MEMS的全球前景，本文作簡單解讀，以饗讀者。
首先，MEMS作為半導體領域的重要分支，是實現人機交互接口的賦能者。MEMS是包括在µm - mm範圍內的半導體器件，包括微機電系統（micro-electro-mechanical systems，MEMS）麥克風、MEMS加速度計、MEMS陀螺儀、MEMS壓力傳感器等。MEMS傳感器芯片由硅製成(前端製造)，一般與ASIC芯片組裝，並採用一級封裝(後端製造)。二級封裝進一步增加了電子器件、堅固的外殼和連接器。在這個報吿中，Yole只考慮了一級封裝的價值，而不是二級模塊的價值。當然也有例外情況，Yole認為，對於直接集成芯片的二級封裝應用(汽車暖通空調或石油等)，理論上等同於一級封裝價值。
（來源：Yole Développement）
哪些MEMS市場最有前景？
據Yole的預計，2020-2026年MEMS終端市場將以7.2%的年複合增長率增長。其中，消費領域是最大的MEMS應用市場，約佔全球 MEMS 收入的 60%，到2026年約有112.7億美元的市場。其次是汽車，汽車對MEMS的需求將從2020年的20.3億美元上升到28.6億美元。剩下的應用市場還有工業領域、醫療、電信、國防與航空航天等。
2020 年和 2026 年按終端用途劃分的 MEMS 銷售額
（來源：Yole Développement）
從MEMS器件方面來看，Yole預計，整體MEMS器件市場在2020年至2026年將以7.2%的年複合增長率增長，到2026年全球MEMS器件市場空間將達到182億美元。在這其中，射頻MEMS器件佔大頭，到2026年射頻MEMS器件大約有40.4億美元的市場空間，壓力MEMS器件大約是23.62億美元，慣性器件約有21.27億美元，麥克風MEMS約是18.71億美元，然後是加速器、噴墨頭、光學、微型測輻射熱儀、陀螺儀、微流體等等。
2020 年和 2026 年按器件劃分的 MEMS 銷售額
（來源：Yole Développement）
MEMS的增長可以通過新興技術和機遇來實現，其中一些值得注意的技術和機遇是可穿戴設備中的麥克風和慣性 MEMS，尤其是 TWS耳機。MEMS微型揚聲器，應該首先在TWS入耳式設計中展示其優勢，取代舊的電動或平衡電樞揚聲器。基於MEMS的傳感器位移OIS。這可以取代首次在iPhone 12 Pro的相機模塊中使用的基於PCB的靈活傳感器移位。它也可能進入其他手機或消費設備中的其他相機模塊。
再者，Apple正在推動3D Audio，有可能會採用到Android設備，這或許會導致對IMU的需求激增。PMUT設備用於超聲波指紋識別，還可用作智能手機和汽車中物理按鈕和觸覺的替代品。CMUT 設備對於接近 PoC 的低成本超聲成像的消費化也非常有希望。
另外，空氣質量檢測等也成為用户關心的地方，氣體傳感器和環境組合有助於監測用户周圍的室內和室外空氣質量。隨着用於AR/VR和LIDAR應用的光學MEMS（微鏡）的興起，壓電MEMS 是具有增長潛力的設備。Yole指出，ICE（內燃機）汽車的數量正在減少，這對於正在開發汽車壓力傳感器業務的MEMS供應商來説應該是值得關注的。
MEMS玩家中誰的增長率最大？
現在的頂級 MEMS 廠商是 Bosch、Broadcom、Qorvo、STMicroelectronics、德州儀器、Goermicro (Goertek)、HP、Knowles、TDK 和 Infineon等等。值得一提的是，英飛凌以收購恩智浦而躋身前十行列，國內的歌爾繼2019年首次躋身前十後，在2020年MEMS廠商營收排名中升至第六位。
2020年MEMS製造商收入排名（$millions）
今年Yole還統計了相比2019年，增長率最高的前30名玩家。一個有意思的現象是，在所有這30名中，我們看到有很一些新的MEMS企業因為較高的增長率而登榜。總體來看，RF MEMS公司的MEMS業務增長最大，其次是熱成像和麥克風。
前30名MEMS玩家2020年的增長率排名
（來源：Yole Développement）
因疫情受益最大的當屬Guide IR、FLIR Systems，以及出售微輻射熱計的Lynred和出售熱電堆的Melexis，由於市場對體温檢測的需求增加，這幾家企業從中獲利。GUIDE IR這家公司以331%的年同比增長率位居第一，FLIR System同比增長24%，Melexis同比增長了21%，Lynred同比增長15%。獲利的還有Amphenol，同比增長了11%，他們主要是由於呼吸終端系統(如呼吸機和CPAP機)對壓力MEMS的需求增長。
射頻MEMS公司去年的增長依舊強勁，Qorvo和博通去年為5G部署了高可靠性的RF MEMS濾波器。其中Qorvo的年增長率比博通還要高，達到37%，而博通是20%。
SiTime正在繼續大力推動用其基於MEMS 的計時產品取代傳統的石英計時解決方案。2020年營收同比增長了38%。
瑞聲科技（AAC）和歌爾微電子 (Goertek) 從的MEMS麥克風需求環境中獲益。15年來，MEMS麥克風領頭羊樓氏電子首次被歌爾微取代。瑞盛科技的年增長率為26%，歌爾同比增長了18%。
我們都知道，2020年上半年汽車需求疲軟，MEMS也受到了影響，但下半年消費和汽車需求的大幅回升，也使得博世、意法半導體和TDK等同時從事消費類和汽車業務的公司能夠抵消來自汽車行業的潛在負面影響。其中博世同比增長7%，ST和TDK同比增長1%。
MEMS公司分為IDM、fabless和Foundry三類，與半導體類似。因此，MEMS代工廠的存在也是不可或缺的。
瑞典的Silex Microsystems 是頂級的 MEMS 代工廠，Teledyne DALSA 位居第二，索尼位居第三。台積電位居第4位，X-Fab位居第5位。除索尼外，羅姆在日本企業中排名第13位。
2020 年 MEMS 代工公司銷售排名
（來源：Yole Développement）
MEMS技術的發展趨勢
作為一種技術趨勢，MEMS傳感器和執行器不斷致力於縮小尺寸、降低成本和提高性能，並正在轉向以異構功能集成為關鍵的系統化。從前端製造到封裝、模塊和系統集成，整個供應鏈都朝着混合能力的方向發展。
（來源：Yole Développement）
而向系統級方法的轉變以及在同一外殼中使用不同材料和工藝的不同組件（如 MEMS、ASIC、天線和電源）的集成，正在創造對更復雜的 SiP 技術的需求，其目標是提高系統級性能並降低整體功耗。
Yole還觀察到，PiezoMEMS製造技術正在不斷髮展。PiezoMEMS系列產品包括包括噴墨頭、BAW、麥克風、揚聲器、光學微機電系統、微機電自動聚焦等傳感器和驅動器。piezoMEMS製造的經驗正在增加，在PVD行業中，濺射技術正成為首選的沉積技術。
此外，MEMS傳感器供應商在將MEMS傳感器與AI、ML（機器學習）、DL（深度學習）等相結合的應用中，這些領域新的增長機會，以期突破商品化，完善價值鏈。顯然，廠商們正在打造一條將MEMS傳感器與邊緣（或雲）上的 AI/ML/DL 相結合的應用程序。
MEMS傳感器的演變
（來源：Yole Développement）
MEMS有着悠久的歷史，並不斷髮展。隨着傳感器變得更加智能化，未來將是一個令人興奮的發展加速時期。從幾十年前的第一個圖像傳感器到現在的氣體傳感器，傳感器的能力一直在不斷髮展。消費者/移動/物聯網設備的下一個維度將是增加更多的感官。我們還沒有看到味覺傳感器，但情感感應已經出現了。讓我們靜待MEMS的下一步發展。
