本文來自格隆匯專欄：半導體行業觀察
摘要
MEMS行業作為基於集成電路技術演化而來的新興子行業，這幾年發展迅速，如今，MEMS傳感器和執行器已成為日常生活的一部分，2021年對於MEMS公司來説是不平凡的一年，這一年大多數MEMS廠商迎來了可觀的增長。
什麼是MEMS？MEMS是微電路和微機械按功能要求在芯片上的一種集成，基於光刻、腐蝕等傳統半導體技術，融入超精密機械加工，並結合力學、化學、光學等學科知識和技術基礎，使得一個毫米或微米級的MEMS具備精確而完整的機械、化學、光學等特性結構。
MEMS行業的誕生契機是什麼？在集成電路行業不斷髮展的背景下，傳統的集成電路無法持續地滿足終端領域日益變化的需求，因此，微電子學、微機械學以及其他基礎自然科學學科的相互融合之下，誕生了以集成電路工藝為基礎，結合體微加工等技術打造的新型芯片，這就是MEMS。
2021年全球前30 MEMS廠商排名
近日，知名研究機構Yole發佈了2021年全球MEMS廠商的排名（按照營收情況）。如下圖所示，前十的老牌MEMS企業在過去幾年基本沒有發生太大變化，分別是博世、博通、意法半導體、Qorvo、TDK、歌爾微、德州儀器、惠普、英飛凌、樓氏電子等。再往後分別是Honeywell、恩智浦、TE Connectivity、ADI、佳能、Skyworks、Murata、SI time、Sensata、瑞聲科技、SENSIRION、FLIR System、AMPHENOL、LYNRED、賽威電子、Teledyne MEMS、Melexis、Guide IR、台積電。這些廠商中包括IDM、Fabless和代工廠各種類型的廠商。
2021年MEMS供應商收入排名
（百萬美元）（來源：Yole）
註釋：綠色虛線框是IDM廠商、藍色虛線框是純代工廠、其餘為Fabless廠商
可以看出，幾乎所有企業都呈現出穩定的增長勢頭。博世和博通繼續是MEMS的領導者，其業務和增長都非常出色，博世受益於汽車MEMS產品的應用，2021年的營收超過17億美元；博通接近14億美元，從第三名開始，營收就接近腰斬。博通、Qorvo和高通主要是RF MEMS起決定性作用。隨着手機頻率的增加和5G的引進，對射頻MEMS傳感器的需求還將進一步增長，同時收益於RF MEMS傳感器的廠商還有Skyworks。
TDK幾年前通過收購InvenSense進入這個市場，2021年TDK增長迅速，其中，TDK子公司Tronics 在2022財年實現了50%的收入增長。再加上由於運動傳感器客户羣的擴大以及MEMS麥克風新業務的推出，中國智能手機的運動傳感器銷售額增長。
而德州儀器、歌爾微、惠普、佳能、瑞聲科技、FLIR System等的增長均較小，樓氏是少有的營收下降的企業。十年前德州儀器和惠普是MEMS領域的王者，但德州儀器最近這些年來銷售額增長乏力，沒有贏得新市場的青睞；惠普將測量部門分拆後出售，再加上噴墨打印機市場消退，惠普的MEMS業務也遭受了眾創。
從地域來看，在MEMS這個領域，依然是美國佔據較強的地位，有接近一半的廠商是屬於美國。歐洲也不遜色，有博世、意法半導體、恩智浦等。日本廠商以特色佔有一席之地。中國靠麥克風市場（樓氏、歌爾微、瑞聲科技）和代工市場（賽微電子）佔據一定的地位。
整體來看，全球MEMS市場規模的收入從2020年的115億美元增加到2021年的約136億美元，同比增長17%。2021 年的收入是由消費和汽車應用的持續傳感化以及醫療和工業終端市場及相關應用的進步推動的。由於芯片短缺和全球分配問題，慣性和壓力MEMS等一些MEMS器件的ASP在2021年略有增長，為市場創造了額外的收入增長。
隨着萬物互聯與人工智能的興起，MEMS產品種類增加、市場規模擴大，行業對產品生產週期的縮短及生產成本的降低提出了更高要求，同時MEMS工藝研發費用迅速上升以及未來建廠費用高啟促使更多的半導體廠商將工藝開發及生產相關的製造環節進行外包，純 MEMS代工廠與MEMS產品設計公司合作開發的商業模式將成為未來主流行業業務模式。類似於傳統集成電路行業發展趨勢，MEMS產業也將逐步走向設計與製造分立、製造環節外包的模式。從趨勢上看，全球MEMS 代工業務將會快速擴張。
MEMS代工廠迎來豐收時刻
2021年MEMS純代工廠的銷售額為6.9億美元，比2020年的5.7億美元同比增長21%。2021年的代工市場份額約佔總額的5.1%。所以可以看出，MEMS代工市場雖然提供了相對較小的市場份額，但市場卻在不斷增長。他們主要為那些無晶圓廠公司以及那些無法在內部完成100%傳感器製造的IDM提供代工服務。
以前MEMS代工廠的營收很少，通常不到6000萬美元，但現在隨着Fabless的崛起，增強了對MEMS外包的需求，MEMS代工廠迎來了良好的發展，收入增長強勁。純代工廠玩家主要有賽威電子、Teledyne、台積電、X-FAB、索尼和意法半導體等，他們合計佔據着超過65%的市場份額。
注：台積電和X-FAB為綜合型代工廠，Yole僅統計的是MEMS業務。
這幾年得益於產能的持續提升及需求的持續增長，賽微電子在全球MEMS純晶圓代工市場中的份額佔比從2019年的15.61%提升到了2021年的18.18%。目前賽微電子在瑞典擁有一座成熟運轉的 MEMS 晶圓工廠，內含兩條8英寸產線；在北京擁有一座處於建成運營初期、具備規模產能的MEMS晶圓工廠，內含一條8英寸產線；這兩座晶圓工廠均處於持續擴產狀態，其中瑞典產線主要是添購部分設備以滿足相關客户的訂單需求；北京產線則將從當前的1萬片/月向3萬片/月產能擴充。
Teledyne DALSA成立於1980年，2011 年被Teledyne Technologies收購，2019年，Teledyne又收購Micralyne，鞏固了全球MEMS代工廠領先地位。
2021年，台積電公司完成壓電微機電技術的驗證，以生產具備高音質及快速響應的微機電揚聲器。未來計劃包含開發下一世代高敏感度壓電麥克風、十二英寸晶圓微機電光學影像穩定系統、醫療用單芯片超音波傳感器，以及車用微機電應用。
X-FAB不僅是全球最大的SiC大廠，但是其也代工MEMS。2011年X-FAB收購了MEMS 代工廠Itzehoe GmbH (MFI) 25.5%的股權，開始進軍MEMS代工。
排名第八的是台灣的VIS ，該公司是由張忠謀於1994 年12月在新竹科學園區創立，最初是台積電的分包商，主要專注於DRAM和其他存儲 IC 的生產和開發。2000年，VIS宣佈計劃從DRAM製造商轉型為代工服務商。2019年VIS收購了Globalfoundries的MEMS代工業務進軍MEMS代工。
日本的索尼、羅姆也是MEMS代工領域的玩家，索尼能代工8英寸MEMS晶圓，羅姆能代工6英寸晶圓。
圖中M2 Fab是羅姆的6英寸MEMS晶圓代工廠
（圖源：羅姆）
值得注意的是，博世、意法半導體和聯華電子雖然也提供一定的代工服務，但是市場體量很小，年銷售額在1000萬美元到2000萬美元之間。這從側面反映出市場對他們直銷MEMS的強勁需求，幾乎沒有閒置產能。
隨着MEMS傳感器空前的需求，包括博世、SilTerra、士蘭微電子、FormFactor等在內的MEMS廠商正在建設新的生產工廠，如博世宣佈建設一條將於2026年開通的 300mm MEMS工廠。但是現在全球各家IDM和代工廠均在大幅擴產，對設備的需求也是空前，建廠進度可能受制於設備的交貨時間等問題。
與此同時，有一些企業開始了併購之路。2021年12月，賽微電子全資子公司Silex收購了德國Elmos的200mm汽車芯片晶圓生產線；2021年6月，Mitsumi收購了Omron的8英寸晶圓廠，該晶圓廠主要生產MEMS業務，收購業務後，該公司表示將投資超過100億日元在該工廠建立每月約20,000片8英寸晶圓的生產系統。
MEMS未來發展的驅動力主要有哪些？
從市場需求來看，Yole預計MEMS行業預計在5年後將突破220億美元大關，在2021年至2027年期間每年以約9%的速度增長。具體到應用領域來看，通訊、生物醫療、工業汽車及消費電子的應用增速均非常可觀，其中通訊領域的複合增長率高達25%。如果按照各細分領域來看，預計到2026年，10億美元以上的MEMS細分領域包括射頻MEMS（40.49億美元）、MEMS慣性器件（40.02億美元）、壓力 MEMS（23.62億美元）、麥克風（18.71億美元）以及未來應用（13.63 億美元）。
從技術方面來看，Yole認為，當前影響MEMS技術發展趨勢的三大支柱分別為：一是材料上的革命，如採用諸如氮化鋁、鋯鈦酸鉛等壓電新材料，來提升MEMS器件的功能、增強靈敏度，和降低能耗；二是三維（3D）集成（包括大熱的Chiplet），如MEMS 後道工藝、集成電路芯片/單芯片SoC片上系統的三維堆疊、12英寸MEMS產線的支持；三是先進封裝，如過去前期處理（數字信號處理）、傳感器融合、無線控制器、硅通孔TSV/玻璃通孔TGV技術到現在埋入式軟件/算法、邊緣智能和異質異構集成技術。
對MEMS的強勁需求，使得一些MEMS代工廠的產能已經排到2023年底。但Yole分析師指出，由於當前的微觀經濟和宏觀經濟形勢導致運營成本上升，導致利潤率下降，某些MEMS器件的平均售價增加。再加上一些集成商對MEMS芯片的囤積恐導致的未來庫存過剩，可能導致2023年及以後的MEMS廠商活動低迷。
寫在最後
過去十年間，MEMS市場格局主要受手機和耳機市場的影響，一些廠商因此衝到榜單前面，也有一些廠商被時代甩到後面。不過有一點直觀的是，這些MEMS玩家無論是Fabless、IDM還是Foundry，都不是僅有MEMS這一項業務，只依靠MEMS業務的廠商很難具備獨立存活的能力。但MEMS又如此不可或缺，好在，我國在MEMS這個領域這幾年的發展不錯，如歌爾微、敏芯股份、瑞聲科技、美新、西人馬、通用微等不少中國力量正在崛起。
