MEMS即微機(jī)電系統(tǒng)（MicroelectroMechanicalSystems），指利用集成電路制造技術(shù)和微加工技術(shù)把微結(jié)構(gòu)，把微傳感器、微執(zhí)行器等制造在一塊或者多塊芯片上的微型集成系統(tǒng)。MEMS傳感器具有微型化、集成化、智能化、成本低、效能高、可大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，極大地滿足了市場對傳感器小體積、高性能的要求，正在逐漸取代傳統(tǒng)機(jī)械傳感器。
MEMS技術(shù)被譽(yù)為21世紀(jì)具有革命性的高新技術(shù)，其發(fā)展與市場需求有著緊密的聯(lián)系。
一、物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展浪潮催生中國MEMS巨大消費(fèi)市場
MEMS技術(shù)是隨著集成電路發(fā)展起來的一門新技術(shù)，起源于1947年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室晶體管的發(fā)明，直到1987年美國伯克利加州大學(xué)發(fā)明了微馬達(dá)，引起國際學(xué)術(shù)界的轟動，人們看到了電路與執(zhí)行部件集成制作的可能性，這是MEMS技術(shù)的開端。
MEMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三次浪潮
第一次發(fā)展浪潮發(fā)生在20世紀(jì)80年代末至90年代，汽車電子應(yīng)用如安全氣囊、制動壓力、輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)等需求增長，巨大利潤空間驅(qū)動歐洲、日本和美國的企業(yè)大量研發(fā)生產(chǎn)MEMS傳感器產(chǎn)品。
第二次發(fā)展浪潮發(fā)生在2007年以后，消費(fèi)電子產(chǎn)品如手機(jī)、移動互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等要求體積更小且功耗更低的MEMS傳感器產(chǎn)品。
第三次發(fā)展浪潮是物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，受益于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，MEMS行業(yè)帶來巨大的發(fā)展紅利。除了智能手機(jī)，MEMS傳感器將會在AR/VR、可穿戴等消費(fèi)電子，智能駕駛、智能工廠、智慧物流、智能家居、環(huán)境監(jiān)測、智慧醫(yī)療等物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。MEMS是當(dāng)前移動終端創(chuàng)新的方向，通過對MEMS傳感器產(chǎn)品持續(xù)改進(jìn)，最終滿足更小、更低能耗、更高性能的需求，才能更加的適用于各種物聯(lián)網(wǎng)場合。
如今，隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，將對MEMS產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，催生出大量新的產(chǎn)品、新的應(yīng)用，帶動MEMS產(chǎn)品在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中的普及化，進(jìn)一步擴(kuò)大MEMS市場。據(jù)麥姆斯咨詢（MEMSConsulting）預(yù)計(jì)，全球傳感器和執(zhí)行器市場規(guī)模將從2016年的380億美元增長至2021年的660億美元，復(fù)合年均增長率為12％。在這一蓬勃發(fā)展的市場中，MEMS處于支柱地位，以114億美元占據(jù)2016年全球傳感器和執(zhí)行器市場的30％份額并以14％的復(fù)合年均增長率增長，到2021年全球MEMS傳感器市場規(guī)模將達(dá)到220億美元。
而中國消耗了全球近二分之一的MEMS器件，是全球最大的MEMS消費(fèi)市場。近年來，中國MEMS消費(fèi)電子類產(chǎn)品，如智能手機(jī)、平板電腦等產(chǎn)量保持穩(wěn)定增長，帶動加速傳感器、陀螺儀、硅麥克風(fēng)等MEMS行業(yè)需求的增長，中國已經(jīng)成為全球MEMS市場發(fā)展最快的地區(qū)。預(yù)計(jì)2016-2021年中國的MEMS市場年均復(fù)合增長率將超過15%，遠(yuǎn)高于全球9.6%的增速。
未來，中國必然是MEMS消費(fèi)市場的主力軍之一。
二、MEMS產(chǎn)業(yè)重心東遷亞太，中國成亞太MEMS發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮膮^(qū)域
MEMS傳感器在經(jīng)歷浪潮變化的同時(shí)，全球電子制造產(chǎn)業(yè)鏈也在加速向亞太地區(qū)轉(zhuǎn)移，未來，亞太地區(qū)憑借成本等優(yōu)勢，將吸引MEMS產(chǎn)業(yè)重心不斷東遷，亞太地區(qū)的MEMS產(chǎn)業(yè)規(guī)模將持續(xù)增長。
產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移是發(fā)生在不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的區(qū)域之間的一種重要的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象，在市場經(jīng)濟(jì)條件下，發(fā)達(dá)區(qū)域的部分企業(yè)順應(yīng)區(qū)域比較優(yōu)勢的變化，通過跨區(qū)域直接投資，把部分產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到發(fā)展中區(qū)域進(jìn)行，從而在產(chǎn)業(yè)的空間分布上表現(xiàn)出該產(chǎn)業(yè)由發(fā)達(dá)區(qū)域向發(fā)展中區(qū)域轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。
普遍認(rèn)為，全球范圍內(nèi)出現(xiàn)過四次大規(guī)模的制造產(chǎn)業(yè)遷移：從英國遷移至美國，再遷移至日本、德國，繼而遷移至亞洲“四小龍”，直到如今正在遷移至發(fā)展中國家...每一次的產(chǎn)業(yè)遷移過程都帶動了當(dāng)?shù)乜萍寂c經(jīng)濟(jì)飛速的發(fā)展。在這次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移過程中，中國，及東南亞地區(qū)增長最快。
據(jù)Prismark統(tǒng)計(jì)，從2006年開始，中國就超過日本成為全球產(chǎn)值最大、增長最快的PCB制造基地，并已成為推動全球PCB行業(yè)發(fā)展的主要增長動力。如今中國已是全球最大的電子產(chǎn)品生產(chǎn)基地。
在此背景下，MEMS產(chǎn)業(yè)也在不斷向東遷移進(jìn)程中。縱觀全球MEMS傳感器市場，美、日、德一直占據(jù)著主導(dǎo)地位，其中，IDM廠商較少，博世、意法半導(dǎo)體等就是這類。大多數(shù)MEMS行業(yè)的主要廠商是以Fabless為主，例如樓氏、惠普、佳能等，故MEMS生產(chǎn)制造因?yàn)閯趧恿Α⒌貎r(jià)和市場等優(yōu)勢，開始向亞太地區(qū)遷移。
近年來，亞太地區(qū)（含日本）受到智能手機(jī)、平板電腦、可穿戴產(chǎn)品等市場需求持續(xù)增長、且全球電子整機(jī)產(chǎn)業(yè)不斷向中國轉(zhuǎn)移等因素影響，增長速度較快，2017年MEMS市場占比達(dá)到46.8%，反超美國、歐洲等區(qū)域。
2017年全球MEMS傳感器行業(yè)各地區(qū)市場占比情況
如今亞太地區(qū)已成為大型投資和業(yè)務(wù)擴(kuò)張機(jī)會的全球焦點(diǎn)。而中國是亞太地區(qū)MEMS發(fā)展?jié)摿ψ畲蟆⒃鏊僮羁斓膮^(qū)域。
市場方面，物聯(lián)網(wǎng)市場對MEMS產(chǎn)品需求巨大，且中國是全球最為活躍的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場。而消費(fèi)電子更新加快推動MEMS行業(yè)發(fā)展4G和5G網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)產(chǎn)品的普及不斷拓展智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備及相關(guān)消費(fèi)電子產(chǎn)品的應(yīng)用深度和廣度。同時(shí)，智能音箱、智能電視、智能可穿戴設(shè)備等智能硬件新的應(yīng)用市場也不斷被創(chuàng)造出來，將引領(lǐng)中國MEMS產(chǎn)業(yè)進(jìn)入下一輪高速增長期。
政策方面，國內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境持續(xù)優(yōu)化，推動傳感器市場加速發(fā)展。為促進(jìn)我國傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展，邁向中高端水平，2016年9月國家發(fā)展改革委員會和工信部發(fā)布了《智能硬件產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展專項(xiàng)行動（2016-2018年）》；2017年11月工信部發(fā)布了《智能傳感器產(chǎn)業(yè)三年行動指南（2017-2019年）》。隨著“制造強(qiáng)國戰(zhàn)略”、“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計(jì)劃的大力推進(jìn)，傳感器技術(shù)及傳感器產(chǎn)業(yè)的重要性將日益凸顯，可以預(yù)見，未來，傳感器技術(shù)將是我國科技發(fā)展的重中之重。
技術(shù)方面，計(jì)算機(jī)視覺、傳感器融合等新技術(shù)，為MEMS市場注入新活力。目前我國大力推進(jìn)人工智能發(fā)展領(lǐng)域的邊緣計(jì)算、計(jì)算機(jī)視覺和傳感器融合技術(shù)落地應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，支撐創(chuàng)新服務(wù)發(fā)展。
三、機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，中國MEMS產(chǎn)業(yè)如何突圍？
然而，盡管全球MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)向亞洲轉(zhuǎn)移，但具體到國家來看，美國、日本和德國作為全球MEMS產(chǎn)業(yè)、技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)達(dá)國家，其行業(yè)發(fā)展水平依舊世界領(lǐng)先。與他們比，我國MEMS產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)受制于人，產(chǎn)業(yè)總體上仍處價(jià)值鏈中低端，代工制造和加工貿(mào)易所占比重較高，產(chǎn)業(yè)政策環(huán)境亟待完善，內(nèi)需帶動機(jī)制也尚未健全。這些問題和矛盾制約了我國MEMS產(chǎn)業(yè)由大變強(qiáng)，產(chǎn)業(yè)遷移帶來機(jī)遇的同時(shí)，也帶來了挑戰(zhàn)。
首先，我國在MEMS產(chǎn)業(yè)的設(shè)計(jì)、制造和封裝三個(gè)環(huán)節(jié)上，均缺乏對MEMS相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的自主研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化能力。
我國尚無一套有自主知識產(chǎn)權(quán)的傳感器設(shè)計(jì)軟件，國產(chǎn)傳感器可靠性也遠(yuǎn)不如國外同類產(chǎn)品。MEMS制造能力也更為薄弱，國內(nèi)具備一定規(guī)模的設(shè)計(jì)企業(yè)基本選擇國外代工廠，而多數(shù)小型設(shè)計(jì)企業(yè)選擇與科研院所的中試線綁定，這就導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程相對緩慢。
特別是國內(nèi)代工環(huán)節(jié)工藝嚴(yán)重制約MEMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國內(nèi)缺少M(fèi)EMS代工經(jīng)驗(yàn)或以及純MEMS制造的公司，之前國內(nèi)的MEMS代工廠一直是科研院所使用4/6英寸的晶圓制造出來的。中國MEMS代工企業(yè)還未積累起足夠的工藝技術(shù)儲備和大規(guī)模市場驗(yàn)證反饋的經(jīng)驗(yàn)，加工工藝的一致性、可重復(fù)性都不能滿足設(shè)計(jì)需要，產(chǎn)品的良率和可靠性也無法達(dá)到規(guī)模生產(chǎn)要求。代工環(huán)節(jié)薄弱導(dǎo)致好的設(shè)計(jì)無法迅速產(chǎn)品化并推向市場，極大地制約了中國MEMS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
其次，國內(nèi)MEMS傳感器進(jìn)口率高，國產(chǎn)替代空間巨大，但事實(shí)上國內(nèi)MEMS廠商盈利困難。
國內(nèi)MEMS市場中高端傳感器進(jìn)口占比達(dá)80%，傳感器芯片進(jìn)口率達(dá)90%，國產(chǎn)替代空間巨大。但是，我國傳感器新品研制落后近10年，產(chǎn)業(yè)化水平落后10-15年。而傳感器技術(shù)的研究需要比較長時(shí)間的投入，一款傳感器的研發(fā)，要6-8年才能成熟，一般中國企業(yè)都承受不了這么長的周期。再加上產(chǎn)品的價(jià)格并不與產(chǎn)品的重要性或者開發(fā)難度成正比，中國MEMS企業(yè)無法在價(jià)格戰(zhàn)中獲利。
還有人才嚴(yán)重短缺，高端人才與領(lǐng)軍人才缺失問題尤為突出。
傳感器及其產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)之一是技術(shù)密集，由于技術(shù)密集，也自然要求人才密集。而我國缺乏高端研發(fā)人員和經(jīng)驗(yàn)豐富的本土MEMS工程師，導(dǎo)致基礎(chǔ)研究落后。隨著技術(shù)商業(yè)化進(jìn)程的加快，很多技術(shù)在市場存活時(shí)間很短，而MEMS傳感器需要較長研發(fā)時(shí)間，這對MEMS企業(yè)是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。雖然經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)已經(jīng)積累一批人才，但與國際領(lǐng)先的企業(yè)相比，國內(nèi)MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)高端、專業(yè)人才仍相對稀缺，缺少龍頭企業(yè)帶動和領(lǐng)軍人才的引領(lǐng)作用。
