【導(dǎo)讀】MEMS行業(yè)，作為基于集成電路技術(shù)演化而來(lái)的新興子行業(yè)，這幾年發(fā)展迅速。應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展，成為消費(fèi)電子、智能汽車、航空航天、智慧生活、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的標(biāo)配。
用MEMS工藝制造的傳感器可以實(shí)現(xiàn)尺寸小型化，隨之帶來(lái)的是高集成度、低功耗、低成本、批量生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)，目前約占60%-70%的市場(chǎng)規(guī)模，已成為傳感器領(lǐng)域的璀璨明星。
近幾年從市場(chǎng)增速來(lái)看，MEMS傳感器在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)幾乎每年超過(guò)20%，即便是疫情爆發(fā)的2020年，其市場(chǎng)增速也達(dá)到了23%，是當(dāng)年國(guó)家GDP增速的10倍，權(quán)威行業(yè)機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，到2023年中國(guó)MEMS市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)千億規(guī)模。
在我國(guó)，中高端MEMS傳感器的受重視程度不亞于芯片和5G。近十年來(lái)，國(guó)家和多地政府出臺(tái)了多項(xiàng)扶持政策，為國(guó)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(shí)現(xiàn)從0到1的突破，打破國(guó)外技術(shù)壟斷。作為國(guó)內(nèi)少有的IDM模式企業(yè)，士蘭微電子（簡(jiǎn)稱“士蘭微”）便是其中之一，在產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新和目標(biāo)市場(chǎng)獲得雙贏。
日前，感知芯視界對(duì)士蘭微MEMS總設(shè)計(jì)師王敏昌博士進(jìn)行專訪，話題圍繞產(chǎn)品線實(shí)力、產(chǎn)業(yè)護(hù)城河建設(shè)、人才創(chuàng)新以及產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展前景等展開(kāi)，探析這個(gè)千億藍(lán)海市場(chǎng)的風(fēng)向和機(jī)遇。
走IDM路線 競(jìng)逐千億賽道
MEMS是利用集成電路制造技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)，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(xué)科交叉、產(chǎn)品高度定制化以及工藝技術(shù)門檻高等特點(diǎn)。
目前，MEMS傳感器行業(yè)公認(rèn)的商業(yè)模式主要有外購(gòu)芯片封測(cè)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(shè)計(jì)傳感器外，需配套大量傳感器制造和封裝測(cè)試所需設(shè)備，資金投入大，屬于重資產(chǎn)企業(yè)。
隨著制造技術(shù)和封裝測(cè)試技術(shù)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(gòu)、驗(yàn)證等設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，從而實(shí)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(dǎo)體和博世等企業(yè)仍舊采用IDM模式，并占據(jù)MEMS市場(chǎng)的龍頭地位。
士蘭微成立于1997年，起步于芯片設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)，但公司并不認(rèn)同單純的Fabless模式能構(gòu)成可持續(xù)的競(jìng)爭(zhēng)力。
“垂直分工是全球半導(dǎo)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(lái)實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展效果。因?yàn)镮DM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(jī)會(huì)做得更好。”士蘭微電子董事長(zhǎng)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(kāi)始進(jìn)入硅芯片制造業(yè)務(wù)，不斷將產(chǎn)線從最初的5/6吋升級(jí)到8吋和12吋，實(shí)現(xiàn)了芯片設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)等環(huán)節(jié)的一體化布局，為后來(lái)發(fā)展成為MEMS IDM 供應(yīng)商奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2010年，士蘭微看準(zhǔn)MEMS賽道潛力，開(kāi)始投入大量資金，靠完整的MEMS團(tuán)隊(duì)，對(duì)加速度計(jì)、地磁傳感器、壓力傳感器等一系列傳感器產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)，在6吋、8吋芯片生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)了批量制造能力，并建立了封測(cè)產(chǎn)線，以百余項(xiàng)發(fā)明專利護(hù)航，走通了MEMS傳感器的IDM發(fā)展之路。
王敏昌博士認(rèn)為，“產(chǎn)品底層技術(shù)依賴自有產(chǎn)線進(jìn)行工藝、材料等一些底層技術(shù)的研究，以及與器件設(shè)計(jì)的深度磨合，并將這些技術(shù)固化在產(chǎn)線上，這是IDM模式的一大特點(diǎn)。士蘭微始終圍繞這一特點(diǎn)，將其轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。”
據(jù)了解，士蘭微在超20年的產(chǎn)業(yè)深耕中，成功開(kāi)發(fā)了三十多個(gè)傳感器產(chǎn)品，其中加速度計(jì)等已大規(guī)模導(dǎo)入量產(chǎn)。多項(xiàng)產(chǎn)品和技術(shù)居于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，其中，“單芯片六軸慣性傳感器”具有國(guó)際領(lǐng)先水平，擁有41項(xiàng)發(fā)明/實(shí)用新型專利，獲評(píng)2019年國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)以及2018年陜西省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)獎(jiǎng)項(xiàng)。
憑借持續(xù)的研發(fā)投入和堅(jiān)持IDM模式所積累的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，士蘭微的MEMS傳感器業(yè)務(wù)營(yíng)收獲得多年持續(xù)增長(zhǎng)。
感知芯視界梳理士蘭微近3年發(fā)布的財(cái)報(bào)數(shù)據(jù)獲悉，2022年，士蘭微MEMS傳感器方面營(yíng)收3.05億元，雖受消費(fèi)電子市場(chǎng)下行影響，仍同比增長(zhǎng)15%。2021 年，MEMS 傳感器產(chǎn)品營(yíng)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(yíng)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(diǎn)開(kāi)花 打開(kāi)新增長(zhǎng)曲線
查詢資料獲悉，MEMS的歷史沿革可追溯至20世紀(jì)50年代，硅的壓阻效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)后，學(xué)者們開(kāi)始了對(duì)硅傳感器的研究，直到20世紀(jì)80年代才開(kāi)始真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)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(jì)80年代-90年代，安全氣囊、輪胎壓力檢測(cè)系統(tǒng)等汽車應(yīng)用促使MEMS傳感器需求激增；第二次是20世紀(jì)90年代末-21世紀(jì)初，手機(jī)、小家電等消費(fèi)電子的普及帶動(dòng)了產(chǎn)業(yè)發(fā)展；2010年至今，智能產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景的日益豐富，推動(dòng)了MEMS行業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。
隨之帶動(dòng)的是MEMS傳感器的產(chǎn)品種類越來(lái)越多，運(yùn)動(dòng)、壓力、麥克風(fēng)、環(huán)境、光傳感器等不斷推向市場(chǎng)。yole報(bào)告分析，在整個(gè)市場(chǎng)中，消費(fèi)電子、汽車和醫(yī)療成為了MEMS傳感器的三大增長(zhǎng)引擎。
而在上述領(lǐng)域，士蘭微以IDM模式優(yōu)勢(shì)，布局了多系列MEMS傳感器產(chǎn)品，贏得了目標(biāo)市場(chǎng)的認(rèn)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(jì)、陀螺儀、麥克風(fēng)、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(shí)現(xiàn)了批量產(chǎn)出。
據(jù)介紹，士蘭微MEMS 傳感器廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、智能手環(huán)和手表、平板電腦、行車記錄儀、真無(wú)線立體聲耳機(jī)等智能設(shè)備中。其中，加速度傳感器進(jìn)入國(guó)內(nèi)主要的幾家頭部手機(jī)廠商。
未來(lái)，士蘭微也志在更廣袤的應(yīng)用市場(chǎng)，加快向白電、工業(yè)、汽車等增量市場(chǎng)拓展，預(yù)計(jì)其產(chǎn)品出貨量有望獲得進(jìn)一步增長(zhǎng)。
搶占市場(chǎng)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(guò)在MEMS/ASIC設(shè)計(jì)方面的努力，進(jìn)一步縮小器件尺寸，實(shí)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(bǔ)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(shù)能力，比如工藝質(zhì)量、材料特性等，通過(guò)夯實(shí)這些底層核心技術(shù)能力，提升產(chǎn)品性能和品質(zhì)，比如通過(guò)優(yōu)化工藝降低材料的應(yīng)力，已經(jīng)將加速度計(jì)的零偏降低了三倍，而且這個(gè)指標(biāo)還在持續(xù)提升。
“除此之外，士蘭微還在制造產(chǎn)線的建設(shè)和優(yōu)化方面下功夫，以此來(lái)提升產(chǎn)品品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本。”王敏昌博士補(bǔ)充道。
緊跟市場(chǎng)需求及時(shí)推出一系列新產(chǎn)品、新技術(shù)是創(chuàng)新實(shí)力的體現(xiàn)。
談及企業(yè)如何保持持續(xù)的創(chuàng)新能力時(shí)，王敏昌博士說(shuō)了這樣一句話：“很多大的技術(shù)創(chuàng)新，往往不是發(fā)生在一個(gè)領(lǐng)域內(nèi)，而是發(fā)生在多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的交界處，這是MEMS的一大特點(diǎn)。”
由此，我們得以了解到，士蘭微除了通過(guò)相關(guān)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(lì)設(shè)計(jì)、工藝、封裝等產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)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(lái)。
“給國(guó)內(nèi)產(chǎn)品更多試用、試錯(cuò)的機(jī)會(huì)”
在需求牽引和創(chuàng)新技術(shù)的雙輪驅(qū)動(dòng)下，MEMS應(yīng)用領(lǐng)域也愈加廣泛，產(chǎn)業(yè)規(guī)模日漸擴(kuò)大，本土MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展已成燎原之勢(shì)。
據(jù)梳理獲悉，深圳、蘇州、北京、上海、武漢、鄭州、無(wú)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(zhǎng)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(guò)，我國(guó)的MEMS傳感器高端產(chǎn)品幾乎全靠進(jìn)口，80%的芯片依賴國(guó)外。此外，據(jù)賽迪顧問(wèn)數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)依然為國(guó)外廠商主導(dǎo)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前 10 廠商占據(jù)的份額中屬于國(guó)內(nèi)廠商不到10%，這是不爭(zhēng)的事實(shí)。那么，在國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程的趨勢(shì)下，自主可控的國(guó)產(chǎn)供應(yīng)鏈之路該怎么走呢？
王敏昌博士指出，產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)和自主可控是大家一直討論的問(wèn)題，本土企業(yè)存在感弱的原因在于，產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、技術(shù)領(lǐng)域多、底層技術(shù)多都是大挑戰(zhàn)。其次，以往國(guó)內(nèi)對(duì)國(guó)外核心供應(yīng)的依賴性強(qiáng)，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品沒(méi)有足夠多的應(yīng)用機(jī)會(huì)。
“這些年國(guó)內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)變化挺大，主要原因是國(guó)外產(chǎn)品的供應(yīng)問(wèn)題。”王敏昌博士認(rèn)為，本土傳感器產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)產(chǎn)化建設(shè)要獲得長(zhǎng)足發(fā)展，一方面國(guó)內(nèi)的廠家要立足自身領(lǐng)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(guó)內(nèi)產(chǎn)品更多的試用、試錯(cuò)的機(jī)會(huì)。
來(lái)源：感知芯視界
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