MEMS技术面面观

SEMI在2019年发布的报告《2018至2023MEMS及传感器产能报告（MEMS & Sensors Fab Report to 2023）》中指出，受到通信、运输、医疗、移动、工业和其他物联网应用需求驱动，2018年到2023年，全球MEMS和传感器制造产能预计将增长25％。报告预测到2023年，MEMS代工厂将占所有MEMS和传感器产线的46％。MEMS的英文全称是Micro-Electro-Mechanical System，即微机电系统，它的尺寸通常在几毫米乃至更小，它是一个独立的智能系统。MEMS是目前备受关注的技术之一，它也是一种典型的多学科交叉的前沿性研究技术，涉及多种学科领域，如电子、机械、材料、制造、物理、化学、生物以及信息与自动控制等，它被认为是构建物联网基础物理感知层传感器的最主要选择之一。

那MEMS有哪些优点让它备受关注呢？首先当然是微型化，MEMS器件的体积都具有体积小，重量轻，惯性小，耗能低，谐振频率高等特点，这些特点对于许多领域的应用，尤其是物联网领域的应用和发展至关重要。

第二个是集成化，可以把多个具有不同功能、不同敏感方向或制动方向的传感器集成于一体，形成微传感器阵列，也可以把多种功能的器件集成在一起，形成更为复杂的微系统，为传感器和微电子器件的集成制造出具有更高可靠性和稳定性的MEMS产品。

还有一个重要的特点就是MEMS可以批量化生产，采用硅微加工工艺在一片硅片上可同时制造上千个MEMS装置或完整的MEMS器件，这可以大大降低成本。

MEMS与CMOS的关联

提起MEMS，总会联想到CMOS。CMOS是标准半导体制造工艺，而MEMS模块中很多会用到CMOS器件，从某种程度上而言，MEMS可以看作是CMOS的扩展，但两者也有很大区别。

MEMS与CMOS的根本区别在于：MEMS是带活动部件的三维器件，而CMOS则是二维器件。因此，虽然它们在刻蚀和沉积等许多制程工艺是相似的，但MEMS在失效机理等方面更独特。例如，由于CMOS器件没有活动部件，因此它不需要释放工艺，而MEMS器件需要在热、静电、磁场等驱动下执行动作，当活动部件“粘”在器件表面上导致设备故障时，就会产生静摩擦，而CMOS没有此类问题。所以CMOS封装相对简单，但MEMS则非常复杂，不能采用CMOS的传统方法进行封装，通常需要定制化。

需要在一些如热驱动、静电驱动、磁驱动下执行动作，不能采用CMOS传统方法进行封装

一家MEMS设备公司人员在谈到MEMS和CMOS的区别时表示：“CMOS器件是在硅材料上逐层制作而成。虽然蚀刻和沉积是标准工艺，但它们主要使用光刻和等离子蚀刻在裸片上创建图案。而MEMS则是采用体硅加工工艺嵌入到硅中，或通过表面微加工技术在硅的顶部形成。”在生物和医疗领域，很多都采用玻璃和塑料而非硅片来作为MEMS基底从而降低成本。

MEMS市场状况

SEMI在2019年发布的报告《2018至2023MEMS及传感器产能报告（MEMS & Sensors Fab Report to 2023）》中指出，受到通信、运输、医疗、移动、工业和其他物联网应用需求驱动，2018年到2023年，全球MEMS和传感器制造产能预计将增长25％。报告预测到2023年，MEMS代工厂将占所有MEMS和传感器产线的46％。

根据法国咨询公司Yole曾公布的MEMS厂商销售额前30名排行榜中，博通和博世名列前两名，日本厂商如TDK、松下等也在MEMS领域表现出色。中国有两家厂商入围Yole榜单，分别为歌尔股份（Goertek）和瑞声科技（AAC）。而耐威科技通过收购Silex Microsystems AB公司后在MEMS代工领域处于领先的位置。敏芯微电子在硅麦领也域取得不错进展，近期正在谋求科创板上市，不过敏芯与歌尔之间因市场竞争而起的纠纷也是最近的行业热点话题。

虽然近几年中国在MEMS领域的投入不断增加，但中国和国外的技术和产品差距还是相当大的。中国在MEMS应用的内部开发方面也落后其它国家。尤其，目前中国还面临美国对于半导体设备等方面的制裁，势必进一步延缓MEMS技术的研发和制造的脚步，同时其它国家还在不断推进对MEMS技术和设备的研究和发展，多方面的不利因素都会影响我们迎头赶上的速度。

尤其，MEMS产业发展速度非常快，需要更强的创新力，而且大多数MEMS器件都是专用的，市场规模不像CMOS器件有那样大的体量，因此，技术是关键，在加大生产投资的同时，也需要专注对MEMS技术的研发，只有真正在技术上持续投入，才有可能缩小与先进国家之间的差距。

总结

随着物联网和5G时代来临，对于MEMS器件的需求量肯定会越来越大。有市场研究公司估计，2023年仅RF MEMS市场规模就将达到150亿美元。这是一个诱人的蛋糕，但首先得有足够的实力才能共享市场红利。在目前复杂的市场形势下，专注技术研发才是制胜之道，投机取巧或可以一时在市场上赚到钱，但一直投机总会把市场份额都送出去。