集微咨询：国外MEMS代工厂商仍是主流 国内厂商如何后续发力？
发布时间：2022-01-25 22:09:26来源：MCA手机联盟
中国MEMS将步入黄金机遇期。国内MEMS代工厂亟需从自身实际出发，把握这个历史性机遇。
作者｜木棉校对｜holly
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集微咨询（JWinsights）认为：
-随着物联网在半导体中的日益普及、对智能消费电子和可穿戴设备的需求不断增加，以及工业和家庭中自动化的日益普及，MEMS市场将迎来高速增长；
-目前MEMS代工市场的三类参与者，包括纯MEMS代工厂、IDM企业代工厂和传统代工厂，国外厂商仍处于领先地位；
-中国MEMS将步入黄金机遇期。国内MEMS代工厂亟需从自身实际出发，把握这个历史性机遇。
MEMS的全称是微型电子机械系统（MicroElectromechanicalSystem），利用半导体制造工艺和材料，将传感器、执行器、机械机构、信号处理和控制电路等集成于一体的微型器件或系统，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，主要包含两个部分：传感器和执行器。其中传感器是用于探测和检测物理、化学、生物等现象和信号的器件，而执行器是用于实现机械运动、力和扭矩等行为的器件。
与传统的机械传感器相比，MEMS传感器具有体积小、集成化、智能化、低成本等优点，可以满足物联网时代对于传感器的要求。
随着物联网在半导体中的日益普及、对智能消费电子和可穿戴设备的需求不断增加，以及工业和家庭中自动化的日益普及，MEMS市场将迎来高速增长。
据YoleDéveloppement（Yole）数据，2020年MEMS市场价值近121亿美元，同比增长超过2%。在经历了2019年和2020年的疲软之后，Yole的分析师预计该市场在2021年将增长11%，达到134亿美元。到2026年，MEMS市场预计将达到182亿美元，复合年增长率约为7%（2020-2026年）。
MEMS是多学科交叉的复杂系统，整个产业链涉及设计、制造、封装测试、软件及应用方案环节。本文将主要聚焦MEMS代工市场的发展情况。
三类主要参与者
据Statista数据，2016年至2021年期间全球200毫米半导体制造厂按产品类型的增长情况，其中，MEMS产品以60%的增长速度排名第一。MEMS市场一触爆发，属于MEMS代工厂的时代也终将来临。
图源：Statista
目前MEMS代工市场主要有三类参与者：
（1）纯MEMS代工厂
纯MEMS代工企业不提供任何设计服务，企业根据客户提供的MEMS芯片设计方案，进行工艺制程开发以及代工生产服务。代表企业有SilexMicrosystems、TeledyneDALSA、AsiaPacificMicrosystems（APM）、InnovativeMicroTechnology（IMT）等。
（2）IDM企业代工厂
IDM企业即垂直整合器件制造商，该类厂商除了进行集成电路设计之外，一般还拥有自有的封装厂和测试厂，其业务范围涵盖集成电路的设计、制造、封装和测试所有环节。在满足自身晶圆制造需求的同时，IDM企业会将剩余的产能外包，提供MEMS代工服务。代表企业主要为全球芯片行业巨头，如意法半导体（ST）、德州仪器（TI）、索尼等。
（3）涉足MEMS的传统IC代工厂
涉足MEMS的传统IC代工企业以原有的CMOS产线为基础，嵌套部分特殊的生产MEMS工艺技术，将部分旧产线转化为MEMS代工线。由于批量生产能力突出，该等企业往往会集中向出货量较高的消费电子领域MEMS产品提供代工，该类代工企业以台积电（TSMC）、GlobalFoundries（格芯）等为代表。
近几年，Fabless模式的MEMS器件制造商发展迅速，独立的MEMS代工厂努力寻求标准化的工艺以提升规模经济，减少制造时间和降低成本，使得独立的MEMS代工厂快速成长，但目前IDM代工仍处于市场领导地位。
以下是Yole报告出具的2019年MEMS代工销售额排行榜。（一般情况下，MEMSFoundry也兼具半导体Foundry的功能，此处仅仅是MEMSFoundry的销售额统计）
图源：Yole
经集微咨询（JWinsights）整理分析，排名前18的MEMS代工厂商基本是国外厂商。国内方面，只有中国台湾地区的台积电、台湾亚太优势微系统（APM）、世界先进（VIS）、联电入列。
国内MEMS代工现状
如上表，已基本罗列国外MEMS代工的基本情况，那么，国内MEMS代工现状又如何？
集微咨询（JWinsights）整理了中国大陆MEMS代工的主要厂商，包括中芯国际、华虹宏力、上海先进、赛微电子、士兰微、华润微电子、罕王微电子等企业，基本以6英寸和8英寸产线为主。
值得一提的是，赛微电子（原耐威科技）于2015年启动对全球领先的纯MEMS代工企业——瑞典SilexMicrosystemsAB的收购案，并于2016年实现100%控股。收购之后，赛微电子的工艺水平、标准化程度不断提升，极大提升了国内MEMS代工水平。与此同时，赛微电子引入国家大基金，同步在国内投建MEMS代工产线。2020年10月，赛微电子首条北京8英寸MEMS国际代工线通线投产，新增产能1万片/月。2021年6月，赛微电子“8英寸MEMS国际代工线建设项目”（FAB3）符合竣工验收的各项条件，同意项目竣工验收，该8英寸MEMS国际代工线设计总产能为3万片MEMS晶圆/月。
传统晶圆代工厂方面，中芯国际和华虹宏力的MEMS代工也有了一定的工艺积累。
中芯国际的MEMS方案主要集中在MEMS麦克风、加速度计、陀螺仪、压力、显微镜、超声波传感器、射频器件。2018年3月，中芯国际、绍兴市政府、盛洋集团共同出资设立中芯集成电路制造（绍兴）有限公司。中芯绍兴布局MEMS、MOSFET、立足场截止型（FieldStop）IGBT结构。根据2021年7月的消息，中芯绍兴产能爬坡已至7万片/月，良品率达99%以上。
华虹宏力在上海金桥和张江共有三座8英寸晶圆厂（华虹一厂、二厂及三厂），月产能约18万片。在8英寸制造平台上，华虹实现MEMS器件与标准CMOS工艺及生产线的全兼容，已流片的产品包括磁力计、加速度计、压力传感器等。
根据SEMI的统计，MEMS＆传感器代工产能将从2019年的390万片/月增加至2023年的470万片/月。另外，《2020年中国MEMS制造白皮书》还具体指出，2019年中国MEMS对应晶圆需求共计70.78万片，其中6寸晶圆需求为36万片，占比达到51%，8寸晶圆需求增长较快达到34.78万片，占比49%接近6寸晶圆。从MEMS产品对应需求来看，MEMS麦克风所需8寸晶圆需求最高，其次是MEMS压力传感器所需6寸晶圆需求。
因此，集微咨询（JWinsights）认为，在中国MEMS产业即将步入黄金机遇期之际，也将是国内MEMS代工厂高速发展的机会。国内MEMS代工厂需不断修炼“内功”，把握历史性机遇。
国内MEMS代工机遇与挑战并存
需要指出的是，在机遇面前，国内MEMS代工发展路上同样将会面临一些挑战。
一方面，从工艺角度看，MEMS技术与IC技术有本质差异，技术核心领域在于工艺和制造。IC产业通过单一工艺即可支持整个产品世代，其产品制造工艺标准化程度高，批量化生产相对简易。而MEMS产品种类丰富、功能各异，工艺开发过程中呈现出“一类产品，一种制造工艺”的特点。MEMS芯片或器件的种类多达上万、个性特征明显，除了采用相同的硅材料外，不同的MEMS产品之间没有完全标准的工艺，产品参量较多，每类产品品种实现量产都需要从前端研发重新投入，工艺开发周期长，且量产率较传统半导体生产行业相比更低，依靠单一种类的MEMS产品很难支撑一个公司。
另一方面，从市场角度来看，当前本土MEMS产业明显落后国际水平，国内市场严重依赖进口，市场份额基本被Bosch、ST、ADI、Honeywell、Infineon、AKM等国际大公司寡头垄断，中高端MEMS传感器进口比例达80%，传感器芯片进口比例高达90%。集微咨询（JWinsights）认为，MEMS代工环节是掣肘国内MEMS产业发展的其中一个重要因素。代工环节的薄弱导致好的设计无法迅速产品化并推向市场，极大地制约了国内MEMS产业的发展，产业中游迫切需要有工艺经验和高端技术的厂商填补洼地。
国内MEMS代工厂硬件条件虽与国际水平相近，但开发能力远不及海外代工厂。国内MEMS代工企业还未积累起足够的工艺技术储备和大规模市场验证反馈的经验，加工工艺的一致性、可重复性都不能满足设计需要，产品的良率和可靠性也无法达到规模生产要求。因此商业化阶段的本土设计公司更愿意同海外成熟代工厂合作。
不过，近年来，国际贸易环境复杂多变，国内产业和市场端面临着诸多挑战，与此同时，也带来了前所未有的机遇。首先是科创板的设立，将加速MEMS企业优胜劣汰，促进行业快速发展；其次是新基建机遇，5G、物联网市场将带来的新需求；最后是国家对MEMS产业的支持力度将不断加大。
随着国内MEMS制造水平的不断提高，加之本地化服务和成本等优势，MEMS制造环节向中国转移的趋势将更加明显，这也将导致中国的MEMS晶圆厂建设提速，进一步提升国内的MEMS制造的整体能力。
据悉，生产制造环节包括MEMS传感器新工艺开发、MEMS传感器加工中试工艺、MEMS传感器批量制造工艺等二级产业链环节。因此，集微咨询（JWinsights）认为，在MEMS生产制造环节，最重要的是建立起国产先进的MEMS平台，比如发展多尺寸兼容的先进MEMS研发平台等。
图源｜网络
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