電子產業迫切需要新的微機電系統（MEMS）來推動傳感器和物聯網（IoT）的發展。根據業界分析師表示，如果期望利用物聯網驅動下一輪的電子產業成長，在很大程度上必須依賴MEMS和傳感器技術，才能使所有的智能對象與現實世界進行互動。但從實現新的MEMS設計到量產，可能要花很長的時間以及高昂的代價，才能滿足物聯網市場的期待——除非電子產業能夠找到加速MEMS開發之路。采用現有MEMS組件的新應用正以12%的年成長率推動MEMS市場進展。然而，Yole Doveloppement執行長兼總裁Jean-Christophe Eloy表示，除非業界能夠找到如何順利將機械組件轉換為硅晶的方法，否則要加速突破性新產品量產的困難度，可能減緩未來的MEMS市場成長。

　　MEMS完全創新產品缺席逾十年

　　透過在更多應用中更廣泛地采納成熟的MEMS組件，可望讓這種更小體積、更高性能且更低成本的漸進式組件創新，持續刺激傳感器及其所實現的系統邁向強勁成長。去年在MEMS領域實現最快速成長的要算是安華高科技（Avago Technologies）和Qorvo（原Triquint），這是因為LTE的廣泛普及對于多模手機所用的體聲波（BAW）濾波器帶來了很大的需求。同樣地，更多應用對于MEMS麥克風和慣性傳感器的強勁需求，有助于推動更多的傳感器供貨商進軍2-3億年營收范圍的行列。“這真的很重要，因為現在有多家公司都有潛力發展成為10億美元的公司”Eloy指出。然而，僅采用現有組件類型的新應用要維持110億美元業務的兩位數成長，在時間上可能無法長久。“挑戰之一在于最近完全創新的產品還是2003年時樓氏電子 （Knowles）開發的MEMS麥克風?！盓loy表示，“從那以后，都只是在整合度、更好的封裝等方面帶來漸進式創新。雖然這些也是非常重要的創新，但不是突破性的新產品。我們仍在等待MEMS開關、自動對焦和揚聲器等產品完全過渡到大量生產階段?！?/p>

　　根據Yole的數據顯示，2014年全球MEMS營收達111億美元

　　半導體產業已經找到可在競爭前的研究領域展開合作的方式了，而且已經有了發展良好的商用基礎架構來支持持續的成長，他表示。“MEMS產業需要一些變革發生，以便簡化與加速設計過程，并盡快投入量產?！薄半S著到處都需要傳感器來實現物聯網、情境感知，尤其是對于新型生化與生醫傳感器的新興需求，我認為MEMS產業的發展的確才剛剛開始，”硅谷投資業者 Band of Angels SIG委員會主席Kurt Petersen表示?！皟r格將繼續下滑，但目前開發中的新型感測機制將大幅提高精度，”對于發展中的壓電麥克風、超音波手勢辨識以及新的慣性技術帶來巨大的潛在影響——以更高10倍的精確度大幅改善導航信息。Peterson認為真正有用的穿戴設備尚未被開發出來，但對于其未來的發展表示樂觀。最有發展前景的是現正開發中的新一類生化傳感器，例如新創公司Profusa的可植入式葡萄糖傳感器，外部光學設備讀取，它利用一種可調式傳感器平臺，在人體內偵測化學藥物。除了更好的生化和生醫傳感器以外，能量采集器是另一個機會?！澳芰坎杉鲗兊萌遮呏匾?，因為物聯網將為其提供一個巨大的市場，”他說。

　　MEMS新平臺推動成長

　　為了能以市場要求的最快上市時間與低成本，將這些新式的MEMS組件投入量產，推動半導體業開發出一些新的方法?！斑^去客戶求助于我們時通常要求采用他們自己的獨特工藝，但現在有越來越多的客戶要求我們盡可能使用標準平臺，只需少量修改即可，”Teledyne Dalsa公司MEMS代工廠執行副總裁兼總經理Claude Jean表示。“一款產品采用一種工藝的傳統做法還沒有被完全淘汰，但越來越多的客戶傾向于利用成熟的平臺來開發產品，”他補充道。Dalsa公司正為慣性傳感器、微測輻射熱計、光學MEMS和壓電組件提供更廣泛的不同平臺，并盡可能地擴展自家的設計和測試支持業務。新平臺技術也來自研發實驗室。法國原子能署電子暨信息技術實驗室（CEA-Leti）的目標在于與代工廠合作，將其壓阻式MEMS平臺投入生產以提供給更多客戶。這種技術在移動的物質利用》10？m的厚層，而將《500nm的超薄層用于邊緣的壓阻式組件，然后透過壓縮或拉緊改變電阻來檢測其運動。

　　“這種技術為緊密地整合多個傳感器提供了替代性方法，可以協助像系統或CMOS制造商等缺少自有技術的新公司很快地開發出產品來?！盋EA-Leti北美策略合作伙伴副總裁Hughes Metras并指出，CEA-Leti已經與首家取得授權的業者Tronics迅速地將其六自由度慣性傳感器推向市場了。如今，這些基本技術的成熟還意味著MEMS市場開始從一些基于共同利益的合作中尋找優勢，特別是在一些設備要求或測試操作等方面。目前在測量慣性傳感器性能方面還沒有被廣泛接受的標準，也沒有像ITRS路線圖那樣為設備制造商定義未來需求的手段，Teledyne Dalsa的Jean指出?！澳壳霸贛EMS市場所要求的成本和可用的先進CMOS設備之間存在著巨大的差距?！彼J為，“不過，相較于為先進CMOS開發的工藝，這還需要更簡單且更低成本的TSV工藝等技術支持?！?/p>

　　Teledyne Dalsa目前正與Alchimer合作開發低成本的濕式銅工藝后鉆孔（Via-Last） MEMS TSV途徑。Teledyne DALSA的Via-Last技術采用銅鉆孔，并利用Alchimer的低溫電化學工藝，形成具有5微米直徑x100微米深完美填充的穿孔，并利用銅再分布層和鎳/金UBM連接到外部。但該工藝目前僅適用200mm晶圓，因此，“我們需要MEMS制造商和設備與材料供貨商之間展開更加密切的合作，共同開發出更低成本的方法來推動創新進展。”他表示。

　　2014年全球車用MEMS傳感器排名前十供應商

　　根據IHS的統計資料分析，2014年全球車用MEMS市場達到了26億美元的市場規模，預計未來幾年內將以3.4%的復合年成長率（CAGR）成長，在2021年以前達到34億美元。驅動這一市場成長的主要來源在于壓力感測器、流量感測器、陀螺儀與加速度計等4大領域。

　　IHS表示，2014年MEMS供應商藉由汽車安全市場的推動，實現了汽車領域的營收新記錄。各國政府對于電子穩定控制（ESC）和胎壓監測系統（TPMS）的強制性要求，持續推動汽車中使用的感測器數量增加。

　　除了壓力感測器、流量感測器、陀螺儀與加速度計等4大領域的帶動，FLIR 與Ulis推出的夜視型輻射熱測定計，以及Sensirion針對窗戶除霧用的濕度感測器也將在2021年以前加入主要的市場產品組合。此外，德州儀器（TI）開發的數位光處理（DLP）MEMS預期也將出現在未來的汽車應用中。

　　IHS的資料顯示，2014年全球前十大車用MEMS供應商的銷售額估計就占據整體市場的78%。值得一提的是，Sensata在2014年的銷售額達到了2.68億美元，超越飛思卡爾（Freescale）和電裝（Denso）公司，首度躍居車用MEMS市場第二的位置。主要原因在該公司的產品兼具安全與動力傳動壓力感測器的優勢，以及透過收購 Schrader Electronics使其成為市場領先的胎壓監測感測器供應商。

　　2014年全球前十大車用MEMS感測器供應商銷售排名

　　盡管如此，Sensata的市占率仍遠落后于主導市場龍頭的博世公司（Robert Bosch GmbH）。博世向來在用于汽車安全氣囊的高g加速度計以及幾乎各領域的產品組合中均占據強勁的市場地位，2014年車用MEMS銷售額更達到了7.9億美元，毋庸置疑地仍位居這一市場龍頭地位。

　　Denso在2014年的銷售不錯但表現下滑，主要原因在于日圓走眨。Denso在MEMS空調偵測以及針對連續變速傳動系統的壓力計產品領域占據主導位置，同時也是歐洲主要OEM的氣體壓力感測器供應來源。

　　新興MEMS傳感器、成本顯著降低、軟件和新技術的重要性日益增加、行業巨頭和中國代工廠的崛起：2020年全球MEMS產業將超過200億美元！

　　MEMS產業越來越成熟，新興器件不斷涌現

　　2014年，硅基MEMS器件的市場規模達到111億美元。由于智能手機和平板電腦的巨大市場需求，MEMS產業發展進入快車道，后續還有增長潛力無限的可穿戴和物聯網（IoT）市場驅動。同時，MEMS產業也是高度動態化的，即便是較為成熟的汽車市場，也需要新技術來挑戰現有格局。一些MEMS器件的制造成本僅為幾十美分，如運動傳感器正成為一種廉價商品，就像幾年前的溫度傳感器一樣。成熟的工藝滿足了更大的市場容量和多種傳感器系統集成的需求，這也促使MEMS制造將快速向下一代晶圓尺寸轉移。

　　圖1 2014-2020年MEMS市場預測

　　此外，我們認為新興MEMS器件不斷涌現。雖然氣體和化學傳感器是基于半導體技術的，但是MEMS技術可以進一步減小尺寸和降低成本，從而開辟新的機遇。我們相信基于MEMS技術的氣體傳感器將會獲得越來越多的應用，尤其是可穿戴和消費電子設備，如智能手機和智能眼鏡等。另一個例子是，MEMS微鏡正吸引來自光通信市場的目光，如凱聯特（Calient）實現快速增長；或者MEMS微鏡應用于人機交互界面，如英特爾（Intel）收購 Lemoptix。

　　過去，我們已經看到了不同市場中的領導者，并且競爭也是很開放的。但是2014年令人記憶猶新的是：一個未來的 MEMS巨人——羅伯特?博世（Robert Bosch）的成長。去年由于消費市場的帶動，該公司的MEMS營收增長20%，達到12億美元，穩居全球第一位。意法半導體的MEMS營收現在落后博世 4億美元。相比2013年，全球前五大MEMS公司沒有改變，合計營收為38億美元，約占全球MEMS市場的三分之一。博世的霸主地位顯而易見，因為它的營收約占前五大公司合計營收的三分之一。

　　MEMS一直依賴于使用基于半導體的微加工技術來制造器件，以取代更加復雜、笨重或不敏感的傳感器。我們的分析表明，未來將有四種趨勢改變MEMS市場格局：

　　* 新興器件，如氣體傳感器、微鏡和環境組合傳感器

　　* 新應用，如壓力傳感器應用于位置（高度）感測

　　* 顛覆性技術，包括封裝、新材料（如壓電薄膜和300mm/12寸晶圓）

　　* 新的設計，包括NEMS（納機電系統）和光學集成技術

　　全球前十名MEMS廠商占據了大部分市場份額，我們將它們分為兩大類：“氣勢洶洶的悍將”和“苦苦掙扎的巨頭”。“氣勢洶洶的悍將”包括博世、 InvenSense、Avago和Qorvo。博世是值得特別注意的，因為它是目前排名前三十名中唯一一家雙市場（汽車和消費電子）MEMS公司，并且還具有研發和量產雙重設施?！翱嗫鄴暝木揞^”包括意法半導體、惠普、德州儀器、佳能、樓氏電子、電裝和松下。這些公司目前正在努力尋找一種有效的增長引擎。此外，還值得一提的是一些“小巨人”，如Qorvo和英飛凌（Infineon），將來很有潛力發展為“悍將”或“巨頭”。

　　圖2 2014年全球前三十名MEMS廠商排名

　　本報告會分析全球前三十名MEMS廠商的MEMS業務發展情況，包括MEMS產品線和系統集成產品。MEMS公司發展方向：（1）單個MEMS產品線發展為多元化產品線；（2）MEMS產品線發展為系統集成產品線。到目前為止，博世是最為成功的案例。

　　圖3 2014年全球前三十名MEMS廠商的產品線定位

　　未來的機會：軟件、12寸晶圓、新型檢測方法和新興傳感器

　　我相信12英寸MEMS晶圓制造將在未來幾年成為熱門主題。12英寸晶圓制造將影響整個MEMS供應鏈，包括設計、材料、設備和封裝等。目前看來，主要有兩個原因驅動12英寸晶圓制造，（1）技術需求，如具有CMOS層的器件希望有較小的特征尺寸，而晶圓尺寸的擴大與芯片特征尺寸的縮小是相應促進和互相推動的，晶圓尺寸每提升一個等級就會伴隨著芯片特征尺寸縮小一個等級；（2）經濟需求：企業追求不斷地降低成本、增加產量。

　　封裝已經成為眾多MEMS公司的焦點，但是現在軟件也正成為MEMS傳感器的重要組成部分。隨著傳感器進一步集成，越來越多的數據需要處理，軟件使得多種數據融合成為可能。由于軟件的重要性日益凸顯，所以收購行為不斷發生，如InvenSense收購Movea。

　　隨著NEMS、新的封裝技術和其它因素的發展，新一輪的MEMS投資周期開始。

　　圖4 傳感器、封裝和軟件 – 將成為一個整體的傳感解決方案

　　雖然組合傳感器市場不斷增長，但是分立慣性傳感器市場仍有亮點

　　2015-2020年，消費類應用將繼續顯著增長，預計出貨量的年增長率為17%。然而，價格下降壓力巨大，每年下跌約5%，因此市場營收的年增長率為 13%。在消費領域，還有一個有趣的現象：盡管組合傳感器獲得廣泛應用，但是分立的加速度計仍然保持增長勢頭。因為可穿戴設備和物聯網還將需要大量的分立傳感器。此外，智能手機iPhone 6中也使用了一顆博世的分立加速度計。

　　加速度計+磁力計的組合傳感器適用于功能手機，因為他們可以采用算法來模擬陀螺儀，從而使得低端手機中的用量增加。而9軸或10軸組合傳感器將受可穿戴設備驅動增長。

　　我們還發現很多其它MEMS器件的發展趨勢，例如工業應用的噴墨打印頭近期爆發，MEMS技術正在工業和圖形市場取代壓電噴墨技術，同時在辦公室領域取代激光打印技術。我們也相信，2020年智能手機、平板電腦和可穿戴設備中的壓力傳感器市場將超過5.8億美元。另一個飆升的市場是消費類MEMS麥克風。醫療、汽車和其它應用仍然處于起步階段。此外，微鏡也有很多工業用途，如印刷和成形、激光微加工、光刻、全息數據存儲、光譜學、光療、三維測量、顯微鏡檢查、頭戴式顯示器和網絡數據中心等。

　　紅外微測輻射熱計（microbolometer）市場繼續增長，320 x 240像素分辨率的產品因其良好的“分辨率/成本”率，獲得最為廣泛的應用。由于汽車和監控市場的需求，它仍將占據主導地位。雖然Lepton模塊的發布并未提升FLIR公司的2014年業績，但是它和Seek Thermal（采用Raytheon紅外成像儀）將開啟未來全新的市場。

　　對于射頻應用，未來幾年，體聲波（BAW）濾波器市場將受到高端智能手機的驅動。2014年第三季度Cavendish Kinetics發布了一款令人印象深刻的MEMS天線調諧開關，滿足消費市場的“可靠性/成本”的規格需求。

　　最后，我們認為基于MEMS技術的化學/氣體傳感器將成為未來的“明星”產品，智能手機和可穿戴設備都將廣泛采用。
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