移动互联网时代 MEMS的前世今生

无论是博世(Robert Bosch)还是意法半导体(STMicroelectronics；ST)，都没能在2017年全球MEMS市场排名中拔得头筹。今天，世界上最大的的全球微机电系统(MEMS)供应商是——博通(Broadcom)！

谁想得到呢？

根据法国市场市调公司Yole Développement发布的MEMS最新报告，去年，博通的排名首次超过了MEMS产业中的所有常见对手，这都要归功于射频(RF) MEMS的热销。

全球主要的MEMS业者表现强劲成长（来源：Yole Développement）

在与《EE Times》的电话采访中，Yole的MEMS组件和技术资深分析师Eric Mounier解释，由于4G的复杂性迫使手机必须支持多频段，从而引发对于RF滤波器无与伦比的需求高峰。随之而来的是对于RF MEMS的市场需求畅旺。他指出，随着业界转向5G，这种现象只会加剧。

Yole将RF MEMS (BAW滤波器)视为推动整个MEMS市场最强劲的引擎之一。Yole预测，如果不包括RF，MEMS市场在2011-2023年间将年成长9%；若再加上RF MEMS，则整个MEMS市场的年复合成长率(CAGR)可望达到17.5%。

二十年前，MEMS在整个IC市场上可能被视为一种另类的利基应用。现在则已大相径庭。2017年，MEMS、传感器和致动器(actuator)占全球芯片销售额4,200亿美元的11%。而且，MEMS在整个半导体市场的占有率还会更进一步增加。Mounier预测，到2023年将增加到15%～20%。

移动(mobile)和汽车是进一步推动MEMS需求的两个最大领域。Yole预测，2023年的移动应用将为传感器和致动器创造530亿美元的营收，而汽车应用则有205亿美元。MEMS的下一波趋势将会是工业4.0 (46亿美元)、医疗保健(23亿美元)和语音处理(14亿美元)。

MEMS进化

回顾在1980和1990年代初期的MEMS，Mounier指出，当时的MEMS完全与检测机械运动、压力或冲击的基本传感器脱离不了关系。他说：“但那些传感器并不是很精确”。

进入21世纪，用于MEMS的电子和材料改善后，让传感器足够精确以测量物体。Mounier说，MEMS已可使用旋转传感和可见光管理(DLP)。而在2000-2010年中期，声音和红外线(IR)波长也被加进MEMS技术中。

简言之，MEMS从实体传感器转向光管理(如微镜)、然后是红外线传感(微辐射热测量计)。麦克风以及语音，也助长了MEMS的发展。

MEMS革命带来了第一款超越人类感官的传感器。据Mounier说，如今，MEMS和传感器的发展以其于“超音波、遥感超谱(hyperspectral)、RF和其它方面的传感能力，已经远远超人类的能力。”

MEMS中最热门的趋势是传感器融合。透过将多个传感器整合至一个封装中，MEMS可以撷取“全方位环境感知”，Mounier解释说。

别忘了，随着传感器整合在一起，用户期望多传感器套件的软件结合感官数据，还能够产生更高度度的智慧。下一个里程碑可说是传感器和人工智能(AI)的“伏尔甘”(Vulcan，罗马神话中的火与工匠之神，其司掌的熔炉被视为神奇的源泉)心灵融合能力。

尽管传感器融合技术在汽车和智能手机中的应用已非常流行，但该产业针对应该在哪里进行融合仍然存在分歧。一些公司开始在更接近传感器的位置处理数据。其他人则主张后端的数据融合。Mounier坦承，业界对此的争辩不曾稍歇。

成长最快的传感器？

现在，按照组件类别来解析传感器营收，2017年CMOS成像营收高达134亿美元，位居排行榜第一，其次是RF、雷达和指纹传感器。

但是，如果你问2023年成长最快的传感器，那么，3D最受青睐。针对激光雷达(LiDAR)的高需求，Mounier看好3D传感器的CAGR将会达到40%。

MEMS风云榜

MEMS产品多样化，并受到各细分市场的驱动。其结果是，MEMS供应商的赢家和输家往往是风水轮流转。

目前，博通的MEMS业务展现最强劲的成长幅度，这可归功于RF MEMS市场成长。

博世在市场上排名第二，依然是最稳健的MEMS业者之一。据Mounier观察，由于博世涵盖两种差异化的MEMS市场领域(消费者和汽车)，为避免损失而两方下注，使得博世在确保稳定成长方面“相当成功”。

相反地，意法半导体的MEMS业务则“面临挑战”，Mounier说，这主要是因为苹果(Apple)是意法半导体的唯一大客户。同时，意法半导体一直难以在汽车和工业MEMS市场有所斩获。

楼氏电子(Knowles Electronics)的MEMS营收表现持平，主要原因是MEMS麦克风市场竞争加剧。

德州仪器(Texas Instruments；TI)也一直在苦苦挣扎，因为微镜是其唯一的MEMS产品。Mounier说，TI的成功取决于光达。如果微镜可以成功地用于光达，TI的MEMS业务将发生重大改观。

MEMS代工厂有谁？

2017年，受惠于惠普(HP)的喷墨打印业务，意法半导体仍能执MEMS代工厂的牛耳。Eric Mounier

当问及代工市场的显著变化时，Mounier列举了若干惊喜。他提到加拿大公司Teledyne DALSA的强劲成长。Teledyne DALSA在一年内将销售额提高了1,000万美元，在2017年达到了6,000万美元。

这家加拿大公司称自己是“世界上最重要的纯粹MEMS代工厂之一”，拥有跨多种组件类型生产的能力。其产品包括用于电信的微镜、用于游戏控制器的陀螺仪传感器、用于微型医疗系统的微流体组件，以及用于汽车的压力传感器和惯性传感器、用于智能手机的麦克风等。

瑞典公司Silex Microsystems则是另一家发展迅速的纯粹MEMS代工厂。该公司将代工业务从2016年的4,100万美元扩大至2017年的5,000万美元。

然而，对于Mounier而言，最令人意外的是位于荷兰埃因霍芬(Eindhoven)的飞利浦创新服务公司(Philips Innovation Services)。脱胎于飞利浦研发(Philips R&D)而独立后，该公司似乎吸引了许多不愿透露名称的客户。Philips Innovation Services致力于设计、开发和提供客制MEMS组件和组装微型组件。其MEMS代工厂号称有140名专家，这家荷兰公司提供“MEMS原型、MEMS制程开发和MEMS制造”。

MEMS的未来

发明新型MEMS技术并尝试不同材料的新创公司，正积极推动MEMS朝向多样化的未来进展。

USound是一家热门的MEMS新创公司，它“进展十分迅速，将在2019年推出MEMS微型扬声器”。而压电麦克风公司Vesper，最近则从包括亚马逊(Amazon)在内的投资方筹集了2,300万美元。Mounier说，随着汽车产业对于光达的持续需求，RoboSense和Innoviz等光达公司也引起了诸多关注。Chirp Microsystems (主打3D传感技术)则在今年早些时候被TDK收入麾下。他还谈到了“为生物兼容性医疗装置制造钛MEMS”的法国初创公司——Mistic。

值得关注的MEMS新创公司

在Yole协助下，《EE Times》整理了17家值得关注的MEMS新创公司。Mounier并提醒说，这份清单并非详尽无遗，但让我们一窥MEMS发展走向的脉络。