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2016年全球MEMS产业现状解析

时间:2016-05-25 14:15来源:MEMS电子发烧友网 作者:网络 点击:
在残酷的商业化竞争中,中国MEMS企业快速成长;利润下滑和新应用出现,如何才能在MEMS产业中挖掘更多价值? MEMS产业的未来将何去何从? 过去几年,MEMS市场发展进入黄金时代,以智能手机为代表的消费电子产品大幅拉升MEMS器件的出货量。然而,现在似乎已经

 在残酷的商业化竞争中,中国MEMS企业快速成长;利润下滑和新应用出现,如何才能在MEMS产业中挖掘更多价值?

  MEMS产业的未来将何去何从?

  过去几年,MEMS市场发展进入“黄金时代”,以智能手机为代表的消费电子产品大幅拉升MEMS器件的出货量。然而,现在似乎已经进入不确定时代。智能手机/便携式应用市场已经接近饱和,这意味着MEMS市场增速比前几年减缓。Yole预计2015~2021年全球MEMS市场的复合年增长率(CAGR)为8.9%,将从119亿美元增长到200亿美元。同期全球MEMS出货量的复合年增长率为13%。

  2016年全球MEMS产业现状解析

  2015~2021年全球MEMS市场预测

  消费类应用不再是MEMS产业的金矿……

  对于MEMS厂商来说,消费类市场极具挑战性。虽然出货量仍然在增长,但是该市场的竞争越来越残酷。传感器,如MEMS麦克风、惯性传感器、压力传感器和气体传感器等,在智能手机中的应用正呈“蔓延”之势,但是这些传感器的利润率非常低。与此同时,终端用户从一家MEMS厂商切换至另一家厂商也较为容易,所以双方建立的业务关系有时候很短暂,这也使得MEMS厂商经常“心惊胆战”。此外,智能手机之后,我们还没看到量大的应用能成为MEMS市场的短期增长驱动力:

  - 如今,物联网(IoT)仍然是一个小众市场,应用领域还没出现大量的MEMS传感器需求。

  - 可穿戴设备应用看起来是非常有前景的消费市场,然而出货量还不多。

  ……但是,其它市场还有一些丰富的“宝藏”等待挖掘

  工业、医疗和汽车领域还在提供增长和盈利的能力。汽车产业对传感器需求旺盛,如今每辆汽车平均集成20个MEMS传感器,并且自动驾驶汽车也加大了对MEMS的需求。医疗领域的长期研发积累发现了新的市场机遇,包括应用于医疗微泵的硅基微流控芯片,如2015年Debiotech公司的营收显著增长。工业和国防市场也为高端和高利润MEMS器件提供了新的机遇,如惯性传感器和压力传感器。

  而中国正在腾飞

  我们首次在《MEMS产业现状》年度系列报告中,利用完整的一个章节介绍中国MEMS产业现状。中国产业正从“中国制造”向“中国创造”转变。一方面,Silex正在北京亦庄建设一条新的8英寸MEMS代工线;另一方面,中国MEMS企业正在努力提高多种产品的性能和质量,包括MEMS麦克风、压力传感器、惯性传感器、磁传感器、微测辐射热计和微流控芯片,使其具有全球竞争力。中国MEMS产业保持稳步增长势头,并且有望在未来十年孕育出产业巨头。

  企业如何解决MEMS商业化悖论?

  过去五年中,MEMS产业主要由消费类电子驱动发展,MEMS出货量不断攀升。同时,MEMS器件尺寸也不断减小,价格不停下跌,利润逐渐萎缩,使得MEMS企业的日子越来越难过,“舒适度”急剧下降。这就是所谓的MEMS商业化悖论:MEMS市场爆发→MEMS出货量增长→MEMS价格下跌→MEMS利润萎缩→MEMS企业难以盈利。那么,如何解决这个悖论呢?

  2016年全球MEMS产业现状解析

  2000~2020年MEMS产品单价下降趋势

  - “生产基础设施”途径:与其它应用产品共用生产线,降低制造成本,如汽车和消费类产品;或者改进工艺,降低成本,如CMOS MEMS工艺。

  - “价值创造”途径:创造新型MEMS器件,如气体传感器;传感器融合,形成组合传感器;集成更多软件功能,改进传感器输出。CMOS图像传感器(CIS)产业就是一个很好的例子,通过增加像素和芯片尺寸来解决商业化悖论,由于高质量成像(照片)使得客户愿意为价格买单。

  2016年全球MEMS产业现状解析

  解决MEMS商业化悖论的途径

  “价值创造”与嵌入式软件功能密切相关,能够为系统集成商提供更多的高级功能,提高MEMS产品的附加值。展望未来,MEMS器件发展必须从系统应用的定义开始,开发具有软件融合功能的智能传感器,并且降低功耗。

  2016年全球MEMS产业现状解析

做好准备,未来MEMS集成新方向!

  我们认为,MEMS产业正向多传感器(现有的和新兴的传感器)集成方向前进,形成三大类组合传感器。实际上,这三类集成传感器已有雏形:密闭封装(Closed Package)组合传感器、开放腔体(Open Cavity)组合传感器、光学窗口(Open-eyed)组合传感器。

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  三种MEMS组合传感器封装方式

  密闭封装组合传感器是简单且发展较为成熟的,主要是惯性传感器,如多轴加速度计、陀螺仪和磁力计。该类传感器主要感测运动,必须密闭,以避免外界环境对传感器的干扰,如湿度、颗粒物等。未来,也可能集成其它传感器。但我们认为,大多数应用将使用六轴或九轴惯性传感器,可能外加一颗加速度计,以提供电源管理,保证低功耗的永远在线(always-on)功能。21世纪初,美新(MEMSIC)和意法半导体(ST)最先将加速度计推到手机中,使得惯性组合传感器成为最成熟、最常用的集成器件。对于加速度计和陀螺仪,集成是在硅片上实现的,并通过系统级封装(SiP)将专用集成电路(ASIC)和磁力计集成在一起。目前发展趋势是:硅片上实现更多集成;系统级封装实现不太适合在硅片上集成(原因是成本高)的芯片。

  开放腔体组合传感器需要与外界联通以感知环境信息。例如,压力传感器可以和湿度传感器、气体传感器集成。但是,如果将它们与惯性传感器集成,将会有重大挑战。因为两类传感器之间存在潜在的串扰,开放腔体造成环境湿气和颗粒物进入封装,从而引起惯性传感器工作异常。但是可以借鉴MEMS麦克风的解决方案,它既需要开孔,又需要避免外界环境对MEMS可动结构的影响。所以,我们认为MEMS麦克风先将和压力传感器、湿度传感器、气体传感器集成。这将形成一种非常重要的组合传感器,能够理解我们周围的环境状况。这些传感器的集成主要采用系统级封装,因为大部分传感器采用不同的制造工艺,在单片硅晶圆上的集成成本过高。然而,你永远不知道创新将带来什么。新的技术,如Vesper的压电薄膜MEMS麦克风技术,可能被应用到压力传感器,颇具潜在机遇。

  第三类是光学窗口组合传感器。摄像头(图像传感器)是手机中最昂贵的传感器模组,也是手机的重要卖点。目前,每年升级的摄像头主要是拍摄照片,但是光学感测功能潜力更大。许多波长正在被“开发利用”,以实现人脸和虹膜识别、3D地图、测距、红外和多光谱成像。当然,未来还需要新的硬件研发。手机中逐渐形成两个光学窗口组合传感器,包括前置和后置的图像传感器,也将集成现有的光学传感器,如接近传感器、环境光传感器和3D景深传感器等。光学窗口组合传感器需要将硅结构最优化,包括为应用定义合适的光电二极管。但是大多数采用系统级封装集成IC、图像感测芯片、光学器件、自动对焦和图像稳定。组合传感器/模组才刚刚兴起,这意味着摄像头从图像采集转移到感测功能正在“路上”。我们相信实际发展将大大快于预期。

  近期值得注意的是密闭封装组合传感器。由于惯性传感器的价值已经严重下滑,从分立传感器转向组合传感器,但是三轴分立传感器,甚至六轴组合传感器的价格已经非常低了。现在,传感器的价值来源于“功能”,包括实现该功能的软件。MEMS企业必须要清楚地知道他们卖什么:仅仅是传感器,还是功能?仅仅卖传感器的话,保持长期盈利能力是比较困难的。

(责任编辑:MEMS)
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