MEMS行业的创新和增长机会在哪里

微机电系统（Microemechanical Systems，简称为MEMS）使消费电子、汽车和其他行业的 OEM 能够优化其系统的成本、尺寸和性能。据知名行业研究机构 Yole 预计：到 2028 年，MEMS 市场将增长至 200 亿美元。

回顾过去20年的 MEMS 市场，哪些因素不断驱动了市场发展；未来MEMS 创新以及推动 MEMS 发展的最重要的需求将发生在哪些领域。Yole 的几位分析师在这篇文章中给出了预测。

回顾过去：20 年来 MEMS 市场驱动因素如何演变

MEMS 技术的成功是无可争议的，并且 MEMS 器件在几乎所有市场中都得到越来越多的采用。

• 2003 年，随着更先进的安全功能开始融入车辆中，汽车成为MEMS行业主要推动力。安全气囊中使用的加速计、ESP 系统的陀螺仪以及早期采用的用于轮胎压力监测的压力传感器是 MEMS 的首批汽车应用之一。
• 惠普的 MEMS 喷墨打印头在此时创造了巨大的需求，在数量和销售额方面超过了汽车行业：约 10 亿美元，而汽车行业为 8 亿美元。然而，2000 年代初最具象征意义的 MEMS 设备之一是德州仪器 (Texas Instruments) 的用于投影应用的 DLP，它创造了约 3 亿美元的可观销售额，德州仪器 (Texas Instruments) 与惠普 (HP) 一起成为早期市场领导者。
• 2007 年 iPhone 的问世以及随后智能手机的广泛采用导致消费电子领域的 MEMS 需求激增，而消费电子领域是当今最大的市场。自动屏幕旋转创造了对加速计的早期需求，而导航辅助、计步和游戏等更先进的智能手机功能的引入进一步推动了对惯性传感器的需求。MEMS 麦克风也开始应用于智能手机（摩托罗拉 Razr 是首批采用者之一），并最终成为业内出货量最大的 MEMS 设备之一。麦克风是 MEMS 的小尺寸和低功耗如何满足智能手机要求的完美示例。
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• 消费电子行业的第二波浪潮始于 2016 年，智能手表和 TWS 耳机等可穿戴设备的采用不断增加，这也推动了MEMS 行业的发展。除了支持波束成形的麦克风之外，TWS 耳机中还使用了惯性传感器进行骨传导传感，从而实现完美的语音拾取和 3D 音频功能。第二次消费浪潮以及随后对惯性 MEMS 传感器的需求激增，使意法半导体和博世从 TI 和 HP 等早期领导者手中夺取了市场领先地位，目前收入超过 10 亿美元（意法半导体）和近 20 亿美元（博世） 。

Yole 的分析师Pierre Delbos 指出：“随着近期智能手机需求下降，我们正在等待消费市场焕发新的活力，而汽车市场目前正在引领 MEMS 行业的增长。汽车电气化和自动驾驶的引入正在推动汽车行业的发展，从而实现车辆的完全传感化。”

事实上，尽管内燃机汽车中使用的压力传感器多于电动汽车中的压力传感器，但我们预计其他汽车领域将经历大规模变革并重新调整对 MEMS 的需求。自主汽车功能正在推动 MEMS 惯性传感器、微镜、磁力计等的采用。MEMS 振荡器也越来越多地用于支持汽车行业和电信领域不断增长的数据交换，尤其是随着 5G 的到来。

技术展望：成熟，但整个价值链持续创新

MEMS 技术在其目标市场中已经很成熟。尽管压力传感器、惯性传感器和麦克风等 MEMS 组件已经成熟，但显著的创新正在发生，使 OEM 能够优化成本、尺寸和性能，进一步推动需求。

 Yole 的分析师Khrystyna Kruck表示：“整个 MEMS 制造过程中都在发生创新，从材料的选择一直到芯片最终集成到封装中，同时也出现了显著的技术趋势。”

从设计和材料的角度来看，MEMS 厂商正在不断创新以提高其设备的性能。例如，英飞凌科技在 Apple Airpods Pro 中的歌尔 MEMS 麦克风中采用了密封双膜技术，显著提高了信噪比性能。

此外，Vesper MEMS 压电麦克风内的单膜设计代表了彻底的技术转变，改进了防水和防尘功能，从而在需要高稳健性和可靠性的应用中提供更好的性能。这或许可以解释为什么这家初创公司吸引了第三大MEMS 厂商高通。

MEMS 行业领导者也在集成方面进行创新。

2015年至2018年，博世在苹果iPhone中的压力传感器从栅格阵列封装转向O形圈防水封装，让苹果提高了耐用性。

从 2018 年到 2023 年，iPhone 压力传感器的体积相同，但封装方式不同。例如，最新 iPhone 中的博世 2023 BMPxxx v2 MEMS 压力传感器芯片使用粘合剂粘合在 ASIC 芯片上，然后将其粘合到陶瓷基板上，并使用引线键合进行电气连接。以前的版本使用倒装芯片键合将 ASIC 集成到封装内。

博世甚至推出了新的制造技术！其新的激光重新密封工艺可显着减少压力变化，从而最大限度地发挥 iPhone 14 Pro 内惯性传感器的性能。虽然该工艺比以前的工艺贵三倍，但它允许将 MEMS 陀螺仪和加速度计集成到同一芯片上，从而实现传感器的进一步小型化并更好地控制腔内的真空水平。

新兴设备市场技术准备度的提高将推动未来的 MEMS 市场

除了越来越多的设备和增加的 MEMS 功能推动市场之外，预计其他设备的市场采用率也会增加，这将在不久的将来推动额外的市场需求。

例如，MEMS 微型扬声器因其体积极小而具有潜力，但在低频下的性能通常不如传统技术。随着微型扬声器公司开始提高性能并取得设计优势（例如在 TWS 耳机和助听器中），销量可能会压低价格，从而可以与传统扬声器竞争。

此外，随着新兴的科技设备越来越接近大规模采用，MEMS 的采用将会更加广泛。

例如，随着 AR 眼镜在 2030 年大量上市，Yole预计用于LBS微投影的MEMS 微镜将成为 microLED 可行之前的权宜解决方案（与 LCoS 竞争）。

另一个值得注意的趋势是从 8 英寸到 12 英寸 MEMS 制造的转变。虽然这对 MEMS 厂商来说需要大量投资，但它可以更好地与 12 英寸 CMOS 晶圆集成，并支持最佳设备性能，例如光刻和深反应离子蚀刻 ( DRIE ) 步骤。

总结

尽管已经发展了 20 年，但 MEMS 行业仍在不断带来颠覆性的技术和应用。为了在这个行业取得成功，有必要满足市场的要求：不断增长的总体市场、针对特定应用具有实际附加值的技术、以及足够的资金和支持来维持与现有行业的激烈竞争。但有了这些新的参与者、技术和大趋势，MEMS 行业的未来一片光明！