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MEMS代工服务情况盘点,为何本土知名企业屈指可数?

时间:2019-10-17 作者:网络整理 阅读:
本文回顾了MEMS技术发展历史,盘点了MEMS产业链构成,梳理了业内主要的MEMS代工厂商,包括全球15家知名MEMS代工厂商,在15家知名MEMS代工厂商中,为何国内知名企业屈指可数?最后简要介绍了中国主要的MEMS代工厂商,分析了国内MEMS产业面临的问题。
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MEMS技术发展至今已经历40余年,开辟了一个全新的技术领域和产业,就如同近二十年来集成电路和计算机产业带给人类的巨大变化一样,MEMS也正在孕育一场深刻的技术变革并对人类社会产生新一轮的影响。7nKEETC-电子工程专辑

我们首先来了解下MEMS的发展历史过程,见下表:7nKEETC-电子工程专辑

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从MEMS的发展的技术节点来看,大致可以分为三个阶段:7nKEETC-电子工程专辑

探测阶段:上个世纪70年代末80年代初,MEMS主要开发用于基本的物理传感,如压力和振动等物理变化,当时用大型的刻蚀结构和背刻蚀膜片制作压力传感器。由于薄硅片振动膜在压力作用下变形,会影响表面的压敏电阻曲线, 这种变化可以将压力变化转化为电信号。后来的电路则包括电容感应移动质量加速度,用于触发汽车安全气囊和定位陀螺仪。这一阶段的MEMS 主要功能是探测器,精度相对较差。7nKEETC-电子工程专辑

测量阶段:上个世纪90年代,围绕着PC和信息技术的兴起,伴随着更多的研发投入,MEMS发展到具有量测功能,提高了精度,逐渐从物理传感器发展到光管理(例如微镜),再到红外传感等,这为传感器首次超越人类感官提供了可能。从物理/光的技术角度来说,MEMS的发展还受到了声学传感器的驱动。7nKEETC-电子工程专辑

全局感知阶段:本世纪初至今,MEMS传感器的发展宗旨在于大幅超越人类的感知极限,具备了超声波、超光谱和射频传感能力。这意味着MEMS将能提供全球环境地图构建能力(例如LiDAR的3D环境感知)。7nKEETC-电子工程专辑

MEMS19092001.JPG大致分为三个阶段的MEMS技术发展史(来源:浙商证券研究所)7nKEETC-电子工程专辑

从市场分布来看,随着中国5G网络引领世界,物联网市场面临百亿向万亿市场的裂变,压力和运动传感是物联网和联网设备的关键部件,MEMS是物联网最核心的部分,其发展也将随着物联网行业的发展而呈现快速的增长,中国MEMS市场进入快速发展阶段,其增速也超过全球市场,年复合增长率约为13.6%。7nKEETC-电子工程专辑

从下图“全球MEMS与中国MEMS市场增速对比”可明显看出,国内快于国外。7nKEETC-电子工程专辑

MEMS19092002.JPG全球MEMS及中国MEMS市场增速对比(资料来源:SEMI,Yole development,浙商证券研究所)7nKEETC-电子工程专辑

根据Yole的统计数据判断,MEMS大部分增长将来自于5G和其它应用的RF MEMS销售额的增加(具体为市场向5G的转移及其带来的无线电频带数量的增加,以及对RF开关和滤波器的需求的增加。),估计到2023年,仅RF MEMS市场规模就将达到150亿美元。在2018~2023年期间以17.5%的CAGR速度增长。7nKEETC-电子工程专辑

MEMS19092004.jpg图:从2017年到2023年,RF MEMS和其它MEMS的市场规模(资料来源:Yole Developpement)7nKEETC-电子工程专辑

盘点MEMS产业链构成

MEMS是多学科交叉的复杂系统,整个产业链涉及设计、制造、封测、终端应用等环节。同集成电路产业一样,MEMS 产业模式也可以分为IDM 模式和垂直分工模式:7nKEETC-电子工程专辑

其中IDM厂商垂直参与到整条产业链的各个环节,比如Bosch、ST、TI 等巨头都拥有自己的代工厂,目前IDM模式在全球MEMS 运营模式中仍占主流地位,国内的代表企业有杭州士兰微、苏州固锝等;7nKEETC-电子工程专辑

而垂直分工的模式,指的是将设计、制造和封测以及相关的产业彼此分立,相关的企业只负责对应的环节。7nKEETC-电子工程专辑

● 从细分环节来看,设计领域的MEMS厂商有Avago、楼氏、佳能、惠普等,国内的代表企业有美新半导体、瑞声科技、歌尔声学等;7nKEETC-电子工程专辑

● 代工领域的MEMS 厂商有TSMC、TELEDYNE、Silex,国内的代表企业有中芯国际、华虹宏力等;7nKEETC-电子工程专辑

● 封测领域的MEMS 厂商有日月光、安靠等,国内的代表企业有长电科技、华天科技、通富微电等。7nKEETC-电子工程专辑

今天小编只对MEMS代工进行详细盘点。MEMS代工目前有三种模式:纯MEMS代工模式,IDM代工MEMS模式以及传统代工厂代工MEMS模式。7nKEETC-电子工程专辑

三种MEMS代工模式竞争优势与风险

断随着MEMS市场需求逐渐旺盛,未来垂直分工模式的市场会逐渐增大,一是由于MEMS工艺随着终端需求种类繁多,属于高度定制化服务产业,这样代工厂的工艺开发的灵活性就体现出来了,二是由于IDM自身也有MEMS产品,fabless寻求IDM加工产品就存在一定的技术交叉泄密风险;从结构上看,纯MEMS代工业务在MEMS代工业务中所占比重将逐步升高。根据Yole Development的预计,2019年全球EMS 代工业务市场规模将达到16.68亿美元,纯MEMS代工业务市场规模则将超过突破11 亿美元,约占66%。上述三种模式各有各自的竞争优势和风险,具体见下表:7nKEETC-电子工程专辑

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梳理全球主要MEMS代工服务的厂商情况

下面,小编就来梳理一下业内主要的MEMS代工厂商,先看下表(业内主要的MEMS代工厂商大致情况),然后再来逐一介绍各MEMS代工厂商。7nKEETC-电子工程专辑

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Silex Microsystems AB7nKEETC-电子工程专辑

Silex Microsystems AB是一家纯MEMS代工厂,在纯MEMS代工厂中排名第二。Silex在瑞典Jarfalla拥有6英寸和8英寸晶圆厂,并在瑞典投资1200万美元进行了升级。Silex产品实现能力强,能够生产加速度传感器、惯性传感器、流量传感器、红外传感器等多种MEMS传感器,光学器件、生物器件、硅麦克风等多种MEMS器件,以及各种MEMS基本结构模块。7nKEETC-电子工程专辑

Silex的优势在于拥有目前业界最先进的硅通孔绝缘层工艺和制造平台,研发出包括深反应离子刻蚀等在内的六十余项MEMS核心专利,以上专利为实现功能化晶圆级封装和3D集成提供了关键工艺。同时,Silex还具备开发和应用特殊材料的能力,如压电材料、磁性材料和聚合物材料等,在向多名客户提供工艺开发的持续实践中积累了大量的经验诀窍以及多项目并行开发能力。7nKEETC-电子工程专辑

香港投资控股公司GAE Ltd.于2015年7月13日收购了Silex 98%的股份,前股东CapMan,Priveq,Northzone和Startupfactory同意了出售其在该公司的所有股份。因此,GAE已获得对Silex的实际控制权,而GAE的背后则是来自中国的耐威科技,获得对Silex的控股后,耐威科技在北京建设了MEMS晶圆代工厂,以扩大该公司的产能。7nKEETC-电子工程专辑

Silex在中国的代工厂主要运行200毫米MEMS晶圆,计划是在2019年第一季度开始投入生产。7nKEETC-电子工程专辑

Silex的研发和小规模生产将继续在瑞典Jarfalla进行,而大批量生产将转移到北京。7nKEETC-电子工程专辑

STMicroelectronics NV7nKEETC-电子工程专辑

意法半导体(ST)是IDM企业,也是全球最大的MEMS代工厂,不仅提供车载、工业、民用等方面的MEMS产品,作为全球最大的MEMS Foundry,也为其他公司代工生产MEMS。其在2017年的MEMS代工年收入为1.74亿美元,高于2016年的1.6亿美元。7nKEETC-电子工程专辑

Teledyne DALSA7nKEETC-电子工程专辑

Teledyne DALSA是世界上最专业的MEMS、高压CMOS和先进CCD制造商之一,也是世界上最先进的纯MEMS代工厂之一,同事拥有150mm和200mm晶圆生产线,能够大批量制造广泛的应用,包括压力传感器,硅麦克风,惯性传感器,硅通孔和RF MEMS。光学MEMS也是其主要营收来源,公司已开始向市场领先厂商JDSU提供波长选择开关可重构光加/减复用器。7nKEETC-电子工程专辑

罗姆(ROHM)7nKEETC-电子工程专辑

罗姆(ROHM)擅长利用薄膜压电元件的MEMS工艺,基于其子公司LAPIS Semiconductor Miyazaki 建立的制造工艺,可提供针对各种市场和应用而优化的压电MEMS。ROHM的MEMS工艺利用薄膜压电元件提供的主要优点包括:综合生产系统中,可实现高质量和灵活的产品制造和控制;使用6 英寸和8英寸晶圆;全天候运行可加速开发,同时实现早期生产启动。7nKEETC-电子工程专辑

台积电7nKEETC-电子工程专辑

台积电是全球第一家,以及最大的专业集成电路制造服务(晶圆代工)企业,也是全球最大的传统代工厂代工MEMS模式工厂。该公司生产多种市场上畅销的MEMS传感器和执行器,包括3轴陀螺仪、加速度计、MEMS麦克风,InvenSence、ADI等都是TSMC的客户。7nKEETC-电子工程专辑

台积电于2011年推出了全球首款传感器SoC工艺技术。该技术通过整合台积电的CMOS和晶圆堆叠技术,制造单片MEMS。TSMC传感器SoC技术的范围从0.5μm到0.11μm,支持G-Sensors,陀螺仪,MEMS麦克风,压力表,微流体和生物基因芯片等应用。7nKEETC-电子工程专辑

X-Fab7nKEETC-电子工程专辑

2011年,X-FAB集团收购了MEMS Foundry Itzehoe GmbH的股份,该公司是弗劳恩霍夫硅技术研究所(ISIT)的衍生公司。这成为X-FAB在Itzehoe的专用MEMS代工厂。德国的X-FAB总部设在爱尔福特,主要代工生产模拟和混合信号集成电路,以及高压应用MEMS解决方案。7nKEETC-电子工程专辑

X-Fab在2017年的销售额为4200万美元,2016年的销售额为3800万美元。7nKEETC-电子工程专辑

索尼7nKEETC-电子工程专辑

Sony是日本最大的MEMS Foundry,利用其在MEMS和半导体加工制造方面的丰富经验,提供广泛的MEMS Foundry 服务。服务内容主要包括:晶圆工艺开发(开发,工程样品,从低到高的批量生产);可用流程包括批量工艺(包括SOI),表面工艺和半导体工艺。7nKEETC-电子工程专辑

APM(ASIA PACIFIC MICROSYSTEMS)7nKEETC-电子工程专辑

APM是全球领先的MEMS晶圆代工厂商之一,目前拥有一座自动化六英寸晶圆厂与完备的先进MEMS制程能力。APM可生产的MEMS元件包括多种不同的传感器,被动元件、微型机械元件与执行器,已被广泛使用在消费电子商品、汽车电子,工业电子、电信通信与生化医疗等领域。7nKEETC-电子工程专辑

IMT7nKEETC-电子工程专辑

Innovative Micro Technology(IMT)成立于2000年1月,是复杂MEMS技术和平台解决方案提供商,提供从设计和开发到原型设计和批量生产的全面交钥匙服务。IMT是美国最大的MEMS晶圆代工厂,自2000年以来,IMT一直是MEMS器件设计与制造的先锋企业,到目前已经完成了超过500多个项目。2019年6月12日IMT正式宣布,公司现已可提供8英寸(200mm)晶圆微电子机械系统(MEMS)工艺加工服务,同时公司还可以为MEMS行业发展提供空前丰富的其他资源组合。为客户提供8英寸晶圆加工服务是IMT目前正在实施的资本金改善计划的另一个成果,公司在去年秋天完成了新一轮的募资。7nKEETC-电子工程专辑

Philips Innovation Services7nKEETC-电子工程专辑

飞利浦创新服务部(Philips Innovation Services)是Koninklijke Philips NV(荷兰阿姆斯特丹)的一部分,其在荷兰埃因霍温运营着一座MEMS晶圆代工厂。7nKEETC-电子工程专辑

该晶圆厂随后被用于在内部和外部提供MEMS和微装配服务。在2,650平方米的洁净室中雇用了大约140人,其中大约70人从事MEMS工作,70人从事微型装配。该团队可以为MEMS工艺开发以及MEMS制造和原型制作提供帮助。7nKEETC-电子工程专辑

该厂可以生产各种类型的MEMS设备,特别是在印刷和医疗电子应用中生产微流体设备方面成绩斐然。该集团还提供各种晶圆键合技术,包括专有的粘接技术,MEMS-last CMOS晶圆集成和后端工艺,如微装配和MEMS器件测试。7nKEETC-电子工程专辑

Micralyne7nKEETC-电子工程专辑

Micralyne是MEMS和微加工产品独立开发商和制造商,是一家私营MEMS代工厂,总部位于加拿大阿尔伯塔省的埃德蒙顿(Edmonton),服务于传感器应用,Micralyne是MEMS传感器和其它差异化应用微结构产品的主要供应商,这些应用包括物联网器件、植入医疗器械以及光通讯产品等。7nKEETC-电子工程专辑

Micralyne脱胎于加拿大阿尔伯塔大学(University of Alberta),在2015年1月被FTC Technologies收购。FTC Technologies是一家隶属Ric Forest的私人投资公司。7nKEETC-电子工程专辑

最近(9月6日)消息,Micralyne公司正式被Teledyne Technologies子公司Teledyne Digital Imaging收购。7nKEETC-电子工程专辑

TowerJazz7nKEETC-电子工程专辑

TowerJazz提供世界级的MEMS代工解决方案,其在全球的6英寸,8英寸和12英寸制造工厂中,具有150mm和200mm的MEMS制造能力,并具有快速实施量产和逐步扩大量产规模的能力。7nKEETC-电子工程专辑

TowerJazz产品涵盖高端加速度计、陀螺仪、振荡器、电源管理控制器、音频传感器和执行器、射频MEMS调谐器、红外像素阵列传感器以及驱动器等应用。7nKEETC-电子工程专辑

TowerJazz的MEMS功能针对消费类成像、安全、汽车、工业和军事应用中的传感器设备的移动无线、红外测量的高性能天线调谐和切换。7nKEETC-电子工程专辑

Globalfoundries7nKEETC-电子工程专辑

MEMS是Globalfoundries(格芯)的一项业务,但近些年其销售额逐渐下降。7nKEETC-电子工程专辑

在今年早些时候,世界先进以2.36亿美元收购了格芯新加坡8英寸厂,包含厂房、厂务设施、机器设备与MEMS IP等业务,该厂现有月产能约3.5万片8英寸晶圆。该厂的核心业务就是MEMS代工。7nKEETC-电子工程专辑

Globalfoundries目前正在逐渐弱化其MEMS代工业务。7nKEETC-电子工程专辑

Tronics Microsystems7nKEETC-电子工程专辑

Tronics Microsystems成立于1997年,是TDK温度和压力传感器业务集团的一个部门,也是纳米和微系统领域的技术领先厂商。针对电子设备日益小型化的高增长市场,该公司提供定制和标准产品,特别是工业、航空、安全和医疗市场。7nKEETC-电子工程专辑

Tronics在许多不同应用中开发和生产MEMS器件方面拥有丰富经验,包括:BioMEMS、高性能惯性MEMS、RF MEMS开关、微镜、热敏打印头、医疗设备MEMS等。7nKEETC-电子工程专辑

Semefab7nKEETC-电子工程专辑

MEMS代工是Semefab的最大业务版块。7nKEETC-电子工程专辑

Semefab生产各种MEMS传感器,可为全球许多OEM提供代工服务。产品包括气体流量传感器,基于质量流量原理的客户定制技术,薄膜上带有微加热器和温度传感器;气体浓度传感器,采用定制技术,可实现基于特定气体的电阻变化;应变计,使用专用材料的压电效应定制技术。此外,还有液体粘度传感器和血液分析传感器等。7nKEETC-电子工程专辑

上述盘点的十五家厂商,基本都是国外厂商,而国内知名MEMS代工厂屈指可数。不过由于耐威科技于2016年收购了全球领先的MEMS芯片制造商瑞典Silex Microsystems AB,服务于全球各领域巨头厂商,且耐威科技正在北京推进建设“8英寸MEMS国际代工线建设项目”,这让中国出现了一个MEMS代工的全球龙头企业。7nKEETC-电子工程专辑

中国主要的MEMS代工厂商介绍

中国MEMS企业以无晶圆厂(fabless)模式居多,包括目前国内MEMS销售额最大的瑞声科技和歌尔股份;Fabless企业还包括美新半导体、敏芯微电子、明皜传感、深迪半导体、芯敏微系统、微联传感、康森斯克等,其生产以代工为主。7nKEETC-电子工程专辑

虽然国内的中芯国际、华宏宏利、上海先进半导体也有生产MEMS的能力。但相比国外,MEMS制造能力也更为薄弱,国内具备一定规模的设计企业基本选择国外代工厂。7nKEETC-电子工程专辑

我们还是具体来看看国内主要的几家MEMS代工企业:7nKEETC-电子工程专辑

中芯国际7nKEETC-电子工程专辑

中芯国际从2008年进入MEMS产业,目前国内排名第一的MEMS代工厂。中心与Silicon Labs合作开发的CMEMS技术,把MEMS架构直接构建于标准CMOS晶圆上,从而实现“CMOS+MEMS”单芯片解决放缆。后来,中芯国际又将TSV技术引入到CMOS后端制程,发布了另一项业界首个基于0.18微米e-TSV平台的3D MEMS SiP商用工艺。7nKEETC-电子工程专辑

上海先进7nKEETC-电子工程专辑

一家由传统模拟芯片代工厂转型MEMS代工的上海先进”(ASMC/上海先进半导体制造股份有限公司)在MEMS(微机电系统)代工领域取得重大进展,在打造国内MEMS工艺生产平台的同时,首条MEMS工艺生产线已进入量产。“上海先进”MEMS生产线可以代工的器件包括:三轴陀螺 仪、加速度计、生物MEMS芯片、光学MEMS、RFMEMS、微流体开关、压力传感器等,可被广泛应用于消费电子、医疗电子以及汽车电子等领域。7nKEETC-电子工程专辑

浙江芯动科技有限公司7nKEETC-电子工程专辑

去年11月8日,浙江芯动科技有限公司在嘉兴科技城开业,据此前相关介绍,芯动科技投产后,生产能力可达年产400万颗芯片,年产值可达4亿元。目前,芯动科技还处于投入期,研发投入较大,6英寸MEMS芯片产线投产后开始为客户小批量试产供货。后期还需要进一步开拓市场,因此在年内实现盈利存在不确定性。7nKEETC-电子工程专辑

罕王微电子(辽宁)有限公司7nKEETC-电子工程专辑

罕王微电子(辽宁)有限公司成立于2011年5月,位于辽宁省沈抚新城国家新型工业产业化示范区内,系罕王集团控股的子公司。2013年3月罕王微机电高科技产业园开工建设,2015年7月MEMS芯片后端制造车间建成,2017年7月MEMS芯片前端制造车间建成,2018年底 8英寸MEMS生产线工程建设全部竣工。7nKEETC-电子工程专辑

罕王微电子作为国际一流的专注于MEMS传感器IDM制造商之一,拥有先进的8英寸MEMS芯片产业化规模生产线,工艺能力涵盖MEMS芯片生产全流程。罕王微电子MEMS产品可谓集多方实力于一身,2016年罕王微电子收购美信旗下MEMS传感器业务。7nKEETC-电子工程专辑

今年2月19日,罕王微电子8英寸MEMS芯片后端制造生产线顺利启动生产。7nKEETC-电子工程专辑

中电13所7nKEETC-电子工程专辑

2015年4月9日,中电13所的“6英寸SOI MEMS标准加工技术及在高性能MEMS 器件中的应用”通过科技部组织的专家验收。6英寸SOI MEMS标准工艺和封装技术已经用于MEMS陀螺仪、加速度计、振动传感器、碰撞传感器、MEMS光开关、VOA及压力传感器等高性能MEMS器件的批量加工,已为国内多家MEMS设计单位提供了批量加工服务7nKEETC-电子工程专辑

另外还有几家MEMS中试线:7nKEETC-电子工程专辑

- 苏州纳米城6英寸MEMS中试线:由苏州纳米科技发展有限公司(苏州工业园区政府出资)建设,是江苏省“十二五”重大科技平台项目。7nKEETC-电子工程专辑

- 淄博高新区6英寸MEMS中试线:清华大学、淄博高新区MEMS研究院和国高(淄博)微系统科技有限公司共同完成。7nKEETC-电子工程专辑

- 上海微技术工研院8英寸MEMS中试线:在上海市政府支持下,中科院上海微系统所成立上海微技术工研院,并建设中试线。7nKEETC-电子工程专辑

- 中科院微电子所8英寸MEMS中试线:为加快国内MEMS产业化,针对MEMS产业化挑战,中科院微电子所建立了MEMS研发平台。7nKEETC-电子工程专辑

国内MEMS产业面临的问题

从MEMS行业看,当前国内行业发展面临四大主要问题:一是企业规模偏小,高端产品严重依赖进口,其中传感器芯片进口占比超过90%;二是技术水平总体偏低,多数企业自主创新困难,需依赖国外进口原件进行加工;三是产品结构不合理,品种、规格、系列不全,受技术水平限制,多数高精度MEMS产品尚难以生产,或虽可以生产但仍停留在实验室阶段,难以量产;四是产业化水平较低,产业配套不足,缺乏国际主流技术的完整系统和管理技术配套,开发速度过慢,从工艺研发至实现稳产的时间过长。7nKEETC-电子工程专辑

从MEMS产业区域聚集情况看,全球主要MEMS制造厂商均分布在海外如欧洲、美洲及日韩等地区,国外MEMS产业已经形成较为成熟的体系并且稳定运行了多年,保持着明显的竞争优势;国内MEMS产业仍旧处于萌芽状态,目前长三角地区已建立了完整的产学研发族群,珠三角、中西部等地区亦纷纷开始加速构建。7nKEETC-电子工程专辑

从MEMS代工环节看,近年来,国内建立了一些MEMS工艺服务平台,为MEMS创业公司提供了技术研究和开发平台,但以上平台大多仍采用4吋到6吋中低端生产线,生产能力较弱,尚未形成规模化产能,基本不具备量产能力。7nKEETC-电子工程专辑

另外,还由于MEMS产品具有“一种产品,一种工艺”的特点,新产品的开发必须与配套工艺紧密结合,这就要求代工厂的设备和工艺具有定制化特性。MEMS产品的另外一个特点是种类多、总量小,因此小批量的订单使得大型代工企业不愿投入过多精力进行技术的升级改造,以至于不愿接受MEMS初创企业的中试需求。然而,我国的MEMS设计环节现在尚处于起步阶段,相关企业正呈现出“小、散、弱”的局面,企业的发展也在受到技术、资金、客户等诸多因素影响,企业研发的新型产品更是被国内MEMS代工服务平台的缺乏所制约,导致产品的迭代周期延长,错过应用市场需求强烈的最佳时期。  7nKEETC-电子工程专辑

本文根据Yole Développement、SEMI、浙商证券研究所及长江证券等网络内容编辑整理7nKEETC-电子工程专辑

责编:Amy Guan7nKEETC-电子工程专辑

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