MEMS封裝和測試

　　MEMS產品種類豐富、功能各異，工藝開發過程中呈現出“一類產品一種制造工藝”的特點。MEMS芯片或器件的種類多達上萬、個性特征明顯，除了采用相同的硅材料外，不同的MEMS產品之間沒有完全標準的工藝，產品參量較多，每類產品品種實現量產都需要從前端研發重新投入，工藝開發周期長，且量產率較傳統半導體生產行業相比更低，依靠單一種類的MEMS產品很難支撐一個公司。

　　雖然不同種類的MEMS從用途來說截然不同，封裝形式也是天壤之別。但是從封裝結構上來說，大致可以分為以下3類：封閉式封裝（Closed Package）、開放空腔式封裝（Open Cavity Package）、眼式封裝（Open Eyed Package）。

　　MEMS封裝形式

　　中國MEMS產業在2009年后才逐漸起步，目前尚未形成規模，產業整體處于從實驗室研發向商用量產轉型階段。國內MEMS廠家在營業規模、技術水平、產品結構、產業環境上與國外有明顯差距，60%-70%的設計產品依舊集中在加速度計、壓力傳感器等傳統領域，對新產品（例如生物傳感器、化學傳感器、陀螺儀）的涉足不多。工藝水平與經驗缺失制約代工廠發展，制造環節亟需填補空白。

　　微機電系統的生產制造涵蓋設計、制造和封測。由于系統器件具有高度定制化、制程控制與材質特殊的特點，封裝與測試環節至少占到整個成本的60%。因此，為了能夠在日益嚴峻的產品價格下跌趨勢下有效降低成本，多數無晶圓或輕晶圓MEMS供應商將封裝與測試環節外包給專業封測廠商，這也將為MEMS器件封裝及測試廠商帶來機遇。

　　隨著國家政策扶持，近兩年中國MEMS產線投資興起，2014年國內MEMS代工廠建設投資超過1.5億美元，但是技術的匱乏和人才的缺失依然是產業短板。MEMS技術與IC技術有本質差異，技術核心領域在于工藝和制造，MEMS制造結構復雜、高度定制化、依賴于專用設備，且具有很強的規模效應。目前，本土MEMS產業明顯落后國際水平，國內市場嚴重依賴進口，市場份額基本被Bosch、ST、ADI、Honeywell、Infineon、AKM等國際大公司寡頭壟斷，中高端MEMS傳感器進口比例達80%，傳感器芯片進口比例高達90%。

　　MEMS制造目前主要分為三類，純MEMS代工、IDM企業代工和傳統集成電路MEMS代工。與其將MEMS看做一種產品倒不如把它看成一種工藝，MEMS器件依賴各種工藝和許多變量。只有經過多年的工藝改進及測試，MEMS器件才能真正被商品化。研發團隊一般需要大量時間來搜索有關工藝及材料物理特性方面的資料。利用單一一種材料（如多晶硅）制得的器件可能需要根據多晶硅的來源及沉積方法來標記工藝中的變化。因此每一種工藝都需要長期、大量的數據來穩定一個工藝。

　　國內MEMS代工廠華潤上華、中芯國際、上海先進等，硬件條件雖與國際水平相近，但開發能力遠不及海外代工廠；中國MEMS代工企業還未積累起足夠的工藝技術儲備和大規模市場驗證反饋的經驗，加工工藝的一致性、可重復性都不能滿足設計需要，產品的良率和可靠性也無法達到規模生產要求。因此商業化階段的本土設計公司更愿意同TSMC、X-Fab、Silex等海外成熟代工廠合作。

　　代工環節薄弱導致好的設計無法迅速產品化并推向市場，極大地制約了中國MEMS產業的發展，產業中游迫切需要有工藝經驗和高端技術的廠商填補洼地。雖然大部分MEMS業務仍然掌握在IDM企業中，隨著制造工藝逐漸標準化，MEMS產業未來會沿著傳統集成電路行業發展趨勢，將逐步走向設計與制造分離的模式。純MEMS代工廠與MEMS設計公司合作開發的商業模式將成為未來業務模式的主流。

　　MEMS代工企業類型比較

　　MEMS技術自八十年代末開始受到世界各國的廣泛重視，對比傳統集成電路，該系統擁有諸多優點，體積小、重量輕，最大不超過一個厘米，甚至僅僅為幾個微米，其厚度更加微小。MEMS的原材料以硅為主，價格低廉，產量充足批量生產，良率高。同時使用壽命長，耗能低，但由于MEMS的工藝難度高，其良率仍然與傳統IC制造相比有一定的差距。

　　就工藝方面，目前全球主要的技術途徑有三種，一是以美國為代表的以集成電路加工技術為基礎的硅基微加工技術；二是以德國為代表發展起來的利用X射線深度光刻、微電鑄、微鑄塑的LIGA技術；三是以日本為代表發展的精密加工技術，如微細電火花EDM、超聲波加工。

　　盡管MEMS和IC在封裝和外觀上具有相似性，但實質上MEMS在芯片設計和制造工藝方面與IC不同。IC一般是平面器件，通過數百道工藝步驟，在若干個特定平面層上使用圖案化模板制造而來，表現出特定的電學或電磁學功能來實現模擬、數字、計算或儲存等特定任務。理想狀態下，IC基本元件（晶體管）是一種純粹的電學器件，幾乎所有的IC應用和功能方面具有共通性。

　　相對地，MEMS是一種3D微機械結構。基于硅工藝技術，MEMS相比于傳統的“大型器件”，微米級別的MEMS器件能夠更廣泛、靈活地應用在汽車電子、消費電子等領域。

　　中國MEMS產業

　　國內MEMS行業的fabless規模相對較小，但市場規模來說具備很大的發展空間。面對國內巨大的消費電子市場，自產自銷滿足國內部分中低端市場需求，也是國內Fabless司的一個捷徑。

　　例如蘇州敏芯最近宣布MEMS傳感器出貨量超一億顆，他的微硅麥克風傳感器產品已經滲透至以消費類電子產品為主的各個細分應用中，成功應用在MOTOROLA，SONY，ASUS，聯想，魅族，小米，樂視等品牌客戶的產品上。

　　中國MEMS設計企業主要集中于華東地區，約占全國企業總數的55%，其中，以上海、蘇州、無錫三地為產業集中地：

　　上海：

　　深迪，矽睿，麗恒，芯敏，微聯，銘動，文襄，天英，巨哥

　　蘇州：

　　明皜，敏芯，雙橋，多維，能斯達，汶灝，圣賽諾爾，希美

　　無錫：

　　美新，樂爾，康森斯克，微奧，杰德，必創，微納，芯奧微，沃浦

　　其他：

　　深圳瑞聲，山東歌爾，河北美泰，山西科泰，鄭州煒盛，北京水木智芯，浙江大立，武漢高德，成都國騰，西安勵德，天津微納芯等。

　　國內MEMS 企業布局

　　從產品使用領域結構來看，國內MEMS公司在營業規模、技術水平、產品結構、與國外有明顯差距，60%-70%的設計產品集中在加速度計、壓力傳感器等傳統領域。工藝開發是我國MEMS行業目前面臨最主要的問題，產品在本身技術實力和生產工藝還有待于進步。

　　雖然國內主要集中在初級階段，中低端應用。但從近幾年的發展來看，中國地區已經成為過去五年全球MEMS市場發展最快的地區。2015年，我國MEMS市場規模接近300億元，且連續兩年增幅高達15%以上；而且從中長期來看，國內MEMS行業的發展增速會快于國外，到2020年，我國傳感器市場增幅將進一步提升，年平均增長率將達到20%以上，繼續保持全球前列。

　　從國內市場來看，我國擁有全球規模最大的集成電路市場。蘋果、三星、小米、華為、中興等手機品牌在中國設廠生產，加之汽車電子、物聯網、無人機、智能家庭等概念產品的逐步興起，以及可穿戴設備的蓬勃發展，國內市場對硅麥克風、加速度計、陀螺儀、電子羅盤、射頻儀器、高精度壓力傳感器、氣體傳感器等MEMS器件的需求快速增長。

　　根據SEMI的估計，中國市場在全球市場的占比將從2010年的9.2%增長到2015年占比15.10%。