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 元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援多频段,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 已可使用旋转感测和可见光管理(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)、然后是红外线感测(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 和其它方面的感测能力,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体结合感官资料,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慧(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慧型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资料。其他人则主张后端的资料融合。Mounier 坦承,业界对此的争辩不曾稍歇。


成长最快的传感器?
现在,按照元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。针对光达(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)的喷墨列印业务,意法半导体仍能执 MEMS 代工厂的牛耳。


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”,拥有跨多种元件类型生产的能力。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元件,以及用于汽车的压力传感器和惯性传感器、用于智慧手机的麦克风等。


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 元件和组装微型元件。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 感测技术)则在今年早些时候被 TDK 收入麾下。他还谈到了“为生物相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。

 


全球 17 家最值得关注的 MEMS 新创公司(制表:《电子工程专辑》)