本文來(lái)源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察

自面世以來(lái)，MEMS產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展。

自90年代第一個(gè)產(chǎn)品開(kāi)始，傳感器從先測(cè)量壓力，到測(cè)量加速度（聲學(xué)/機(jī)械量），然后轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)傳感（陀螺儀）和可見(jiàn)光管理（DLP），然后再進(jìn)行可見(jiàn)光以外的光傳感（微測(cè)輻射熱計(jì)，熱電堆），微流體，RF ，超聲，多光譜等。

現(xiàn)在，我們正朝著更全面的感知時(shí)代邁進(jìn)，其中許多參數(shù)由許多不同的傳感器（例如傳感器集線器）進(jìn)行監(jiān)控。此外，MEMS正朝著更多處理/計(jì)算的時(shí)代邁進(jìn)，因?yàn)樗鼮閿?shù)據(jù)帶來(lái)了更高的質(zhì)量。

如圖1所示，2019年，全球MEMS市場(chǎng)規(guī)模達(dá)115億美元。其中包括以下MEMS設(shè)備，其應(yīng)用廣泛，包括：噴墨頭，壓力，麥克風(fēng)，慣性，IR，Si微流體，光學(xué)，RF，振蕩器，環(huán)境，超聲波，微型揚(yáng)聲器等。

由于某些特定市場(chǎng)上受到COVID-19的負(fù)面影響，今年收入預(yù)計(jì)將下降5.2％：

圖1

• 由于疫情封鎖期間對(duì)汽車(chē)需求的急劇下降，而且由于經(jīng)濟(jì)不安全，汽車(chē)MEMS市場(chǎng)將受到影響。此外，汽車(chē)工廠長(zhǎng)時(shí)間關(guān)閉，加劇了負(fù)面影響。

  
  

• 在國(guó)防和航空航天領(lǐng)域，由于今年初航空旅行癱瘓，主要用于民航的傳統(tǒng)MEMS傳感器（壓力，慣性）將受到影響，而且新飛機(jī)訂單減少了。國(guó)防應(yīng)用中使用的MEMS不會(huì)受到太大影響，因?yàn)檎?jì)劃仍將繼續(xù)，并且采購(gòu)預(yù)算不變。

  
  

• 在消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用中，影響取決于終端系統(tǒng)。到2020年，由于人們擔(dān)心自己的工作，移動(dòng)需求似乎仍然很低，經(jīng)濟(jì)不安全感促使許多人推遲升級(jí)。但在2020年上半年，PC /筆記本電腦/平板電腦的需求一直強(qiáng)勁，因?yàn)橛脩?hù)已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)新系統(tǒng)，以應(yīng)付逗留在家中的需求，無(wú)論是專(zhuān)業(yè)和教育/消遣。

  
  

• 來(lái)自醫(yī)療，工業(yè)和電信的收入不會(huì)受到太大影響。相反，由于其在大流行中的應(yīng)用，醫(yī)療和工業(yè)MEMS有望在2020年實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)：用于PCR診斷的微流控技術(shù)，用于呼吸機(jī)的壓力和流量計(jì)，可幫助處于ICU重癥呼吸道疾病的患者，溫度槍中的熱電堆也發(fā)展迅猛，因?yàn)榘l(fā)熱是COVID-19的主要癥狀之一，這就使得熱像儀中的測(cè)微輻射熱計(jì)有助于篩查發(fā)熱的人，這就帶來(lái)了相關(guān)傳感器的繁榮。

從2021年起，MEMS市場(chǎng)將恢復(fù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2025年市場(chǎng)將達(dá)到近177億美元，2019- 2025年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為7.4％。相對(duì)于市場(chǎng)規(guī)模而言，最大的增長(zhǎng)預(yù)計(jì)來(lái)自消費(fèi)，工業(yè)和醫(yī)療MEMS。Yole在2019日歷中的先前分析預(yù)測(cè)到2024年將達(dá)到約180億美元，因此由于COVID-19的放緩，這一預(yù)測(cè)被推遲了一年。

價(jià)格低廉，MEMS何去何從？

在過(guò)去的幾年中，MEMS市場(chǎng)一直存在價(jià)格壓力，特別是在消費(fèi)和汽車(chē)應(yīng)用中（圖2）。

圖2

從歷史上看，各種各樣的設(shè)備ASP侵蝕浪潮已經(jīng)出現(xiàn)，首先是在汽車(chē)市場(chǎng)（慣性，壓力），然后是在消費(fèi)電子產(chǎn)品（慣性，壓力，麥克風(fēng)），其次是RF連接（BAW濾波器），并在其他消費(fèi)品中被廣泛采用（用于例如可穿戴設(shè)備中的慣性MEMS和麥克風(fēng)）。我們現(xiàn)在處于價(jià)格無(wú)法低得太多的價(jià)位（$ 0.4- $ 0.5）。

實(shí)際上，某些MEMS（例如慣性，麥克風(fēng)等）的價(jià)格已經(jīng)低至0.1-0.2美元，但仍將需要一些有源傳感區(qū)域（Si），而這些成本將與基線成本一起出現(xiàn)。此外，除了BOM之外，即使利潤(rùn)非常低，公司仍需要一些利潤(rùn)。因此，問(wèn)題是，我們下一步要去哪里？各種方案都是可能的：

• 首先，由于COVID-19的供需調(diào)整，ASP可能會(huì)在供應(yīng)分配的推動(dòng)下暫時(shí)略有上升，然后回落到COVID之前的水平，并繼續(xù)緩慢下降。

• 由于工業(yè)，醫(yī)療和消費(fèi)者物聯(lián)網(wǎng)的趨勢(shì)，有可能出現(xiàn)新一輪更強(qiáng)的ASP侵蝕浪潮。

• 由于增加了與傳感器結(jié)合的功能，例如更多軟件，數(shù)據(jù)預(yù)處理，邊緣計(jì)算，邊緣AI等，ASP將再次增加。

Yole認(rèn)為玩家將嘗試通過(guò)向傳感器添加功能/處理來(lái)獲取更多價(jià)值，因此第三種情況或第一種和第三種情況的混合是最可能的。

每個(gè)MEMS器件的獨(dú)特性將驅(qū)動(dòng)其未來(lái)

在整個(gè)市場(chǎng)上，AV，EV，ADAS，AR / VR，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)工廠，醫(yī)療保健轉(zhuǎn)型和遠(yuǎn)程醫(yī)療受到了電子產(chǎn)業(yè)大趨勢(shì)中的影響。MEMS涵蓋了廣泛的領(lǐng)域，包括與不同的最終市場(chǎng)/應(yīng)用相關(guān)的多種類(lèi)型的MEMS器件。

盡管2018年與頂級(jí)消費(fèi)公司提供的忠誠(chéng)度計(jì)劃有關(guān)，但由于數(shù)字化，噴墨打印頭消費(fèi)市場(chǎng)正遭受家用打印機(jī)需求疲軟的困擾。與噴墨打印機(jī)競(jìng)爭(zhēng)，基于噴墨的單次通過(guò)辦公室打印機(jī)的需求仍然很低。

未來(lái)，由于商業(yè)和工業(yè)市場(chǎng)對(duì)大型MEMS打印頭的需求，預(yù)計(jì)會(huì)有小幅增長(zhǎng)。在工業(yè)應(yīng)用中或在墨水可能阻塞噴嘴的情況下，墨水再循環(huán)對(duì)于噴墨打印頭制造商變得越來(lái)越重要，因?yàn)檫@能提高打印質(zhì)量和打印頭壽命。

綠色機(jī)動(dòng)性趨勢(shì)將導(dǎo)致汽車(chē)中需要更多的壓力傳感器（MAP，BAP，變速箱油壓，GPF，DPF等），部分被向更多EV（無(wú)ICE動(dòng)力總成）的轉(zhuǎn)移所抵消。盡管TPMS市場(chǎng)在2019年遭受重創(chuàng)，但工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用將會(huì)成為未來(lái)的成長(zhǎng)動(dòng)力，例如過(guò)程控制和HVAC以及血液監(jiān)測(cè)設(shè)備和呼吸設(shè)備。可以肯定的是，汽車(chē)系統(tǒng)和消費(fèi)品制造商對(duì)平均售價(jià)的強(qiáng)勁需求使設(shè)備制造商承受著巨大的壓力。

語(yǔ)音個(gè)人助理（VPA）的流行，例如Apple的Siri，亞馬遜的Alexa和Google Assistant，已將音頻技術(shù)推向采用VPA作為新的人機(jī)界面的新系統(tǒng)。這個(gè)界面可以看作是一個(gè)小工具，例如用于智能手機(jī)，但是對(duì)于廚房/智能家居助手或智能手表則更明顯，因?yàn)樗鼈兊目稍L問(wèn)性或小巧的尺寸阻止了觸摸界面的出現(xiàn)?；蛴糜谄?chē)，因?yàn)樵隈{駛時(shí)雙手需要避免觸摸屏。語(yǔ)音互聯(lián)網(wǎng)的普遍趨勢(shì)將推動(dòng)MEMS麥克風(fēng)市場(chǎng)。

慣性傳感器變得越來(lái)越智能。性能一直在不斷提高，從而允許以算法的形式在傳感器級(jí)別和許多用例（步數(shù)，手勢(shì)識(shí)別，體育活動(dòng)識(shí)別）上添加功能。它們?cè)诒＝『徒∩砜纱┐髟O(shè)備方面也具有很高的潛力，并且正在用于監(jiān)測(cè)患者活動(dòng)的醫(yī)療可穿戴應(yīng)用程序的場(chǎng)景中獲得支持。他們從獨(dú)立傳感器到更多組合（IMU）的趨勢(shì)仍在繼續(xù)。

光學(xué)MEMS仍在掙扎（例如投影儀和微型投影儀）。但是，用于LIDAR或其他光投影應(yīng)用的MEMS微鏡似乎很有前途，許多公司都押注這項(xiàng)技術(shù)，當(dāng)中包括AEYE，Luminar，Velodyne，Robosense，Benewake，Valeo，Infineon，Innoviz。

由于COVID-19，熱感測(cè)/成像MEMS（熱電堆和測(cè)微輻射熱計(jì)）的發(fā)燒檢查應(yīng)用需求激增。如果滿(mǎn)足技術(shù)/成本要求并且對(duì)消費(fèi)者進(jìn)行了此項(xiàng)技術(shù)的教育，那么在2020年的這種熱潮可能導(dǎo)致熱成像/傳感（集成在智能手機(jī)中）的消費(fèi)化。華為于2020年6月發(fā)布了智能手機(jī)Honor Play 4 Pro就集成了用于溫度測(cè)量的熱傳感器。

在微流體（microfluidics）領(lǐng)域，越來(lái)越多的有前途的公司正在使用硅芯片進(jìn)行即時(shí)檢驗(yàn)，這將擴(kuò)大該細(xì)分市場(chǎng)的規(guī)模。基于硅/ CMOS芯片的新型即時(shí)醫(yī)療產(chǎn)品正在開(kāi)發(fā)中，并開(kāi)始投放市場(chǎng)（InSilixa，DNAe，Mobinostics，Qorvo Biotechnologies，Genalyte，Ontera），并且這種趨勢(shì)在未來(lái)幾年肯定會(huì)繼續(xù)。COVID-19也將促進(jìn)基于微流體的診斷測(cè)試市場(chǎng)。

5G將越來(lái)越多地在智能手機(jī)中采用，它將需要基于RF MEMS的4×4 MIMO濾波器。滲透速度快于預(yù)期可能會(huì)導(dǎo)致高頻BAW技術(shù)的加速發(fā)展。預(yù)計(jì)該市場(chǎng)將繼續(xù)增長(zhǎng)，特別是由于專(zhuān)用于5G的新頻段的到來(lái)。多家制造商的電話中越來(lái)越多地采用MEMS計(jì)時(shí)（振蕩器），在部署新的5G基站時(shí)也需要它們。

包括麥克風(fēng)，溫度，濕度和壓力傳感器在內(nèi)的環(huán)境（開(kāi)放式）hubs對(duì)智能家居設(shè)備/產(chǎn)品越來(lái)越感興趣。同樣，除了將氣體傳感器集成到汽車(chē)中之外，另一種可能性是例如在城市關(guān)鍵點(diǎn)的各種基礎(chǔ)設(shè)施中使用它們。然后，汽車(chē)可以通過(guò)V2X連接到這些基礎(chǔ)設(shè)施，從而以這種方式獲取本地空氣質(zhì)量的實(shí)時(shí)信息。

最后，對(duì)諸如微型揚(yáng)聲器之類(lèi)的未來(lái)MEMS的需求將不斷增長(zhǎng)，它們可以利用其潛力來(lái)實(shí)現(xiàn)低功耗，更小尺寸以及更高的聲音指向性，并集成到許多消費(fèi)類(lèi)設(shè)備中。

傳統(tǒng)的電動(dòng)揚(yáng)聲器技術(shù)已經(jīng)超過(guò)50年沒(méi)有大的改變了，而MEMS可以為小型化提供替代方案。Butterfly Networks公司通過(guò)其cMUT為超聲民主化和醫(yī)學(xué)檢測(cè)消費(fèi)化開(kāi)辟了道路。
此外，盡管與其他技術(shù)（光學(xué)指紋或3D面部識(shí)別以解鎖手機(jī)等）一直存在競(jìng)爭(zhēng)，但智能手機(jī)中用于超聲指紋傳感器的pMUT似乎很有希望。在數(shù)據(jù)充斥的世界中需要更好的隱私可能意味著，出于冗余的考慮，將有多個(gè)身份驗(yàn)證解決方案是強(qiáng)制性的。

下一步和前進(jìn)的方向？

MEMS是成熟的技術(shù)，在過(guò)去的10年中，MEMS制造領(lǐng)域沒(méi)有出現(xiàn)重大突破。主要的技術(shù)趨勢(shì)正在轉(zhuǎn)變；以前，他們是要提高產(chǎn)量，降低成本，提高集成度；現(xiàn)在，MEMS設(shè)備正在向更高的精度，超低功耗和嵌入式智能轉(zhuǎn)變。

此外，MEMS市場(chǎng)正面臨一些挑戰(zhàn)。一方面，增加新一代MEMS器件的開(kāi)發(fā)成本需要更多。為此我們需要不斷地?cái)U(kuò)展的市場(chǎng)，以分?jǐn)傔@些成本并最大程度地降低任何相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，僅關(guān)注傳感器本身（在傳感器/硬件級(jí)別）及其固有性能不足以打開(kāi)新市場(chǎng)。

為了從傳感器和其他類(lèi)型的數(shù)據(jù)（慣性，音頻，環(huán)境等）中獲得更多價(jià)值，需要邁向更加復(fù)雜的算法，軟件和計(jì)算級(jí)別。例如，一個(gè)目標(biāo)是使智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備變得更智能，以便它們可以預(yù)測(cè)用戶(hù)需求。因此，可以融合各種輸入，例如GPS和慣性/壓力傳感器（位置），日歷，旅行預(yù)約，運(yùn)動(dòng)傳感器（活動(dòng)水平）等。

從他們的角度來(lái)看，MEMS傳感器制造商正在尋求差異化，同時(shí)試圖提升價(jià)值鏈并同時(shí)保持成本效益。為此，他們可以遵循以下三個(gè)路徑之一（圖3）：

• 通過(guò)開(kāi)拓新市場(chǎng)來(lái)尋找新的應(yīng)用和用例；

• 通過(guò)應(yīng)用于現(xiàn)有用例的改進(jìn)算法和軟件來(lái)匯總功能；

• 添加額外的處理并最終進(jìn)行計(jì)算，這可能會(huì)轉(zhuǎn)化為更多的Si出售給同一客戶(hù)。

圖3

當(dāng)然，這些不是唯一的選擇。有些玩家已經(jīng)在追求價(jià)值的過(guò)程中遵循不同的策略（圖4）。博世就是一個(gè)例子，它使用高通的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)來(lái)針對(duì)現(xiàn)有客戶(hù)用例改進(jìn)其算法。示例包括具有改進(jìn)的角度檢測(cè)算法的汽車(chē)應(yīng)用陀螺儀以及具有改進(jìn)的傳感算法的環(huán)境傳感器。

圖4

像Knowles這樣的音頻玩家會(huì)更多地押注傳感器附近的數(shù)據(jù)處理以及邊緣的額外智能。這就是他們?cè)贕oogle Pixel Phone上實(shí)現(xiàn)的。Pixel 3合并了3個(gè)Knowles的麥克風(fēng)（每個(gè)成本0.25美元），但在Pixel 4中，他們成功贏得了應(yīng)用處理器之外的獨(dú)立音頻處理器的design-win（成本為1.5美元），最終設(shè)法提高了價(jià)值與這個(gè)客戶(hù)的比例提高了200％。

TDK與高通公司合作，開(kāi)發(fā)套件（RoboKit）結(jié)合使用融合算法和高通的AI引擎。意法半導(dǎo)體（ST）擁有一種慣性傳感器產(chǎn)品（iNemo，它是MEMS IMU），該產(chǎn)品在MCU中包含嵌入式機(jī)器學(xué)習(xí)核心。

最后，有一些在邊緣AI上工作的初創(chuàng)公司不一定制造傳感器，而是與MEMS玩家（英飛凌與Aspinity和Syntiant，意法半導(dǎo)體與Cartesiam）合作以利用傳感器數(shù)據(jù)。邊緣的處理和智能，尤其是針對(duì)MEMS麥克風(fēng)和慣性的智能，變得越來(lái)越重要。

先前的示例指出了一件事情：從軟件到硬件再到系統(tǒng)級(jí)，生態(tài)系統(tǒng)中各個(gè)參與者的協(xié)作是必不可少的，因?yàn)檫@能促使該行業(yè)向前發(fā)展。最后，整體感知是關(guān)鍵，尤其是現(xiàn)在最終用戶(hù)需要更完整的解決方案，而不是獨(dú)立的組件。

為了使MEMS廠商擺脫商品化周期和傳感器價(jià)值下跌的影響，他們可以通過(guò)更改業(yè)務(wù)模型或通過(guò)并購(gòu)來(lái)重新定位自己，將價(jià)值鏈向上轉(zhuǎn)移至更多數(shù)據(jù)處理并最終進(jìn)行計(jì)算，這首先可以在云中完成并最終在邊緣（圖5）。

圖5

一個(gè)非常新鮮的例子支持了這種觀點(diǎn)：mCube（一家慣性MEMS公司）最近收購(gòu)了Kinduct，這是一家主要為體育運(yùn)動(dòng)員（但不僅限于此）提供完整分析平臺(tái)解決方案的公司，它利用了在云端處理的慣性傳感器數(shù)據(jù)并可以提供對(duì)客戶(hù)可行的見(jiàn)解。Kinduct擁有豐厚的客戶(hù)名單，例如奧運(yùn)會(huì)委員會(huì)，NFL和NBA的知名人物等等。mCube了解了當(dāng)前的問(wèn)題，并瞄準(zhǔn)了這一增長(zhǎng)接力點(diǎn)。與我們周?chē)某`敏可穿戴設(shè)備和其他智能產(chǎn)品相關(guān)的可行見(jiàn)解變得越來(lái)越重要。

可以肯定的是，來(lái)自MEMS（以及其他傳感器）數(shù)據(jù)的額外智能將推動(dòng)傳感器和系統(tǒng)級(jí)的更多創(chuàng)新，并為MEMS行業(yè)打開(kāi)新的機(jī)遇。