隨著智能終端類產(chǎn)品需求的加大,MEMS(微電子機械系統(tǒng))產(chǎn)業(yè)日益呈現(xiàn)出快速發(fā)展的勢頭。由于這一領域的市場應用技術要求高、加工工藝復雜,其高端產(chǎn)品基本上被美日歐公司所壟斷。美日歐競相發(fā)展MEMS產(chǎn)業(yè),不斷拓展新技術新領域。
美國:軍用MEMS帶動民用普及
美國DARPA(國防高級研究計劃局)是進行軍用MEMS研究項目的計劃組織和推動機構。
美國是MEMS產(chǎn)業(yè)、技術和產(chǎn)品的發(fā)源地,其發(fā)展水平世界領先。上世紀60年代,斯坦福等大學就從事MEMS領域的研究開發(fā),佐治亞理工學院和美國加利福尼亞大學洛杉磯分校等眾多美國大學幾乎都建立有自己的MEMS晶圓生產(chǎn)線。美國麻省理工學院、斯坦福大學、加利福尼亞大學伯克利分校、凱斯西儲大學等還開發(fā)用于MEMS研究的設備、儀器等,支撐其技術研究。各學校一邊研究探索,同時也相互不斷進行技術與業(yè)務的交流,并與產(chǎn)業(yè)界組建成聯(lián)盟,促進MEMS技術及時轉(zhuǎn)化成MEMS產(chǎn)品。
上世紀90年代以后,美國開始在軍用產(chǎn)品中推廣使用MEMS技術和產(chǎn)品。美國軍事研究機構DARPA(國防高級研究計劃局)是進行軍用MEMS研究項目的計劃組織和推動機構。如美國軍方推出的HI-MEMS計劃中,將MEMS器件作為昆蟲仿生的重要領域;美國政府為了支持MEMS發(fā)展,適時推出各種促進MEMS發(fā)展的應用規(guī)定,如美國從2007年開始已要求所有汽車采用輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)和電子穩(wěn)定控制器(ESC)等,加大MEMS產(chǎn)品在汽車中的推廣措施。
經(jīng)過長期的發(fā)展,其已發(fā)展為集官、產(chǎn)、學、研、金融等為一體的較為完整的MEMS產(chǎn)業(yè)體系。其用來進行MEMS產(chǎn)品生產(chǎn)的晶圓尺寸目前基本與IC同步,呈現(xiàn)大口徑化、智能化,與人體神經(jīng)元和大腦信息互通互聯(lián),與IC芯片、計算機軟件、數(shù)據(jù)采集和處理技術等多位一體化發(fā)展的趨勢。同時,應用領域也不斷向軍事、醫(yī)療、生物、仿生學、航空航天等領域全方位快速滲透和發(fā)展。
目前美國主要的MEMS公司有德州儀器(TI)、模擬器件(ADI)、飛思卡爾、樓氏電子(Knowles)、SiTime、惠普、IMT、Silicon Microstructures(SMI)、GE Infrastructure Sensing等。大部分半導體制造公司同時具有MEMS生產(chǎn)加工的業(yè)務。
從美國公司新近推出的MEMS產(chǎn)品來看,其技術動向正在向生物神經(jīng)信號提取、大腦神經(jīng)元信息獲取和控制、3D環(huán)境識別、分子級化學成份識別、模擬動物及人的五官和四肢能力等方向發(fā)展。
2011年世界排名前10家MEMS公司中,美國占了4家,分別是德州儀器(第1名)、惠普(第2名)、樓氏(第8名)、ADI(第9名)。
2011年,美國MEMS企業(yè)的總銷售額約為41.29億美元,占世界MEMS市場銷售額份額為40.5%。
日本:汽車、機器人MEMS領先
世界前10名MEMS公司日本有4家,數(shù)量與美國相等,但銷售額較美國小些。
日本政府從2007年起相繼推出了與MEMS相關的國家項目,推動MEMS相關開發(fā)。2007年夏季,日本文部科學省科學技術及學術政策局推出“尖端融合領域革新創(chuàng)造基地的形成”計劃課題——“微系統(tǒng)融合研究開發(fā)”啟動了產(chǎn)學合作項目。日本東北大學與理光、豐田汽車等11家公司于2007年夏季共同啟動了產(chǎn)學合作項目。目標是通過走在MEMS領域前沿的研究小組與擁有具體應用對象的企業(yè)合作,使各種MEMS技術盡快達到實用水平。
2009年日本在經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省的主導下設立名為JMEC(Japan MEMS Enhancement Consortium)的MEMS研發(fā)機構,力爭成為國際性的開放式產(chǎn)官學協(xié)作研發(fā)基地。JMEC設在日本產(chǎn)業(yè)綜合研究所、物質(zhì)材料機構及筑波大學聯(lián)手的納米科技研發(fā)基地“筑波納米科技基地”內(nèi),成為MEMS相關項目的運營母體。筑波納米科技基地是日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省及文部科學省投資361億日元設立的納米科技及MEMS相關研究基礎設施。JMEC主要以MEMS為對象,除了MEMS領域的尖端研發(fā)之外,還考慮與設計試制服務以及人才培養(yǎng)相結合。在尖端研發(fā)方面,瞄準與大學及產(chǎn)綜研等公共研究機構未涉及的接近于應用的研發(fā)領域,致力于由企業(yè)單獨從事高風險較大的研究課題。
如果JMEC在項目開發(fā)上取得成功,則有可能作為風險企業(yè)獨立出去。在設計試制服務方面,提供以大生產(chǎn)為前提的民間MEMS代工無法滿足的少量試制服務。
推動風險企業(yè)開展業(yè)務。元器件廠商、裝置及材料廠商、設計工具提供商和汽車、機器人、電機廠商以及大學、公立實驗研究機構等參與其中,JMEC根據(jù)加盟企業(yè)的意見來確定具體的運營方法。
日本主要的MEMS公司有豐田電裝DENSO、松下、歐姆龍(Omron)、Matsushita、沖電氣(Oki)、村田制作所(Murata)、愛普生、三菱電機、夏普等。
日本MEMS公司的最新技術發(fā)展動向主要有:智能視覺傳感器、快速圖像檢索、人機接口MEMS器件、智能汽車感應系統(tǒng)等。如:日本東京早稻田大學研制出通過肺、舌頭、聲帶和喉嚨發(fā)出聲音的機器人WT-4,使科學家們對大腦如何控制說話系統(tǒng)有了更深的了解。WT-4不僅使用機器肺臟與聲帶,還增加了機動靈活的舌頭、柔軟的上腭、嘴唇和牙齒,能夠更加清晰地讀出日本字母發(fā)音等,能模仿人類的聲音。
2011年世界前10名MEMS公司中,日本有4家入圍,數(shù)量與美國相等,但銷售額較美國小些。分別是佳能(第5名)、松下(第6名)、電裝(第7名)、愛普生(第10名)。2011年,日本MEMS產(chǎn)業(yè)的銷售額約為20.289億美元,占世界MEMS市場份額為20.1%。
歐洲:生物、醫(yī)療、汽車三駕馬車并行
研發(fā)動向主要有車用自發(fā)電和人體自發(fā)電MEMS器件以及智能假肢及醫(yī)療用MEMS等。
據(jù)報道,歐洲目前約有100家MEMS芯片研發(fā)和生產(chǎn)機構,研發(fā)人員超過7500人,擁有世界一流的MEMS研發(fā)基地和環(huán)境設施。
位于比利時的研發(fā)機構IMEC (Interuniversity Microelectronics Center)以國際性開放式產(chǎn)官學協(xié)作研發(fā)為發(fā)展目標,從事包括MEMS設備在內(nèi)的專用半導體設備的研制。
歐洲各國政府積極制定相關規(guī)定推動MEMS產(chǎn)業(yè)和技術的發(fā)展,歐洲國家政府要求2012年汽車必須采用電子穩(wěn)定控制(ESC)和輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)。歐洲新車評估體系(NCAP)等汽車安全性評估系統(tǒng)雖然是一種自愿評估機制,但目前得到了歐洲各國政府、汽車俱樂部和消費者組織的支持。
歐洲的MEMS廠商主要包括博世、意法半導體、VTI科技、聲揚(Sonion MEMS A/S)、Measurement Specialties(MSI)、Colibrys、Memscap等公司。
其中,博世是汽車MEMS市場中的重要廠商,汽車ESC系統(tǒng)的總體出貨量排名第一,而且加速計、陀螺儀和壓力傳感器等相關汽車MEMS傳感器的總體出貨量也最高。2011年博世營業(yè)收入達6.25億美元,比2010年的5.24億美元增長19%,高于整體汽車MEMS產(chǎn)業(yè)14%的增速。
歐洲MEMS公司的最新技術研發(fā)動向主要有車用自發(fā)電MEMS器件、人體自發(fā)電MEMS器件、智能假肢及醫(yī)療用MEMS等。如:德國發(fā)明最小超微硅納米諧振器,這一發(fā)明可進一步提高納米級微觀結構成像的分辨率,對醫(yī)學等領域的研究具有重要意義。伊爾姆瑙理工大學制成的這種納米諧振器的寬度只有16納米,可用作原子力顯微鏡探針。原子力顯微鏡是一種可用來研究包括絕緣體在內(nèi)的固體材料表面結構的分析儀器。其關鍵部件是一個對力非常敏感的微懸臂,懸臂尖端帶有一個用來掃描樣品表面的微小探針。
2011年世界前10大MEMS廠商中,歐洲有博世(第3名)、意法半導體(第4名)。在2011年全球102億美元的MEMS器件市場中,歐洲MEMS制造商銷售額約20.05億美元,約占2011年世界MEMS市場19.7%的份額。