MEMS傳感器，必爭之地

“超越摩爾”的賽道中有很多關(guān)鍵詞，MEMS也算其中一個。

當(dāng)你戴著 TWS 耳機語音喚醒 AI、駕駛新能源汽車平穩(wěn)制動、用智能手表監(jiān)測心率時，一顆尺寸僅幾毫米的 MEMS（微機電系統(tǒng)）正在默默工作。

這個集多部分于一體的“超小系統(tǒng)”，正是智能化時代的 “感知神經(jīng)”。

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中國MEMS，日益壯大

MEMS全稱Micro Electromechanical System，即微機電系統(tǒng)，MEMS產(chǎn)品將具有不同功能的微傳感器、微執(zhí)行器、微結(jié)構(gòu)、信號處理與控制電路、通訊/接口單元在硅晶圓上制作而成，是微型機械加工工藝和半導(dǎo)體工藝相結(jié)合的產(chǎn)品。

用MEMS技術(shù)制造的新型傳感器，就稱為MEMS傳感器。而MEMS芯片和ASIC芯片是一個MEMS傳感器中技術(shù)和價值含量最高的部分。MEMS芯片負(fù)責(zé)感知信號，將測量量轉(zhuǎn)化為電阻、電容等信號變化；ASIC芯片負(fù)責(zé)將電容、電阻等信號轉(zhuǎn)換為電信號，其中涉及到信號的轉(zhuǎn)換和放大等功能。

典型的MEMS產(chǎn)品包括加速度計/陀螺儀、麥克風(fēng)、壓力傳感器、慣性測量單元IMU、射頻濾波器、光學(xué)MEMS。

近日，知名咨詢機構(gòu)Yole Group發(fā)布《Greater China MEMS Industry 2025》（2025年大中華區(qū) MEMS 產(chǎn)業(yè)）報告，這是其首次對中國的MEMS產(chǎn)業(yè)出具報告。

數(shù)據(jù)顯示，2024年中國的MEMS產(chǎn)業(yè)營收規(guī)模達到17億美元（約合121億元人民幣），較2023年增長8.4%，MEMS器件出貨量達到54億顆，占全球 MEMS 市場份額的 10%。

Yole 集團的 MEMS傳感技術(shù)與市場高級分析師Pierre-Marie Visse 認(rèn)為，這一勢頭將持續(xù)下去，2025 年將恢復(fù)到新冠疫情前的增長狀態(tài)，所有終端市場（從消費市場到汽車和工業(yè)市場）的大趨勢將推動需求增長。

Yole預(yù)計，在持續(xù)的投資、設(shè)計能力日趨成熟以及本地需求不斷增長的支持下，中國的MEMS市場營收2024-2030年復(fù)合年增長率（CAGR）為3.6%，到2030年中國市場MEMS器件出貨量將突破66億顆，營收規(guī)模將達到20億美元。

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MEMS器件，兩個爆發(fā)點

在全球MEMS市場中，消費電子依然是最大單一應(yīng)用板塊，市場占比約60%。中國MEMS 的增長也主要依賴中低端消費電子市場的出貨量拉動，比如，TWS耳機、智能手表等可穿戴設(shè)備推動MEMS麥克風(fēng)、慣性傳感器需求，單設(shè)備搭載量從1顆增至3-5顆，可穿戴設(shè)備相關(guān)MEMS年增長率超10%。AI眼鏡等新興終端催生骨傳導(dǎo)聲學(xué)傳感器等新品類，成為消費級MEMS新增長點。

中國企業(yè)在MEMS麥克風(fēng)、加速度計、壓力傳感器等領(lǐng)域已建立起較為完整的本土供應(yīng)鏈體系。代表性企業(yè)包括敏芯股份、歌爾微電子、瑞聲科技、士蘭微電子等。

其中敏芯股份是國內(nèi)首家登陸科創(chuàng)板的純MEMS企業(yè)，掌握自主知識產(chǎn)權(quán)的MEMS+ASIC一體化設(shè)計能力，MEMS麥克風(fēng)出貨量位居全球前列。歌爾微電子背靠歌爾股份，依托強大的客戶資源（蘋果、華為、小米等），已成為全球領(lǐng)先的MEMS麥克風(fēng)與慣性傳感器供應(yīng)商。瑞聲科技在聲學(xué)與觸覺反饋MEMS領(lǐng)域具備全球競爭力，其WLG晶圓級封裝技術(shù)顯著提升產(chǎn)品可靠性。士蘭微電子則布局MEMS傳感器與專用ASIC芯片協(xié)同優(yōu)化，重點拓展智能家居與白色家電市場。

高端市場仍被博世、意法半導(dǎo)體、德州儀器等國際巨頭壟斷。中國MEMS 產(chǎn)業(yè)目前仍處于 “量增價低” 的階段，在汽車級、工業(yè)級等高附加值領(lǐng)域的話語權(quán)較弱。

汽車與人形機器人也被視為中國MEMS產(chǎn)業(yè)未來的重要增長點。

自動駕駛的普及正推動車載 MEMS 需求激增 —— 毫米波雷達（含 MEMS 天線）、激光雷達（MEMS 振鏡）、車載麥克風(fēng)、壓力傳感器等器件，每輛智能汽車的 MEMS 搭載量從傳統(tǒng)汽車的 5-8 顆增至 20-30 顆。

博世（Bosch）、恩智浦（NXP）和意法半導(dǎo)體（ST）等國際巨頭在發(fā)動機管理、安全氣囊和電子穩(wěn)定程序等關(guān)鍵應(yīng)用上仍占據(jù)主導(dǎo)，比如：博世的汽車級IMU可通過AEC-Q100 Grade 1認(rèn)證；ST的LIS3DH系列加速度計在振動噪聲、零偏穩(wěn)定性方面遠(yuǎn)超國產(chǎn)同類產(chǎn)品；TI的DLP3000芯片采用MEMS微鏡陣列，實現(xiàn)百萬級像素動態(tài)投影，廣泛用于車載抬頭顯示（HUD）。

本土廠商在例如車載慣性傳感器等領(lǐng)域的機會窗口正在迅速擴大。如今，不少原先主要服務(wù)于消費電子的中國MEMS廠商，正在向汽車與工業(yè)等高價值領(lǐng)域拓展。士蘭微電子正在研發(fā)更高精度的慣性傳感器產(chǎn)品，并計劃于2025年推出多款車用MEMS傳感器產(chǎn)品，包括輔助駕駛系統(tǒng)的高精度慣性傳感器、安全氣囊的碰撞傳感器等。同時，敏芯微控股子公司中宏微宇的慣性測量單元（IMU）產(chǎn)品已實現(xiàn)客戶突破，營業(yè)收入顯著提升，該公司正著手研發(fā)未來可用于車載、機器人、農(nóng)機等不同應(yīng)用領(lǐng)域的IMU產(chǎn)品。

人形機器人正成為繼消費電子、汽車之后又一個拉動MEMS需求的重要賽道。特斯拉、Figure AI等全球科技企業(yè)紛紛加快布局，推動人形機器人從實驗室走向量產(chǎn)。在機器人運動控制與姿態(tài)維持方面，MEMS傳感器發(fā)揮著不可替代的作用。

其中，IMU是機器人的 “平衡小腦”，像 Optimus 就搭載了 40 顆以上的 IMU 傳感器，分布在四肢、頭部等位置。它集成了 MEMS 加速度計和陀螺儀，可實時捕捉機器人的加速度、角速度和姿態(tài)信息，誤差能低至微米級，以此確保機器人行走、跑步時的動態(tài)平衡，避免傾倒。

力傳感器多安裝在手腕、腳腕等關(guān)節(jié)處，常見的是六維力矩傳感器。其能精準(zhǔn)測量三維空間內(nèi)的力和力矩數(shù)據(jù)，比如感知腳部接觸地面的反作用力，幫助機器人調(diào)整重心和步態(tài)；也能輔助手腕把控操作力度，讓機器人完成搬運物品等動作時發(fā)力更平穩(wěn)。

此外還有觸覺傳感器、輔助感知類MEMS傳感器等，觸覺傳感器使機器人能精準(zhǔn)控制抓取力度，實現(xiàn)夾持雞蛋、折疊衣物等精細(xì)操作，避免損壞物體。輔助感知類 MEMS 器件包括 MEMS 測距芯片和微振鏡。其中測距芯片可助力機器人探測周圍障礙物，完成路徑規(guī)劃；微振鏡用于激光雷達，能配合視覺算法實現(xiàn)實時環(huán)境探測，讓機器人適應(yīng)復(fù)雜的家居或工業(yè)場景。

隨著人形機器人對微型化、低功耗傳感器的需求上升，全球MEMS市場穩(wěn)步增長，一個高度擬人化的人形機器人往往需要上百顆MEMS傳感器，隨著人形機器人的產(chǎn)業(yè)化，每一臺機器人的傳感器用量甚至可能達到 200~300顆 MEMS傳感器。

除了消費電子、汽車、機器人等主流賽道，MEMS 在商業(yè)航天、光電等小眾領(lǐng)域的突破，正為中國產(chǎn)業(yè)開辟新的增長空間。在第十七屆(2025年)傳感器與MEMS產(chǎn)業(yè)化技術(shù)國際研討會上麥鍇科技CEO郭穎向半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫表示，該公司專注于 MEMS壓電快反鏡這一細(xì)分品類，其產(chǎn)品已成功應(yīng)用于商業(yè)航天衛(wèi)星的激光通信系統(tǒng)，成為實現(xiàn)高速星間通訊的核心器件。相較于傳統(tǒng)壓電陶瓷快反鏡，該 MEMS 快反鏡實現(xiàn)了輕量化、低功耗、高精度、高可靠、低成本的革命性突破，目前已拿到批產(chǎn)客戶訂單，等待在軌驗證。

盡管應(yīng)用場景持續(xù)擴容，但代工體系的短板已成為中國 MEMS 產(chǎn)業(yè)向高端突圍的核心制約。與國際巨頭普遍采用的 IDM（設(shè)計制造一體化）模式不同，中國 MEMS 企業(yè)以 Fabless（無晶圓廠）為主，而 MEMS 工藝的強專用性進一步放大了這一模式的痛點。

業(yè)內(nèi)人士向半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫表示，MEMS 工藝不存在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同細(xì)分領(lǐng)域的產(chǎn)品對晶圓廠的硬件設(shè)備、工藝流程、參數(shù)調(diào)試均有差異化要求，且批次一致性控制涉及大量柔性技術(shù)經(jīng)驗。對于 Fabless 企業(yè)而言，這意味著需要與代工廠深度綁定：在代工廠缺乏成熟工藝時，需聯(lián)合開發(fā)適配模塊；即便代工廠具備基礎(chǔ)工藝，也需根據(jù)芯片設(shè)計路線定制具體流程。

IDM 模式雖能實現(xiàn)設(shè)計與制造的深度協(xié)同，但高昂的投入讓多數(shù)企業(yè)望而卻步。業(yè)內(nèi)測算，一條 MEMS 中試線投入約 10-15 億元，量產(chǎn)線則需 200 億元以上，且單臺設(shè)備價格高達數(shù)千萬元，再加上封裝測試環(huán)節(jié)的額外投入，對企業(yè)資金實力提出極高要求。因此，國內(nèi)僅有少數(shù)企業(yè)嘗試 IDM 模式，多數(shù)企業(yè)仍依賴代工體系。

值得注意的是，8 英寸與 12 英寸硅片的選擇仍無統(tǒng)一答案。行業(yè)人士普遍認(rèn)為，8 英寸工藝成熟度高、良率穩(wěn)定，仍是當(dāng)前多數(shù) MEMS 產(chǎn)品的首選；12 英寸雖具備成本優(yōu)勢，但需與良率提升、設(shè)備更新形成協(xié)同，短期內(nèi)難以成為主流。這種工藝路線的選擇分歧，也反映了 MEMS 代工行業(yè)的不成熟性。

Yole Group 估算，2024 年大中華區(qū) MEMS 企業(yè)共加工晶圓約 33.8 萬片，預(yù)計到 2030 年將增長至 43.8 萬片，占全球 MEMS 晶圓產(chǎn)量的約 9.5%。得益于產(chǎn)業(yè)生態(tài)的活力，這一比例有望在未來幾年突破 10%。

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下一代MEMS技術(shù)，顛覆產(chǎn)業(yè)

英國知名研究公司IDTechEx在一份報告中關(guān)注了即將顛覆產(chǎn)業(yè)的下一代尖端MEMS技術(shù)，重點聚焦了3個關(guān)鍵領(lǐng)域：先進MEMS IMU、MEMS重力計以及MEMS揚聲器。

先進MEMS IMU方面，據(jù)QYR數(shù)據(jù)顯示，2023 年全球 MEMS IMU 芯片市場規(guī)模已達到約 32 億美元。預(yù)計在 2024 - 2030 年期間，市場規(guī)模將以年復(fù)合增長率（CAGR）約 8.5% 的速度持續(xù)增長，到 2030 年有望突破 60 億美元。這一增長背后有諸多驅(qū)動因素。隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、自動駕駛等新興技術(shù)的興起，對高精度、小型化、低功耗傳感器的需求急劇增加。

MEMS重力計方面，雖然重力通常被引用為9.8 m/s2，但實際值會有顯著變化。地下埋藏的礦產(chǎn)、洞穴和資源都會改變當(dāng)?shù)氐闹亓χ担O(jiān)測重力微小偏差的能力將開啟傳感的新維度。重力是一種加速度，因此極其精確的加速度計可以提供高度準(zhǔn)確的局部重力場值。

MEMS揚聲器方面，消費電子領(lǐng)域幾十年來一直是MEMS創(chuàng)新的溫床。對更小、更高效、更經(jīng)濟組件的需求，推動了MEMS麥克風(fēng)、MEMS加速度計和MEMS陀螺儀在智能手機中的應(yīng)用。MEMS揚聲器可能成為下一個熱門MEMS應(yīng)用。