關注我國MEMS傳感器產業化問題
http://www.debgrams.com 2020-09-01 14:48 來源：王躍林
MEMS的最大優勢是可以利用微電子技術將傳感器、執行器和處理電路集成在一起構成單片集成傳感器或系統，更可以實現傳感器芯片的大規模批量制造，已廣泛用于信息、汽車、消費、工控等領域，并成為國際競爭的戰略制高點。
今年以來，我國包括代工業務在內的芯片產業面臨著前所未有的市場挑戰，同時也迎來了更大的發展機遇，傳感器作為信息感知的基礎芯片也是如此。面對可能存在的供應鏈風險，國內企業開始著手構建穩定的國內供應鏈，改變傳感器受制于人的被動局面。
我們一定要抓住國產傳感器需求迫切的機遇，采取必要的措施，大力推進我國MEMS傳感器的產業化發展，提升傳感器芯片的自主創新能力。
MEMS傳感器具有個性化、分散化特點
集成電路發展迅速的原因是標準化，晶體管是其核心，制造圍繞標準單元晶體管進行，產品是即插即用的標準集成電路，技術發展可通過摩爾定律清晰預測。令人遺憾的是，MEMS傳感器的特點是個性化的：一是沒有像晶體管那樣功能強大的標準單元，制造呈現個性化；二是沒有像CPU和存儲器市場那么大的標準產品，產品呈現個性化。因此，其發展速度遠低于業界的預測。
盡管MEMS傳感器個性化特點影響了其發展速度，但卻有利于我國實現跨越發展。主要體現在兩方面：一是制造個性化還沒有形成通用制造流程，技術更新換代緩慢，對工藝設備要求遠低于集成電路的要求，有利于我國實現制造突破；二是產品個性化帶來的是細分市場，產品形態與客戶高度關聯，單一公司難以壟斷，有利于我國發揮本土優勢實現應用突破。
設立以產業化為導向的MEMS傳感器專項
我國還沒有為傳感器專門制訂過科技計劃，盡管在許多國家科技計劃中包含傳感器的內容，但基本都屬于從屬地位，沒有得到足夠的重視，發展速度遠不盡如人意，使得國內市場一直被國外產品壟斷。另一方面，國產傳感器的落后也使得國內用戶大多不選用國貨，進一步拉大了國產傳感器與國外產品差距，造成了產品越沒人用越不行的惡性循環。目前的國際芯片供應鏈形勢，給許多國內傳感器用戶帶來了空前的危機感，有了構建國內穩定供應鏈的迫切需求。
因此，應該搶抓機遇，針對MEMS傳感器的特點，盡快設立以產業化為導向的MEMS傳感器專項，全力構建MEMS傳感器制造體系，扶植有特色的MEMS傳感器企業做大做強，提升國產傳感器的市場占有率，提升傳感器芯片自主能力，改變嚴重受制于人的局面。
二次開發集成電路產線 構建MEMS傳感器制造體系
MEMS傳感器制造從本質上講是基于微電子技術，但與集成電路又有很大不同，因此，不能直接將常規集成電路產線用來制造傳感器芯片。集成電路芯片制造的核心是晶體管，制造工藝為平面工藝，關注的主要是電性能。
MEMS傳感器芯片制造的核心是微機械結構，需要進行三維微機械結構加工，除了要關注電性能外，更要關注機械和力學等性能。而且，微機械結構呈現個性化，還沒有一種像晶體管那樣功能強大的標準微機械結構。不過微機械結構的尺寸一般都在微米量級，對工藝設備的要求遠低于集成電路，通常的集成電路產線經過二次工藝開發，都能滿足MEMS傳感器的制造需求。
因此，可通過MEMS傳感器專項支持，選擇合適的集成電路產線，進行二次工藝開發，打造出適應MEMS傳感器個性化制造需求的量產線。
由于MEMS傳感器芯片需求量遠小于集成電路芯片，而且轉產MEMS傳感器芯片投入大，為提高集成電路芯片廠轉產MEMS傳感器芯片的積極性，應對MEMS傳感器芯片量產線給予資金支持和稅收優惠。同時，選擇合適科研機構，建立MEMS傳感器芯片研發平臺，用于MEMS傳感器前期開發樣品研制，建立MEMS傳感器中試平臺，用于MEMS傳感器產品開發量產工藝驗證，全力構建出我國MEMS傳感器制造體系。
發揮本土優勢 做大做強企業
MEMS傳感器呈現出小批量多品種的個性化特色，不同的傳感器產品形態有明顯的不同，即使是同一種傳感器，使用場合不同其產品形態也有明顯的不同。例如，僅汽車壓力傳感器就有進氣壓力傳感器、機油壓力傳感器、剎車壓力傳感器、變速箱壓力傳感器、燃油箱蒸汽壓力傳感器、高壓共軌壓力傳感器等，其產品形態與應用場合密切相關，是典型的用戶關聯產品。
用戶關聯產品的市場營銷需要與用戶密切互動，這可充分發揮本土企業與用戶溝通便利、進行定制半定制保姆式服務等優勢，使本土企業在與國外公司競爭中處于有利地位。
因此，MEMS傳感器專項可選擇一些用戶關聯度高、市場規模大和存在供應鏈風險的產品，如汽車傳感器、儀器儀表傳感器和量大面廣的消費傳感器等，扶植有優勢的MEMS傳感器企業進行產品研發，在MEMS傳感器量產線實現量產，提高國產傳感器的市場占有率，做大做強本土MEMS傳感器企業。
完善我國MEMS傳感器產業鏈
MEMS傳感器的產業鏈包括用戶、產品公司和制造體系。由于MEMS傳感器的個性化特點，其產品開發必須與用戶密切結合，用戶是其產業鏈中的一個重要環節；產品公司根據用戶需求，進行MEMS傳感器產品開發；由于MEMS傳感器的制造涉及芯片加工，工藝線投入大，一般產品公司可通過共享來完成。這三個環節密切聯系在一起，產品公司可實現MEMS傳感器的大規模銷售。
因此，通過MEMS傳感器專項的實施，可將我國MEMS傳感器的大用戶、有優勢的MEMS傳感器產品公司和研發量產線組織在一起，針對大用戶的產品需求，進行相應的產品研發和應用驗證，并在集成電路產線進行二次工藝開發，實現傳感器大規模量產，打造出我國MEMS傳感器產業鏈，提升國產傳感器的市場占有率，解決傳感器芯片受制于人的問題。
MEMS傳感器的產業化離不開集成電路企業的參與，2010年我國有集成電路企業開始參與MEMS制造。產業鏈上下游開展產學研用合作，進行了打造MEMS傳感器產業鏈的初步嘗試，建立了用戶、產品公司和量產線的有機聯系，取得了好的效果。目前在無錫華潤上華科技有限公司建立的MEMS傳感器量產線，代工產品涉及汽車壓力傳感器、麥克風和紅外傳感器等產品，代工客戶數超過30家，客戶包括主板上市企業和科創板上市企業，客戶MEMS麥克風的市場份額處在世界前幾位，支持了一批MEMS產品公司的發展。
特別是疫情發生后，無錫華潤上華科技有限公司參加了工信部組織的紅外額溫槍聯合會戰，不到3個月的時間為抗擊疫情提供了超過3700萬只紅外傳感器芯片，有的代工客戶還是國務院應對新型冠狀病毒肺炎疫情聯防聯控機制（醫療物資保障組）重點防控物資任務調撥單位，建立的量產線在抗擊新冠肺炎疫情的關鍵時刻發揮了重要作用。
作者王躍林，供職于中國科學院上海微系統與信息技術研究所
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