MEMS和传感器的新兴市场前景

　　我们已经步入一个新时代：MEMS和CMOS传感器，再加上数据处理能力的提升，带来令人兴奋的新兴应用，如增强现实和虚拟现实（AR和VR）、自动/无人驾驶、3D成像和传感、5G通信等。

　　各种基于半导体技术的传感器和执行器是未来智能系统的关键要素。这些传感器和执行器包括MEMS、成像传感器、磁传感器、化学传感器、生物传感器、光学传感器、射频（RF）器件等。我们预计，MEMS和传感器市场规模将从2016年的380亿美元增长至2021年的660亿美元，复合年增长率（CAGR）为12%。从出货量来看，传感器和执行器（包括声表面波（SAW）和体声波（BAW）滤波器、振荡器、喷墨头、微镜、微流控器件等）将从2016年的650亿颗增长至2021年的1380亿颗。

　　2015~2021年MEMS和传感器市场规模

　　在上述蓬勃发展的市场中，MEMS技术仍然处于产业支柱地位：MEMS占据2016年全球传感器和执行器市场的30%份额，并将以14%的复合年增长率成长。多种MEMS器件，如射频MEMS、振荡器、硅基微流控和环境监测MEMS，将有比较乐观的增长。

　　压电MEMS也正在蓄势待发。事实上，压电薄膜在制造和应用方面都具有新的优点，如应用于更小、更低功耗的喷墨头，以提升分辨率和提供更好的墨滴尺寸控制。锆钛酸铅（PZT）压电薄膜目前是压电喷墨头工艺的首选材料。像意法半导体（ST）和罗姆（ROHM）等领先的代工厂也提供新的代工服务，如PZT指纹传感器。高通（Qualcomm）也已经将PZT薄膜作为生产压电MEMS指纹传感器的选择之一。

　　基于压电技术的创新MEMS器件正在发展之中。例如智动全球（GlobalMEMS）推出锆钛酸铅（PZT）压电MEMS麦克风、Vesper推出氮化铝（AlN）压电MEMS麦克风，这些创新的麦克风能够经受水、尘和颗粒物污染，为智能手机、可穿戴、物联网设备提供极高的性能和丰富的声学体验。类似地，USound推出了锆钛酸铅（PZT）压电MEMS扬声器，具有低功耗、大批量生产、低成本等优势，并且很可能颠覆传统的扬声器产业。

　　但是，MEMS不是唯一的传感技术。越来越多的需求来自于光学传感器，如3D成像和传感领域的飞行时间（ToF）传感器和激光雷达等。过去几十年，3D成像和传感仅在高端市场中应用，如医疗、工业和国防等。不过，3D成像和传感器件的出货量将在2017年起飞，逐步进入智能手机中。展望未来，这些光学传感器也将在计算机、可穿戴设备和汽车中获得广泛应用。

　　射频MEMS、振荡器、微流控和气体传感器成为新的增长驱动力

　　射频（RF）MEMS（包括BAW滤波器和开关）正处于爆发性增长态势之中，如下图所示，预计2022年射频MEMS市场规模约为100亿美元。BAW滤波器、双工器和多工器占据绝大部分的射频MEMS市场份额。如今，部署和接入3G、4G和5G网络加速了智能手机的发展，使得人们享受了更多的网络服务。高品质的视频下载和上传是对增强带宽和峰值数据速率的“无限”驱动。因此，这给手机射频前端架构、设计和制造带来了巨大的挑战，同时也为射频MEMS市场创造了机遇。

　　2017~2022年不同MEMS器件的复合年增长率及市场规模

　　MEMS天线调谐器的市场发展主要由Cavendish Kinetics公司驱动，其第一代射频MEMS开关产品已经批量生产了。这些产品是基于射频MEMS的数字可变电容器，可用于智能手机的天线调谐，以最大限度地提高信号强度、数据速率和电池寿命。Cavendish Kinetics公司已经斩获了40多项智能手机设计大奖，其中包括三星2016版Galaxy A8。预计射频MEMS开关市场将于2019年起飞，并在高端天线开关市场中起步。

　　MEMS振荡器和谐振器的出货量将于2022年超过十亿颗，这主要归因于其在时钟市场中的渗透率提升。该领域主要有两家厂商：领导者SiTime（现属于MegaChips）和锲而不舍者Discera（现属于Microchip）。由于MEMS时钟器件具有良好的动态性能、小尺寸和低功耗等优点，已经获得广泛应用，尤其是物联网设备。

　　硅基微流控是另一类具有高增长率的MEMS器件，2017~2022年的复合年增长率高达20%。下一代DNA测序正在推动硅基微流控的医疗应用。新系列Ion Torrent硅基DNA测序芯片已经进入市场。基于该芯片的测序仪不需要光学系统，直接将化学信号转换为数字信号，是非常适合扩增子测序的革命性技术。Illumina公布了2018年的Firefly半导体测序系统规划，Firefly本质上是一个带有纳米孔的半导体传感器。纳米孔嵌入光电二极管中，让DNA沉积，簇生成和测序都在半导体芯片上直接发生。其它相关公司还包括Nabsys、Genapsys、Pacifc Biosciences和Oxford Nanopore。

　　环境监测MEMS（包括气体传感器和化学传感器）未来五年的复合年增长率为16%。随着空气质量日益成为全球人类的健康问题，集成气体传感器的可穿戴设备和物联网设备越来越多，环境监测传感器市场具有光明的未来。

　　一切看起来很美好，但问题在哪呢？

　　MEMS和传感器市场正在迅速增长，新兴的应用也接踵而至。然而，绝大多数MEMS公司和MEMS代工厂还在挣扎中成长，但射频MEMS公司却是一个例外，如Broadcom和Qorvo正经历甜蜜的成长期。智能手机已经成为MEMS需求最高的应用领域。下一阶段，机器人、自动驾驶汽车，以及智能化驱动的产业将会来临，有望继续扩大MEMS市场。

　　对于MEMS厂商来说，消费类市场极具挑战性。虽然出货量仍然在增长，但是该市场的竞争越来越残酷。因为MEMS公司为了获得更多的市场份额，进入了激烈的价格战，导致利润下滑严重。

　　全球领先的MEMS公司市场份额变化情况

　　未来，MEMS厂商之间的差异将取决于传感器的功能性和智能化，如通过在封装级别集成更多的功能来提升产品价值。例如在MEMS麦克风领域，楼氏电子（Knowles）推出了新款智能麦克风IA-610，它将一颗全球领先的MEMS麦克风和一颗最先进的开放式数字信号处理器（DSP）整合在一个超微型封装中。这款IA-610智能麦克风提供了一个开放式的DSP平台，使OEM厂商和第三方软件开发商能够开发出定制化的先进功能，或利用楼氏电子产业领先的软件和算法提供一套完整的解决方案。

来源：新浪微博：麦姆斯咨询