苹果的iPhone开启了移动互联⽹时代，⽽成就iPhone的，则是各种创新科技硬件的应⽤，其中包括MEMS。
2007年的初代iPhone，使⽤了MEMS⻨克⻛、MEMS加速度传感器等器件，使⼿机⾸次实现各种智能操作；2010年的iPhone 4⾸次使⽤MEMS三轴陀螺仪，让我们可以翻转或移动⼿机控制程序运⾏；2016年的苹果TWS⽿机AirPods不仅配备了MEMS⻨克⻛，实现了拾⾳、降噪、语⾳命令、⾃适应均衡，还配备了红外传感器和运动加速计，让⽿机学会监测⼈的佩戴状态。
那么，在造就了苹果超2万亿美元市值的iPhone中，国产MEMS有什么机会？本⽂是“国产替代”系列的第⼗⼆篇，关注MEMS国产替代。在本⽂中，你将了解到：MEMS到底是什么，MEMS的市场情况和国产化布局，国产MEMS及背后的思考。多数⼈可能并不知道，MEMS这种低调的⼯业品，不仅是科技界公认最具发展潜⼒的研究领域之⼀，更是衡量⼯业国家核⼼竞争⼒的指标之⼀，被业界⼈⼠视为“⼀辈⼦都做不完的产业”。
作为⽆处不在的⼀种⾰命性关键技术，MEMS已渗透到我们⽣活的⽅⽅⾯⾯，涵盖⼏乎所有需要微型化的产品。苹果、华为、三星、⼩⽶、OPPO等各种消费电⼦品牌都离不开MEMS技术。MEMS全称为“微机电系统”（Micro-Electro-Mechanical System），⼜称微系统技术、微机械等。是由微传感器、微执⾏器、信号处理和控制电路、通信接⼝和电源等部件组成的⼀体化的微型器件系统。
该系统可在微观尺度上单独或批量执⾏传感、控制和驱动操作，并在宏观尺度上实现各类功能。MEMS是最先进的机械技术与最先进的微电⼦技术的结晶。
它是⼀种结构偏向机械，制造偏向微电⼦的技术，兼具微型化、低成本、⾼效能、⼤批量⽣产的优点，这也是它最有商业价值的地⽅：⼀⽅⾯，MEMS会使⽤诸多微观模拟元件（类似我们常看到的宏观机械零件），组成体积极微⼩的器件，如通道、孔、悬臂、膜、腔等结构；另⼀⽅⾯，它能通过微纳⽶技术，在芯⽚上制造微型机械结构，因此可⼤批量⽣产，且有较低的⽣产成本。
MEMS是⼀种能与⾃然界交流的器件，感知化学、电学、机械、热学、辐射、磁场六个能量域的环境参数，再做出相应的反应。感知和运动是MEMS的两⼤特质，以此分为两类：MEMS传感器和MEMS执⾏器。⼆者功能均是将信号或功率，从⼀个能量域转换为另⼀个能量域，传感器是将环境信号转换为电信号，执⾏器是将电信号转换为机械运动，⼆者相辅相成。MEMS传感器被⼈誉为“电五官”。
若把处理器⽐作⼈脑，通信⽐作神经系统，MEMS传感器就是五官和⽪肤，感知物理、化学或⽣物量的存在和强度。其机理是沉积在设备传感层上的聚合物吸收了特定化学物质，产⽣了应⼒、质量、电⽓或机械特性变化，最终由MEMS利⽤压阻式、电容式或光学式等传感机制检测这些变化。需要强调的是，MEMS传感器是传统传感器的升级版，其尺⼨更⼩、功耗更低、性能更好。
MEMS执⾏器相当于⼈的四肢，能执⾏各种微操作和运动，如微⻢达、微开关、微推进器、微泵和微阀等。其机理是采⽤电热、电磁、静电或压电四种驱动机制使器件产⽣微观结构运动。MEMS⼯艺流程包括研发设计（芯⽚设计、⼯艺流程设计、机电和结构设计、设计验证等）、晶圆制造（融合离⼦扩散、薄膜沉积PVD/CVD、光刻、⼲法刻蚀、湿法腐蚀等）、封装测试，看似与集成电路相同，实则⽐集成电路更难。
从集成电路到MEMS，是平⾯⼯艺到⽴体⼯艺、电路静态结构到机械可动结构、半导体到机械/化学/光学等多学科交叉融合、电⼦产品应⽤环境到各种⾃然界或⼈造环境的变化。MEMS衬底材料（⽀撑材料）硅是主流，⼀些特殊应⽤会使⽤玻璃、⾼分⼦聚合物、⾦属等，⼆氧化钛（TiO2）、⼆氧化锡（SnO2）和氧化锌（ZnO）等⾦属氧化物也逐渐成为有吸引⼒的材料。加⼯技术依据材料分为硅基和⾮硅基两种路线。
硅基MEMS加⼯技术以集成电路加⼯技术为基础，具有批量化、成本低、集成度⾼等优势；⾮硅基加⼯技术包括LIGA、准LIGA（即X光同步辐射光刻、电铸成型及注塑⼯艺）和精密加⼯技术，⾮硅基加⼯技术实现的可动微结构能够拥有更⼤纵向尺⼨，但批量能⼒差、重复性差、加⼯成本⾼。
虽然MEMS处处都好，但对研发商来说，想说爱它不容易：⼀⽅⾯，它拥有“⼀种产品，⼀种⼯艺”的特点，每种器件的设计、制造、封装、测试⽅法均存在较⼤差异，市场很难形成标准化，成熟的产品才能表现出⼀定的集中度；另⼀⽅⾯，做MEMS要耐得住性⼦，极端情况下⼀款传感器的研发需6年~8年，加上测试、导⼊产业链的时间，成品甚⾄能花费近20年；除此之外，MEMS与集成电路产业的通病就是价格与产品重要性不成正⽐。
其实，MEMS还是个90后，它的商⽤历史只有三⼗多年，产业刚刚步⼊成熟期。从MEMS的研发历史来看，是从结构研究逐渐到材料的过程。MEMS会伴随电⼦、机械、材料、信息、物理、化学、光学及⽣物医学等学科的技术成⻓，同时当MEMS与不同技术结合会再产⽣新的器件。在此过程中，⼀些器件应⽤逐渐衰退，新器件应⽤开始起步，往复循环，⽣⽣不息。
纵览三⼗多年历史，MEMS新器件的驱动⼒主要源于应⽤，只有当新产品要⽤到某些器件，才会引发⼤规模研究和⽣产：前景好，但国内⼒量分散。由于MEMS的⽣产过程与集成电路类似，所以主要玩家基本也是集成电路企业。相⽐投资⽕热的集成电路，MEMS产业相对较⼩，同时⾼技术⻔槛拦住了许多初创玩家。
近⼏年MEMS的应⽤场景逐步增加，需求量持续攀升：主流智能⼿机开始将MEMS⻨克⻛使⽤量拉升⾄2~4颗，⽤于语⾳采集、噪⾳消除和改善语⾳识别等功能；单只TWS⽿机中⾄少要使⽤2颗MEMS⻨克⻛，⽤于通话、离线唤醒、⾳乐控制、应⽤开启和降噪模式切换等多种功能；每辆汽⻋的MEMS传感器使⽤数量拉升⾄30颗甚⾄上百颗，⽤于辅助⾃动驾驶、⻋辆检测等功能。应⽤带动下，MEMS的市场前景乐观。
Yole预测，MEMS全球市场份额将由2020年的121亿美元升⾄2026年的182亿美元，年复合增⻓率7.17%。其中，消费领域是MEMS的最⼤应⽤市场，约占整体收⼊的60%，其次分别为汽⻋、⼯业、医疗、航空航天和通信。从器件上来看，MEMS传感器是绝对的主⼒，全球市场规模预计从2020年的90亿美元提升⾄2026年的128亿美元，年均复合增⻓率为6.1%。
其中，压⼒传感器和惯性组合传感器极具潜⼒，⾄2026年全球市场规模将分别达到23.6亿美元和21.3亿美元，其次是声学传感器（MEMS⻨克⻛）、加速度传感器、陀螺仪传感器等。MEMS射频器件增⻓势头猛烈，⾄2026年将有40.5亿美元的全球市场空间。喷墨打印头、微型测辐射热仪、光学传感器、硅基微流控器件等将持续保持增⻓。
从领域上来看，消费、汽⻋、⼯业、医疗四⼤领域均有⼀定市场前景，但增速有所区别，物联⽹、智慧医疗、智慧城市是MEMS主要驱动⼒。⽬前MEMS市场以国外⼚商为主，顶级的MEMS⼚商包括博世、博通、Qorvo、意法半导体、德州仪器、歌尔微、惠普、楼⽒、TDK、英⻜凌等。
国产MEMS企业是追赶者，歌尔微（MEMS⻨克⻛）、瑞声科技（MEMS⻨克⻛）、⾼德红外（红外传感器）三家企业上榜2020年全球市场销售额排⾏前30。
按细分领域划分，MEMS声学传感器领域楼⽒、瑞声科技、歌尔微三家公司占据全球市场份额的75%，MEMS压⼒传感器领域博世、泰科电⼦和英⻜凌三家公司占据全球市场份额的57%，MEMS惯性组合传感器领域博世、意法半导体和TDK三家⼚商占据全球市场份额的76%。在国内，MEMS市场潜⼒巨⼤。
据赛迪顾问预测，从2020年⾄2030年，国内MEMS市场规模将由736.7亿元⼈⺠币提升⾄超过1200亿元⼈⺠币。我国MEMS起步并不⽐国外晚很多，但由于历史原因导致⼒量分散、条块分割、投⼊严重不⾜，直到2010年前后产业才形成雏形，仅从MEMS传感器来说，依然存在较⼤缺⼝，超过90%的芯⽚与⾼档传感器芯⽚需要从国外进⼝，导致价格直线上升，且在MEMS的产品结构布局上不⾜20%。
不过好在国内已形成较好的企业资源、创新资源和载体平台，并已拥有⾄少37条MEMS产线，发展后劲⾜。从⼆级市场上来看，国产MEMS已拥有研发设计、设备材料、晶圆制造、封装测试、集成应⽤的完备产业链，同时拥有丰富种类器件。国内MEMS投资和兼并也持续活跃，2020年相关案例达116个、⾦额347亿。项⽬投资以A轮为主，感知技术离应⽤层越近，越能吸引投资者，项⽬估值和投资⾦额越⼤。
从投资项⽬来看，资本较为看好⽣物、机器视觉、⾃动驾驶和语⾳交互领域等应⽤。作为追赶者，国产⼚商该怎么⾛？果壳硬科技团队认为有如下四个关键点：1. 国产MEMS需要注重产业集中化。从2020年的MEMS专利数量来看，美国占全球MEMS专利总申请量的32%，处于领先状态。虽然中国也有13%，但申请⼈以⾼校和科研机构为主，产品产业化有⼀定差距。
另外，MEMS产业本身就较为分散，国内不仅缺乏系统性，甚⾄过于寄予希望于短期获利。因此，国产MEMS在未来要注重产业化和集中化，具体包括：产研结合、产业合作、发展路径。2. 抓住下⾏周期的⻩⾦期。现有市场，消费电⼦仍会是MEMS的主战场，但显现在⾏业上的趋势是消费电⼦需求不济，整体⾏业正进⼊下⾏周期，这会带动MEMS进⼊整固期。
此时对已⼊局MEMS并有技术积累的企业来说，将是⻩⾦收购期，可抓住这次机遇利⽤收购快速提升竞争能⼒。另外，在消费电⼦景⽓度下降期间，汽⻋和医疗领域的新市场更值得被发掘。3. 降本增效的关键是代⼯。对MEMS⾏业来说，⼀直⽆法解决的问题就是市场规模在膨胀，但单器件却越来越便宜。对下游⼚商⽽⾔，⽤MEMS就是为了便宜。
MEMS封装测试占总成本30%~70%，因此对国产MEMS⼚商⽽⾔，想挣钱，就要先降低制造成本。国外⼤多数MEMS企业是IDM模式，这些企业都拥有⾃主的制造能⼒。但国内则是以Fabless模式为主导，虽然这些公司设计的产品越来越强⼤，但制造能⼒依赖外部代⼯⼚。更为困难的是，国内MEMS晶圆⽣产能⼒与国际先进⽔平差距较⼤。总⽽⾔之，当制造不再是问题，国产MEMS就会越来越强⼤。
4. 技术和市场要围绕应⽤⾛。
MEMS在市场的价值⼀定是体现在应⽤上的，反观应⽤已经实现了三次进化：2000年~2010年是离线时代，传感和执⾏的价值仅限于独⽴动作，如屏幕旋转、计步、硬件打印；2010年~2020年是在线时代，MEMS开始与云端连接，如地理定位、状态监测、汽⻋导航和3D打印；2020年到现在是⽣活时代，离线和在线已经没有差别，通过内置机器学习内核、微型DSP并应⽤⼈⼯智能技术，让数字和真实之间⽆缝衔接，如零延迟反馈、预测性维护、全息图等。
国产MEMS研究界和产业界除了要追赶新材料、新封装技术以求进⼀步降本增效外，还应注重与下游应⽤的匹配，做到感、知、联⼀体化。对MEMS来说，最重要的是能做什么。当应⽤铺开，市场⾃然会打开。