構建MEMS產業鏈打通成果轉化“最后一公里 ”

一、引言

微機電系統（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、生物醫學、航天航空和國防等領域，并成為國際競爭的戰略制高點。

近年來，部分國家正在對我國芯片采取包括代工業務在內的全產業實施限制性舉措，傳感器作為信息感知的基礎芯片，也存在國際供應鏈斷裂的風險。這一變化，使得以前大多數采用國外傳感器的用戶，已經開始考慮在國內選擇合適的傳感器供應商，構建穩定的國內供應鏈，以改變傳感器受制于人的局面。因此，需抓住國產傳感器需求迫切的機遇，采取必要措施，構建MEMS產業鏈，打通制約MEMS產業化的“最后一公里”，大力推進MEMS傳感器的國產化，實現傳感器芯片自主可控。

二、MEMS產業鏈構成

集成電路產業鏈主要包括應用市場、研發機構、產品公司（設計公司）和量產代工廠等。研發機構主要開展集成電路基礎和產品前期研究，產品公司根據市場需求，設計出滿足市場需求的集成電路，然后在集成電路量產代工廠進行芯片流片（芯片制造），流片完成的芯片封裝成產品后回到產品公司進行測試，合格的產品在市場銷售。在這個產業鏈環節中，集成電路量產代工廠的投入和運營成本巨大，一般產品公司很難承受如此巨大的成本，業界芯片流片都采用量產代工方式。集成電路的這一生產模式經過幾十年運行已經非常成熟，并為絕大多數產品公司所接受。

MEMS脫胎于微電子技術，因此其產業鏈類似于集成電路，但又與集成電路有區別（見圖1）。

集成電路具有基本單元即晶體管，以晶體管為核心可以制造出各種各樣的集成電路，因此無論哪種集成電路本質上講都是晶體管的制造，可以形成標準通用的工藝流程。產品公司只要利用量產代工廠提供的標準工藝流程來設計集成電路，一般不需要單獨進行產品工藝驗證和流片，就可以直接在集成電路量產線上生產出基本滿足客戶需求的產品

然而，MEMS的核心是微機械結構，而且微機械結構多種多樣，不同的傳感器需要采用不同的微機械結構，還沒有一種像晶體管那樣功能強大的微機械結構，可以用來制造各種各樣的MEMS傳感器。因此，需要開發多種工藝流程以滿足不同微機械結構的制造需求，也沒有形成像集成電路那樣通用的標準工藝流程來制造各種MEMS傳感器，基本上還是沿襲了傳統機械加工的一種工藝流程支撐一種器件的制造模式。這就使得MEMS產品設計完成后，不能直接在量產代工廠生產，需要先在產品中試平臺進行制造工藝流片驗證，以驗證產品設計是否適合量產以及可以在哪個代工廠量產。

圖1MEMS產業鏈主要構成

從MEMS產業鏈的產出來看，MEMS傳感器產品對市場貢獻最大，市場絕大多數營收來源于MEMS傳感器產品，而且一般MEMS產品公司只需投人價格較低的測試等設備，投入遠遠低于芯片制造設備，因為產品研發工藝驗證和量產可以依托中試平臺和量產平臺，自己無需建工藝線，屬于輕資產企業。在這個產業鏈中，產品中試和量產平臺投入巨大，運行費用高，也是MEMS產業鏈中帶動性最強最重要的環節。依托產品中試量產平臺，可以幫助大量的

MEMS產品公司提高產品研發和量產能力，實現研發的產品大規模量產和快速占領市場。

三、我國MEMS產業鏈發展現狀

（一）市場規模約占全球1/3

MEMS傳感器廣泛應用于消費電子、汽車、工業、醫療、通信等領域，隨著人工智能、機器人和物聯網的發展，應用場景將更加多元，是支撐智能和智慧等技術發展的底層核心技術。盡管對MEMS傳感器的定義會略有差別，造成不同機構統計的市場規模數據各異，但2024年我國MEMS傳感器的市場規模應該在千億上下，約占全球市場的1/3。

（二）研究水平處在國際前列

MEMS的概念較新，涉及學科較多，屬于研究熱點，因此高校及科研院所紛紛進入這一領域開展研究工作。目前研發機構遍布高?？蒲性核偷胤秸O立的新型研發機構等，地域涵蓋我國大部分地區，相對來說長三角、珠三角和京津冀地區的研究力量較強。目前我國的研究基本涵蓋了MEMS的主要領域，研究水平處在國際前列，在重要的MEMS國際會議上，我國發表的文章處在第一方陣。

（三）產品公司百花齊放

與集成電路主要是即插即用標準化產品不同，MEMS傳感器產品與具體應用場景密切相關，難以做到即插即用，呈現出小批量多品種的個性化特點。例如，不同的公司，或者同一公司不同的車型，使用的汽車壓力傳感器就有可能不同，不同行業使用的壓力傳感器也各不相同?？傊?，市場需要的傳感器千變萬化，相應地，MEMS傳感器產品公司也是百花齊放。目前，如果從產品類型分類，我國的MEMS產品公司包括了物理量傳感器、化學量傳感器和生物量傳感器等產品公司；如果從產品市場分類，則包括了工業、汽車、手機、消費、生物醫學、航天航空和國防等產品公司?？傮w來說，我國MEMS產品公司眾多，產品各異，規模都比較小，盡管也有上市公司，但營收過億還比較少。

（四）中試平臺各有特色

從中央到地方，我國對MEMS傳感器非常重視，在各級政府的支持下，從南到北建設了多個MEMS中試平臺，長三角地區的上海、蘇州、無錫和蚌埠等地，珠三角地區的深圳和廣州等地，京津冀地區的北京和石家莊等地，還有山東、遼寧等，均建設了以MEMS為主的工藝線。這些工藝線對外都稱之為中試線或中試平臺，除了擁有常用的基本工藝外，根據建設者的自身需求，它們涉及的特殊工藝略有不同，形成了各自的特色，定位也各不相同。

（五）量產平臺已上規模

令人鼓舞的是，在政府和社會資本的支持下，近年來我國MEMS量產能力得到大幅度提升。科創板上市公司芯聯集成的8寸MEMS晶圓月出貨量達到數萬片；早在10年前，華潤上華就實現了6寸MEMS晶圓的批量出貨，近年其8寸MEMS晶圓也開始出貨；廣州增芯的MEMS量產平臺已經建成，開始進入量產階段。如今，國內建成了數條量產線，月出片量達到數萬片，在一些領域實現了規模量產，進步非常大。

位于安徽省蚌埠市的“中國傳感谷”內，裝有傳感器的機器人吸引了大家。圖/中新社

（六）面臨的主要挑戰

MEMS產業有自己的特質，產業發展依賴于產業鏈和產業環境。目前，我國在MEMS應用市場、研發機構、產品公司（設計公司）、中試平臺和量產代工廠產業鏈各環節上均有較好的基礎。產業鏈各環節必須聯動，形成整體合力，才能實現效益最大化。

衡量MEMS研發成果是否實現轉化的重要標志是量產，研發成果能否量產不僅與量產能力有關，也與產品中試能力有關。一般來說，中試的目的是實現量產。因此，中試能力包括兩方面：一是研發產品的工藝驗證能力；二是中試成功后移植到量產平臺后的達產能力。中試平臺要具備這兩方面的能力，就必須與量產平臺聯動，做到中試工藝與量產工藝對接，這樣可以保證中試工藝可以快速移植到量產平臺實現規模量產。

目前，盡管國內建設了多個中試平臺，但中試平臺與量產平臺對接聯動仍存在一些挑戰：大多數中試平臺并沒有與量產平臺對接，更不知道中試后在哪量產。最后，一些中試平臺自己成了生產平臺，自產自銷；一些中試平臺成了研發平臺，只能產出樣品。這使得中試平臺的作用難以充分發揮，成為MEMS研發成果向產業化轉化的制約。

四、推動MEMS產業鏈發展的思考

“十四五”時期實施的國家重點研發計劃“智能傳感器”重點專項對MEMS產業鏈建設較為重視，啟動了多個MEMS工藝平臺研發項目，既有中試平臺項目，又有量產平臺項目。如何運用好這些項目的研發成果，以及我國在MEMS產業鏈各環節的基礎是當前亟待解決的關鍵問題。亟須做好頂層規劃，強化產業鏈各環節的聯動，打造緊密結合的MEMS產業鏈，這對推進MEMS的產業化是非常重要的。

（一）中試平臺與量產平臺對接聯動

量產平臺的建設費用遠高于中試平臺，把量產平臺的產能拿出來做中試顯然是不經濟的，研發的樣品沒有經過中試驗證也很難在量產平臺量產。這一情況不僅使量產平臺新產品導入難，也使得新研發的樣品量產難，成了制約MEMS從樣品走向產品乃至商品的瓶頸。針對這一問題，我們可以將現有的中試平臺與量產平臺聯動，中試平臺工藝與量產平臺對接，中試工藝驗證成功后可快速移植到量產平臺進行量產，打通MEMS從樣品走向產品乃至商品的“最后一公里”，推進我國MEMS的產業化發展。

（二）研發階段應考慮量產

MEMS從本質上講是應用技術，之所以受到重視，是因為利用微電子技術可以實現大規模批量制造，生產出高性價比的MEMS傳感器。這類傳感器可以應用在我們日常生活的方方面面，提高人們的生活品質。從這個角度上講，研發的產品只有實現了量產，

MEMS的高性價比價值才能得以體現，研發成果才能得到大規模應用，創造出顯著的經濟效益。因此，在產品研發方案設計階段，應該考慮采用從原理上講可量產的方案；原理性驗證通過后，就可以轉入工藝條件好的中試平臺進行量產工藝驗證；中試驗證通過后就可以快速轉入量產平臺進行量產，實現研發成果的快速轉化。

（三）開辟新的應用市場

實際上，MEMS的重要意義在于開辟了利用微電子技術大規模制造各種機械、光學和儀器等的新路徑。在某些應用領域，它顛覆了傳統的機械加工等制造手段，催生出微機械、微光學、片上儀器、片上反應器等一批新興交叉學科研究領域，孕育了新的應用市場。從這個意義上講，MEMS是帶著創新的“金鑰匙”出現的，有廣闊的創新空間。因此，我們應該思考，利用MEMS技術還可以做什么？做什么最有價值？只有這樣，我們才可以催生出新的研究領域，創造出新的器件或系統，開辟出新的應用市場。

參考文獻

[1]王躍林.硅基MEMS 制造技術[M].北京：電子工業出版社，2022.

[2]王云平，魏麗.適應新質生產力形成和發展的產業政策研究[J].新經濟導刊，2024，(07):10-21.

（王躍林系中國微米納米技術學會副理事長、中國科學院上海微系統與信息技術研究所原副所長）