一半是晶片一半是機甲，科技戰場最低調的智慧先鋒

人的行為，正在被全方位跟蹤。手機、腕錶、體重計、可穿戴裝置等這些產品的背後，都有著不起眼的智慧顆粒，可以全天候、全空間地識別人的行為狀態，一絲不差地記錄著消費者習慣和邏輯內涵，它們甚至比人本身還了解自己。

這個智慧顆粒被稱作MEMS感測器，它一半是晶片，一半是機械，就像是全晶片武裝的微型機甲戰士，深刻改變了人與大自然互動的局面。它令人耳目一新的地方在於：這是第一款超越人類感官的感測器。智慧手機中，就藏著這個奧秘。早在2012年的iPhone 5，就採用了4個MEMS感測器。而最近五年越來越風靡的真無線耳機TWS，背後都是MEMS的貢獻。

今天，「哈工創投」帶您瞭解MEMS感測器的江湖，三十家企業佔據整體銷售額的90%，它們基本都是榜單上的老面孔，半機械加上半晶片，進行著賽道上的較量。

MEMS是什麼？

MEMS是Micro Electro Mechanical System的縮寫，簡稱微機電系統，是按功能要求在晶片上把微電路和微機械集成於一體的系統。MEMS基於光刻、腐蝕等傳統半導體技術，融入超精密機械加工，並結合力學、化學、光學等學科知識和技術基礎，使得一個毫米或微米級的MEMS具備精確而完整的機械、化學、光學等特性結構。

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MEMS感測器及區域性顯微放大

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Vesper

MEMS被認為是21世紀最有前途的技術之一，如果半導體微製造被視為第一次微製造革命，MEMS則是第二次革命。透過結合矽基微電子技術和微機械加工技術，MEMS具有革命性的工業和消費產品的潛力。

MEMS產品主要可以分為MEMS感測器和MEMS執行器，其中感測器是用於探測和檢測物理、化學、生物等現象和訊號的器件，而執行器是用於實現機械運動、力和扭矩等行為的器件。

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MEMS感測器工作原理

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MEMS感測器種類繁多，是使用最廣泛的MEMS產品，透過微感測元件和傳輸單元把輸入的訊號轉換並匯出另一種可監測訊號。與傳統工藝製造的感測器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適於批次化生產、易於整合和實現智慧化的特點。

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MEMS感測器分類

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從上圖可以看出，MEMS作為一種新興技術，其產品以技術-產品正規化為中心，而不是以產品-市場正規化為中心。因此，MEMS裝置可能會在不同的行業找到許多應用。2006年之前，除了汽車氣囊與噴墨印表機墨盒之外，很少見到MEMS產品在其他市場的應用。2006年任天堂首先把加速度計引入到其遊戲機Wii中，隨後MEMS市場開始爆發，包括智慧手機在內的各種移動裝置都可以找到MEMS產品的應用。如今，MEMS裝置無處不在，從加速器和陀螺儀到汽車導航和安全氣囊感測器以及醫療和通訊裝置。

無聊的江湖，拒絕驚喜

全球MEMS收入在2020年達到1000多億元，江湖上還是老面孔多。但十年前的王者HP，已經從第一名跑到後面去了，而博通則異軍突起。一沉一浮，背後就是桌面計算機時代，向移動網際網路的全面轉身。印表機銷量下降，而印表機噴墨所需要的MEMS感測器就繼續下滑，而智慧手機的射頻感測器的市場則急劇放大，這使得博通這樣的供應商想不掙錢都不容易。

整體而言，這是一個無聊的江湖。驚喜並不多。晶片行業，都在指向大整合。但MEMS感測器則是一個另類，它拒絕了選擇寡頭壟斷的形態，而是維持著多元競爭的局面。它大概呈現了兩個大哥帶20多個小弟的局面。博通和博世是雙雄大戰，各自以近100億人民幣的收入領先於行業；緊隨其後的是，腰斬一半，大概在50億元的中級選手依次向下。他們就像鋼琴的按鍵一樣，連續而均勻地從高音區排到低音區。5億元人民幣的營收，差不多就可以進入全球Top30名單內。

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2019年MEMS Top25 企業銷售額分佈圖

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Statista 2020，南山工業書院繪製

MEMS感測器格局基本跟隨了半導體產業的腳步，最強的依然是美國，佔據大半壁江山。歐洲以大牌廠家如博世、意法、恩智浦等佔據一席之地，日本以多品牌而獨具特色。韓國則意外缺席，而中國靠真無線耳機的麥克風而佔據兩席位置。

江湖縱橫，絕代雙雄

全球MEMS感測器中，博通和博世兩家獨大，但二者領先的原因，則各有不同。

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2018年和2019年MEMS Top 25企業銷售額

博世以15億美元的收入，多年來一直幾乎不離榜首。它最厲害的地方，就在於在應用市場能夠腳踩多隻船。它在消費和汽車市場的表現過於強勁，每輛新車平均包含5個博世MEMS，而全球一半的智慧手機至少包含1個博世MEMS。跟其他廠家多元化的策略不同，博世在這個領域，只提供MEMS感測器而不提供產品（例如瑞聲在2020年雖然有170億元的收入，但絕大部分都是由耳機而非感測器貢獻的）。這也讓博世在MEMS業務上的成功格外耀眼。

博世MEMS感測器的麻煩，在於有一堆的騷擾者，就像是被一群小髭狗盯上的獅子。如意法半導體，在消費市場上直接競爭的是同類型的裝置，但它在汽車市場並不活躍；恩智浦倒是擁有可以競爭的感測器，但也只是在汽車領域吃得開。而博世同時佔住了消費電子和汽車領域，還沒有任何一家擁有這樣的實力。

博通本是外來戶。雖然它是晶片巨頭，但在2016年以前，它在榜單上啥位置都沒有。2016年一家MEMS射頻感測器收購了博通，並將新公司繼續命名為博通（準確應該叫做新博通）。這使得2016年排行榜上，亞軍位置就變成了博通，而第二年就成為全球最大的MEMS廠家。這種驚人的市場驅動力是來自智慧手機。4G手機開始普及的移動網際網路，大大提高了這種感測器的需求量。智慧手機，重寫了MEMS的產業格局。意法半導體ST和美國德州TI這些昔日Top3的廠家，就是被智慧手機粗魯地推搡到後面。

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MEMS感測器在智慧手機領域的應用

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Yole Développement

博通的煩惱，是孤獨而犀利的。因為，它正在被一個有著更強加速度的獵豹所追逐。這個獵豹就是美國Qorvo。在射頻-MEMS領域，這兩家公司都是同一裝置型別的強者。在2016年全球前三十名MEMS公司排名中，Qorvo就已經開始呈現了驚人的加速度。

王者無榮耀

十年前，德州儀器TI和惠普HP佔據了頭把交椅。

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2009-2019年MEMS封神榜的變遷

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Yole Développement

十年來，最無奈的應該屬於德州儀器TI。它的MEMS產品營收一直保持在8億美元的水平。由於原有的產品已經飽和，因此銷售額增長乏力，TI不得不苦等新市場的成熟。而3D手勢識別、汽車平視頭盔HUD或智慧照明等應用，對TI的產品尚沒有形成明顯的啟動。這些都是TI的尷尬之處。它的翻身仗還是要靠車載市場的鐳射雷達了。

HP是蒼茫夜色下的遲暮英雄。當年它將測量部分從計算機部門分拆後出售，顯然是對於未來的一個誤判。這個被出售的部門，最後逐漸演化形成了MEMS感測器的全球老大博通。

HP當年的出售，似乎是出賣了靈魂。HP高層當時以為只有一個賽道，而個人電腦與印表機家庭裝是王者之道。彼時的德州儀器TI，也呈現了老態龍鍾的步伐，它的數字處理器沒能搭上液晶LCD平板電視的快船。排名第一是兩個老年人的競爭，但時代已經翻篇了。家庭印表機的數量越來越少了。人們開始使用智慧手機和平板電腦，而不是列印大量文件。這期間，金山WPS軟體沒有在桌面市場站穩腳跟，但卻在手機閱讀頁面大展身手。WPS能夠曲線崛起的原因，就是惠普正面跌落的殺手。印表機銷量下降，噴墨頭的需求就會受影響。同樣日本佳能和愛普生的感測器業務，同樣受到印表機沒落的拖累，頗有同病相憐的意思。大浪之下，下沉的往往不是一家，而是昔日所有的競爭對手，齊齊翻船。

剩下的都是混戰

意法半導體ST的MEMS業務，曾經有著輝煌的歷史。當年在東芝推出的“防撞資料保護”筆記本，一時驚豔。當筆記本處於跌落狀態的時候，MEMS就自動感知和啟動，關閉資料硬碟，從而有效保護資料。這是ST替東芝以及隨後跟進的IBM筆記本所研製的一種場景。現在，雖然它也一直難以在汽車和工業MEMS市場有所斬獲，但依然有著一個強大的後臺，蘋果是其最重要的客戶。作為唯一大客戶，這讓它一直處於警惕的狀態。

Qorvo目前排在第五位，在華為高階手機中，不可缺少的晶片名單就有這個公司。作為一家射頻廠商，它真的是一隻初生牛犢，這幾年狂飆猛進。Qorvo是在2015 年，由兩家RF解決方案供應商合併而成，也是有著強烈的國防軍工背景。隨後，趕上了射頻感測器的大發展。Qorvo成立後，進行了多次併購，來擴大其產品線。Qorvo凌厲的攻勢，註定要給博通這樣的冠軍帶來很多麻煩。

剩下的就是兄弟混戰。英飛凌、森薩塔Sensata、日本電裝Denso、安費諾、和邁來芯Melexis等專注於汽車類市場，Alps以及日本旭化成AKM、索尼、村田則主要服務於消費類市場，松下重在工業領域，霍尼韋爾在工業和航天軍工。而泰科TE恩智浦NXP在多個市場都有涉足，由於多次收購，泰科的多元化能力大幅度增強。

MEMS市場在過去10多年，最大的變化是來自智慧手機和關聯產品如智慧耳機。除此之外，還沒有任何一種裝置，能夠真正改變MEMS的市場內格局。出乎意外的是，汽車電子雖然崛起，但並沒有為這個市場增加新的面孔。而增強現實AR等雷聲大雨點小，讓人不得不表示失望。

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2019-2025年MEMS終端市場變化預測

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Yole Développement

沒意思的股市

日本電氣化學公司TDK，一直就是電子原材料和元器件的先鋒。作為昔日錄音機磁帶和電腦磁碟的王者，它現在專注在各種電容器以及感測器系統。旗下有多個不同品牌。

2015年前後TDK對於MEMS業務，可以說是用恍然大悟的信念和老房子著火的決心，一口氣連續吃下三個公司。成為日本近十個MEMS廠家中的頭牌，力壓松下、電裝和旭化成。值得關注的是TDK收購的這兩家，分別是在全球第三和第四家上市的MEMS公司。

而另外一家上市MEMS公司美新，是華人一手創辦，2009年成為第一家美國上市之後，本是前途光明，但卻成為急吼吼的資本犧牲品。2012年由於連續虧損，它被IDG資本相中，完成私有化。隨後，IDG開始證明自己就是傳說中的辣手摧花，MEMS主業被稀釋。在一系列的拯救、傳鼓接花再傳鼓之後，如今的美新已經被拆成三個公司。而目標則只有一個，那就是迫不及待地上市，最後這次努力的目的地，就是科創板。急功近利的資本，讓好學生本來優良的履歷本加上了很多小叉叉。江山似有，容顏不再。

可以說，股市沒有給這些MEMS公司帶來福音。這四家MEMS上市公司，二十年間，無一成功。這充分顯示了MEMS這個市場的殘酷性，只依靠MEMS的業務（不管是感測器，還是擴充套件到代工）的品牌，基本不具備獨立存活的能力，股市也救不活。

異軍突起的中國曲調

感測器是中國製造的超級短板。令人感慨的是，這塊市場至今缺乏足夠的重視。但在所有的感測器類別中，MEMS感測器算是發展突出的，它抓住了智慧手機麥克風的機會。

MEMS麥克風是近二十年來最耀眼的明星。在2002年樓氏電子量產第一顆MEMS麥克風，中國的瑞聲和歌爾也緊隨其後，其他機會則留給了英飛凌、TDK、NJRC等。

中國廠家在MEMS領域取得了令人矚目的突破，包括智慧手機和可穿戴裝置的麥克風，已經具備在全球市場上與樓氏競爭的潛力。

2013年樓氏達到了30億元人民幣的收入，然後它就像被跳進了一個孫悟空的魔力圓圈，再也沒有能跳出來，直到如今。也就是在這一年，樓氏電子對歌爾發起智慧財產權調查，就是從封裝專利開始；而歌爾也迅速反擊，一年之後，雙方不僅握手言和，而且締結了進一步的商務合作關係。中國低成本製造的優勢，已經被證明是一種強大的核心競爭力，這是國外企業也望塵莫及的地方。

瑞聲和歌爾已經證明了追趕成熟市場模式的可行性。在這個真無線TWS耳機高達1500億的市場，中國第二波的挑戰者已經開始入場。既有去年剛剛上市的蘇州敏芯，2020年收入達到了3。3億，也有新銳力量福建西人馬，後者在今年5月剛剛推出MEMS麥克風新品，作為國內採用垂直製造IDM模式經營的一家感測器企業，這家公司的創新力很值得期待。而剛剛融資完畢的通用微GEMES公司，也在躍躍欲試。其設計的高階產品，將委託全球第二大MEMS代工廠——賽微電子旗下的瑞典Silex，後者是中國感測器領域少見的一次併購。

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MEMS產業鏈及代表企業

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未來的神諭

想弄清楚MEMS未來的格局，並不容易。作為一個元器件，它無法自己發力，只能依賴智慧產品的發展。

美國TE公司則透過併購，把握住自己的命運。作為年收入為130億美元全球最大的感測器和聯結器公司，在消費品、工業和醫療領域等都有不俗的表現。2019年它收購了德國FirstSensor，這是化工行業變壓器最重要的感測器。而國內最重要的變送器製造商重慶川儀，一直使用的該品牌的感測器。另外一家變送器製造商，則是北京遠東羅斯蒙特，這是美國艾默生旗下的公司。這意味著，國內最大的兩家變送器，靠的都是美國感測器。命門的鑰匙，都放在美國人口袋裡。這個舉動，極大地刺激了中國儀表製造商。

很多新興市場等待MEMS感測器。例如無人機，結合衛星導航是一個新的興奮點。電子煙也是一個新興市場，數字差壓MEMS感測器，可以實現電子開關的氣流檢測，這一方面合肥微納、歌爾、蘇州敏芯和上海矽睿等都有佈局。

還有MEMS時鐘領域。領導者是美國SiTime公司，高達90%的市場佔有率。作為一種全矽振盪器，它以高效能和低成本，全面取代傳統石英振盪器產品。我們需要這樣的計時來幹什麼？汽車已經證明了自己就是一臺四輪超級計算機。而多樣化的電子裝置，決定了必須有步調一致的心跳系統。一輛汽車需要多達70個計時裝置，大家耳熟能詳的GPS和倒車攝像頭之類的計時裝置，其實都只是微不足道的刻度。自動駕駛汽車需要的精確計時，時間需要保持在十億分之一秒。或者再想想，達芬奇手術刀在進行手術的時候，400多個感測器需要有驚人的一致性。這些，就是MEMS時鐘驚心動魄的那一刻。而Sitime就在這些人類無法觸及的時間刻度裡，尋找著自己的市場空間。

MEMS新品就像是田地裡漫流的水流，它不斷尋找著最小阻力的方向前進。既然在麥克風領域，已經有諸多公司，如TDK、英飛凌等，不斷髮布適用於此類語音應用的新型數字MEMS麥克風。而下一步的突破，則就是音箱。在過去的幾年裡，好幾家開發基於MEMS的微音箱，正在試圖改變這項迴響已久的古老技術。也許音箱老品牌博士Bose也該發抖了。音箱會不會被這些新興的技術，掀翻呢？反正耳機已經被幹倒了。全球頂級的音訊巨頭、傳統四大HiFi品牌之首——森海塞爾的消費者業務部門，就在五月被出售。收購價格16億元，可是它在2020年營收為20億元。可以說，幾乎就是倒貼錢賣出去了，它就是倒在了全保真耳機TWS的刀下。

汽車電氣化給MEMS產業帶來的是矛盾的訊息。好訊息是，電氣化、自動駕駛為MEMS帶來了更大的蛋糕。對於包含內燃機的混合動力汽車HEV，好訊息繼續，畢竟發動機需要使用多個壓力感測器。但是對於純電動車，由於沒有內燃機，也沒有了對動力傳動系統感測器的需求。而汽車動力傳動系統佔據了MEMS壓力感測器總需求量的51%。這意味著領頭羊，如博世、英飛凌和日本電裝，都必須提前剎車換道。

智慧的預言

即使如此，MEMS感測器仍然是一種預言，萬物有眼，劇透未來。MEMS廠家的一舉一動，就像是一本關於未來產品的參考書，預示著各種可能的智慧之路。

本文綜合轉載自“知識自動化”、“ IC咖啡”、“MEMS”等，

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