摘要
（一）人工智能时代感测器与处理器同样重要，感测器资料完善AI功能、加速AI进化
AI三要素：资料、算法、算力。感测器类似人类的感官，感测资料越丰富、越细腻，资料网络效应越强，机器学习模型训练的结果就可能越精准。无人驾驶、3D Sensing、机器人依赖的是来自感测器的资料。AI的底层硬件是芯片与感测器，从云端到终端，智慧感测器将无处不在，感测器资料的丰富将完善AI功能、加速AI进化。物联网时代来临，MEMS是感测器的主流技术，将迎来感测器与AI融合的革新，正从简单的资料收集走向环境态势感知、应用意图预测。
（二）从博世看MEMS企业的成功要素：单项技术储备多、多功能组合、系统整合能力
博世在MEMS方面拥有20年的技术积累和市场创新：1995年推出汽车电子领域的运动类感测器，发展最早也最为成熟；2005年在消费电子领域涉及运动类、环境类、声学类感测器，汽车和手机是其崛起的重要驱动力量；2015年推出面向物联网的联网感测器和解决方案，包括智慧感测器/制动节点、嵌入式软件和算法、定制化IoT感测器和致动器解决方案。博世在MEMS方面的成功可归纳为：单项感测技术多、多种感测器一体化、软硬协同的系统整合能力。
（三）MEMS感测器的下一个增长点是物联网，细分领域众多，前景广阔
1、MEMS感测器发展经历了三个阶段：第一波是1990~2000年的汽车电子化浪潮，点燃了MEMS感测器的需求；第二波是2000~2010年消费电子浪潮，MEMS感测器呈现多品类、多功能一体化的发展态势；第三波是2010~2020年的物联网浪潮，尤其是智能手机和平板带动MEMS感测器单品放量、软硬协同化发展。
2、根据Yole的研究，全球MEMS感测器市场将从2015年的118.5亿美元增长至2021年的396.9亿美元，CAGR为22%，其中，2021年10亿美元以上的MEMS细分领域包括射频、光学、惯性组合、陀螺仪、加速度计、麦克风、压力感测器。3D Sensing将从iPhone拓展至安卓阵营，大幅提升手机感测器价值量。随着未来联网装置数高速增长和5G的到来，整合MEMS、MCU、射频、ASIC等器件的多功能联网感测器将持续增长，物联网将是MEMS的下一个重要增长极。
（四）国内MEMS产业链完整，封装测试环节是强项，应用领域不断拓展
中国是全球MEMS感测器最大的应用市场之一，重点产品包括运动类、声学类、射频类、红外成像等领域，形成了从MEMS设计、代工制造、封装测试到下游终端应用的完整产业链。MEMS代工制造以6英寸和8英寸产线为主，封装测试环节是强项，应用领域正从手机、汽车走向VR/AR、物联网等领域。
正文
引言
物联网悄然而至。2018年11月8日，第五届世界互联网大会分论坛“物联网：连线无处不在”在乌镇举行。据新华网，中国国家互联网资讯办公室副主任刘烈宏先生在本届世界互联网大会上表示：“物联网已进入跨界融合、整合创新和规模化发展新阶段，将为经济社会发展注入新活力，培育新动能。物联网在交通、物流、环保、医疗、安防、电力等领域的应用逐渐得到规模化验证，拉开了相关行业的智慧化、精细化、网络化变革大幕。”时隔20天后，11月28日小米公司召开AIoT开发者大会，向外界宣布：推出9.99元的物联网用WiFi模组；全面开放物联网生态；与宜家等开展战略合作。
5G加快物联网发展。国际电信联盟ITU于2015年6月为5G的三大类应用场景做出了定义：海量连线的物联网业务mMTC、增强型移动互联网业务eMBB、超高可靠性与超低时延业务uRLLC。随着2018年接近尾声，5G试商用在即，5G作为物联网“IoT”的核心技术，我们判断，未来1年，5G商用提速将加快物联网的发展步伐，越来越多的科技巨擘将会持续加码物联网，届时联网装置规模出货将带动上游芯片、感测器等元器件出货。AI时代来临，MEMS是感测器的主流技术，将迎来感测器与AI融合的革新，正从简单的资料收集走向环境态势感知、应用意图预测。
一、拓展摩尔定律推动MEMS/NEMS技术演进
摩尔定律自英特尔创始人戈登·摩尔1965年提出至今已经发展了52年，其通过不断减小晶体管尺寸驱动积体电路效能持续提升、成本不断下降，从而带动半导体市场持续繁荣。随着半导体制程逐步走向14奈米及以下时，ITRS（国际半导体技术发展路线图）在2013年预计半导体技术更新将逐渐放缓，拓展摩尔定律（More than Moore，简称MtM）与后摩尔定律（More Moore）获得学术界与产业界的认同，逐渐成为推动微电子行业发展的两股重要力量。
（一）MEMS/NEMS发展的原始动力：微小型化
1、MEMS/NEMS简介
微机电系统（Microelectromechanical Systems，简称MEMS）是将微电子技术与精密机械技术结合发展出来的工程技术，尺寸在1微米到100微米量级，涵盖机械（移动、旋转）、光学、电子（开关、计算）、热学、生物等功能结构，主要分为感测器、致动器、三维结构器件等三大类。与MEMS类似，NEMS（Nanoelectromechanical systems，纳机电系统）是专注奈米尺度领域的微纳系统技术，只不过尺寸更小。
MEMS/NEMS是涉及机械、半导体、电子、物理、生物、材料等学科的交叉领域，代表性器件有加速度计、陀螺仪、磁感测器、微型麦克风、压力计等。MEMS技术主要包括硅基加工技术、高分子材料微纳加工技术、金属微纳加工技术等。硅基技术主要是标准CMOS积体电路加工工艺，包括表面微加工、深层刻蚀、体型微加工等。
相比传统的机械感测器与致动器，MEMS具有微型化、重量低、功耗低、成本低、多功能等竞争优势，可通过微纳加工工艺进行批量制造、封装、测试，因而MEMS/NEMS广泛应用于汽车、消费电子、工业、医疗、航空航天、通讯等领域。
2、MEMS小型化趋势：走向NEMS
相比上一代产品，移动装置的每次更新换代要求功能增多和效能提升。随着消费电子产品尺寸的缩小，特别是智能手机“轻、薄”化，电子元器件的布局空间也随着减少，进而推动MEMS走向小型化。无论是单个MEMS器件，还是集成了加速度计、磁力计、陀螺仪、电子罗盘的MEMS惯性导航单元，封装尺寸的趋势是封装面积在不断缩小，或者在面积相等的情况下从二维向三维拓展，整合更多的电子元件，赋予MEMS更多的功能。
MEMS小型化的趋势是走向NEMS。MEMS尺寸缩小带来微系统功能密度增加、成本下降、感测效能提升、低功耗等优势。MEMS器件的尺度是微米量级，NEMS器件是奈米尺度。NEMS的加工工艺难度相比MEMS要求更高，工艺装置更加复杂、精密。
目前MEMS技术处在从微米尺度向奈米尺度过渡阶段，NEMS领域在惯性感测器和化学感测器已经有部分商用产品。根据Yole developpement的研究，单个MEMS的平均成本在0.1美元~5美元之间，面积在1 mm2~15 mm2，单个NEMS的平均成本在0.1美元~1美元之间，面积在1 mm2~10 mm2。据MEMSIC的资料，2016年美新半导体的消费类加速度计和磁感测器销售均价分别为1.06元、1.01元。
MEMS小型化的趋势是封装尺寸减小。在MEMS感测器的晶圆级封装开发工艺中，封装成本约占MEMS感测器总成本的30%~40%，封装尺寸面积的减少能够降低MEMS感测器的成本、提高感测器的灵敏度。根据市场调研机构YoleDéveloppement的研究，MEMS典型器件中，加速度计的封装管脚从2009年的3×5 mm2 缩小至2014年的1.6×1.6 mm2，面积减小了83%。
（二）先进封装将推动MEMS与与IC、RF等器件的三维异质整合
1、拓展摩尔定律推动MEMS发展
拓展摩尔定律（MtM）是指通过系统级封装（SIP）等先进封装技术赋予微系统更多非数位电路功能，将射频、类比电路、生物芯片、高压电源、MEMS等器件进行系统整合，从而增加微系统附加价值的方法。MtM器件融合了非数字与非电子的资讯功能，包括机械、热学、声学、化学、光学、生物医疗等功能，极大拓展了MEMS器件的功能范围和应用领域。
拓展摩尔定律与摩尔定律是微电子技术发展的两条路径。拓展摩尔定律旨在为微系统/MEMS提供多样化功能的高附加值技术，其应用领域是人和环境的互动以及物与物的连线互动；摩尔定律在CMOS主流技术基础上继续将储存器、逻辑器件、处理器的晶体管尺寸缩小，目前已经进入到7奈米节点。拓展摩尔定律将带来MEMS器件、MCU、RF、电源等器件的整合，推动微系统走向更高整合密度、更小封装尺寸、更低功耗、更低成本。
2、封装工艺决定MEMS的效能和成本
封装技术是MEMS器件成功的关键，也是MEMS产业链（设计、加工、封装测试、应用）中不可或缺的环节。MEMS器件与外界环境的资讯、能量、物质交换主要由微系统封装技术实现，封装的质量往往决定了MEMS的整体效能。MEMS封装技术基于半导体封装技术，包括衬底形成、结构释放、电学互连、器件包封、微组装、测试及可靠性检验等后端工艺。
与IC封装类似，MEMS封装要考虑封装尺寸、效能、可靠性、成本。MEMS封装的特征是通过封装技术形成一个或多个腔体的活动结构，使得一种或多种物理量能够透过界面与外界互动。此外，MMES封装还要重视力学支撑、环境隔离、与外界环境的互动界面、应力、气密性环境、隔离度、特殊讯号引出、微结构失效等因素。因此MEMS封装工艺比IC封装更复杂，封装的型别更加多样化，考虑的因素更多。
MEMS封装在MEMS成本中占比较大。根据Yole developpement的研究，MEMS成本中，封装约占30%~40%，IC约占40%~50%。因而封装环节支撑著MEMS技术的发展，同时也是MEMS成本占比较大的环节。
3、TSV与SIP等先进封装将MEMS与类比电路、微控制器、射频、电源等元件整合
终端系统厂商不仅仅满足于从MEMS感测器获取的原始资料，还希望所采集的多种感测资料经过采集、校准、压缩、优化后再发送给处理器，这样能减轻处理器的计算压力，满足终端在快速调取资料、态势感知、使用者意图预测等方面的需求。
MEMS的挑战来自于多种电子元件的整合。MEMS与IC、射频器件、电源等整合需要先进封装技术或SOC技术。MEMS工艺来源于微电子技术，但其复杂的三维结构和功能在制造工艺上与主流的半导体CMOS技术还不能完全相容，但通过先进封装技术可以进行MEMS的系统整合。以MEMSIC的加速度感测器为例，其采用标准CMOS积体电路工艺将MEMS元件和ASIC电路结构整合到单个芯片上，下游客户可以直接借助MCU来取得加速度计的输出讯号，因此无需额外搭配A/D转换器，降低了成本、减小了尺寸。
传统MEMS定律认为，“一种产品，一种工艺，一种封装”，每种MEMS器件要求特定的工艺和封装技术。但随着MEMS技术的不断发展成熟，MEMS制造正与标准CMOS工艺进行相容，通过简化工艺流程或降低MEMS尺寸来降低MEMS的整体成本。
微系统功能不断增加、尺寸日益缩小的需求推动先进封装技术的发展。先进封装技术通过堆叠单芯片与其他元件并封装在一个外壳里，可实现半导体、MEMS和其他元器件的三维异质整合，其技术包括系统级封装（SIP）、晶圆级封装（WLP）、硅穿孔（TSV）、三维芯片堆叠、2.5D硅转接板。
三维异质整合是驱动MEMS感测器与其他微电子元件整合的技术。三维异质整合包括CMOS工艺、新材料、封装技术、软件算法。系统级封装技术与TSV电学互连技术赋能MEMS与其他元器件以实现三维整合。
TSV的优点在于单元件上的TSV和三维堆叠技术将讯号路径大大缩短，实现各个元件之间的电气互连，带来更低的功耗、更高的传输线带宽、更小的封装尺寸，能够整合多种电子元件，降低微系统的整体封装费用。
TSV与SIP等先进封装技术用于MEMS封装能带来诸多好处。MEMS与模拟界面电路、MCU、射频之间以往是并排在封装衬底上，TSV通过硅转接板或硅衬底将MEMS感测器叠加于模拟界面电路、MCU、射频上，SIP再将所有元器件一体化整合，这能够大大减少封装面积，缩短MEMS与芯片之间的讯号传输损耗，提高MEMS器件的整体效能。根据Yole的研究，博世将TSV技术用于MEMS加速度计，能降低55%的封装尺寸，拥有低至0.8毫米的封装厚度。
（三）MEMS感测器正走向感测融合，系统整合提升附加价值
1、多种感测器融合是发展趋势
MEMS面临电子装置应用多元化、小型化、智慧化的挑战，增加功能密度、提升精度成为MEMS的重要驱动因素。MEMS的传统挑战是缩小器件尺寸或功耗，但仅仅尺寸缩小不再是感测器的唯一驱动因素。
MEMS在消费电子领域遇到的挑战来自技术和市场。Yole developpement认为，MEMS在消费电子中的技术挑战包括感测器效能/精度、感测器不可见/小体积装置，市场挑战是指感测器能提供个人/可定制物件的解决方案，并能为消费电子产品带来可感知的价值。
以感测使用者的移动位置资讯为例，可穿戴装置需要感知四个自由度的线性加速度、旋转、重力、电子罗盘、计步器、活动监测与终端、运动探测等资讯，涉及MEMS加速度计、MEMS陀螺仪、MEMS地磁计以及微控制器和软件。因此将多种MEMS感测器进行功能整合是满足使用者需求的重要发展方向。
使用者需要全套感测器解决方案。从资料维度看，单品类感测器从单轴向三轴整合，资料采集从一维向多维转变，比如单轴加速度计向三轴加速度计演变；从感测器融合角度看，使用者的单项需求采集需要多种感测器配合才能实现，比如惯性感测单元组合倾向于整合加速度计、陀螺仪、地磁计等MEMS感测器。
2、感测融合是感测器融合为一体的关键技术
感测器融合应用的趋势是：从资料采集到多维度资料整合再演进到应用场景解读，从低精度感测器向高精度感测器演进，从离散感测器向智慧感测器演变。
移动装置中常见的三类感测器的融合趋势：惯性类感测器将加速度计、陀螺仪、地磁计整合，形成9轴惯性测量单元；环境类感测器将气体/微粒感测器、压力感测器、温/湿度感测器、麦克风整合在一起，组成环境感测组合；光学类感测器将可见光感测器、接近光/环境光、3D视觉感测器、多频谱光感测器一体化整合，形成光学感测组合。
多种感测器融合的关键在于感测器软件和算法。每种感测器所采集的资料在传输之前需要经过校正与优化，多种感测器资料融合产生大量的原始资料，需要特定算法和微控制器进行处理。优化的算法和高效的微控制器能够产生使用者所需的资料，减轻中央处理器的计算压力，提高感测资料的准确性和效率。
移动装置需要态势感知。感测器融合要求节点具备智慧，智慧感测器需要意识到使用者的身份、位置、时间、活动。多种感测器融合是获取精确资料的前提，通过MCU对资料进行预处理能够最小化通讯活动，占用的总线带宽最小化，从而获得更加精确的资料，实现高效的系统。根据SemicoResearch的研究，基于系统的感测融合将从2012年的4亿增长到2016年的25亿个。
感测器整合趋势：从离散器件向感测与资料处理一体化整合的智慧感测器发展。MCU或板上系统将MEMS感测器所需的模数转换界面电路、讯号处理电路、资料输出电路整合，系统级封装（SiP）或片上系统（SoC）再将MCU与MEMS感测器一体化整合，形成智慧感测器节点。
3、感测器价值提升正从硬件走向软硬结合的系统整合
长期来看，MEMS感测器的平均价格趋于下降。根据Yole developpement的研究，MEMS感测器在2000年至2007年之间的平均价格以-6%的复合增速下降，其中，由于2007年智能手机的快速增长带动MEMS感测器规模化放量，MEMS感测器的平均价格在2007年至2013年间以-13%的复合增速下降。
随着多功能感测器占比的提升以及感测器系统整合度的增加，MEMS感测器的平均价格下降趋势有望减缓。在感测器融合的背景下，多种感测器的资料需要经过校准与处理，再通过算法模型对资料进行解读，比如运动监测资料与室内导航资料结合从而实现感测器对使用者活动状态和地理位置的态势感知，感测器的应用价值随着软硬协同化发展得到提升。
感测器价值增长曲线从感测器走向系统整合。相比高附加值的IC器件，感测器的单品价值量远远不如MCU、AP等IC器件。MEMS感测器制造商将多种单一功能感测器组合成多功能合一的组合感测器，再通过整合模数界面电路、微控制器（MCU）、应用处理器（AP）等芯片，感测器价值将完成二次升级。
根据Yole developpement的资料，单一功能感测器的平均价格不足1美元/个，多 功能组合感测器的平均价格约2.5~3美元/个，集成了MCU与AP（应用处理器）的感测器系统平均价格在30~40美元/个，比如MEMS加速度计的价格约为0.14美元，麦克风的价格约为0.19美元。
MEMS感测器生态系统形成。全球MEMS产业生态包括MEMS制造商、芯片组供应商、软件供应商、系统/服务供应商等。随着感测器技术的成熟和平均价格的走低，MEMS生态的价值正从产品逐步走向软件和算法领域。
二、博世在MEMS领域的成功要素
（一）单项MEMS感测器技术储备丰富
1、博世在全球MEMS行业的市场竞争格局
博世（BOSCH）是全球MEMS领域的龙头。博世旗下有四个事业部：汽车科技、工业科技、能源与建筑科技、消费者商品。博世是全球最大的汽车电子技术供应商，2013年汽车电子业务占其销售额的66%。自2014年起，凭借在汽车感测器的出货量优势，博世一举超越意法半导体，成为全球MEMS行业的老大。
MEMS领域的营业收入连续增长。2009年博世在MEMS方面的营收接近5亿美元，2015年博世在MEMS方面的营业收入为12.14亿美元，6年复合增长率为15.9%，营收规模和增速远超第二名意法半导体。全球MEMS的领先厂商还包括意法半导体、德州仪器、惠普、楼氏、应盛美等。
2、博世是创新驱动的平台型企业
博世是全球领先的MEMS感测器、致动器及解决方案供应商。博世目前拥有约42万的研究者与产品开发人员，位于全球89个国家。博世在过去10年投资了超过350亿欧元在研究和产品开发上。根据Bosch Sensortec释出的报告显示，每个工作日，博世平均申请19个专利。这使得博世成为世界领先的专利应用科技公司，同时也是德国首屈一指的高科技公司。
博世深耕MEMS领域超过20年。1995年至2005年是MEMS感测器渗透汽车电子领域的发展时期，博世在此期间研发的产品包括加速度计、角速度感测器、压力感测器、质量流量感测器等；得益于智能手机的快速发展，2005年至2015年是MEMS 感测器进入消费电子领域的快速发展时期，博世在此期间研发的产品包括地磁感测器、陀螺仪、压力感测器、湿度感测器、组合感测器、专用感测器、MEMS麦克风等；2015年博世开始进入物联网领域，推出智慧感测器、嵌入式软件与算法、定制化物联网感测器等。
博世MEMS技术全球领先，在研发史上创造了多个全球第一。2006年博世推出全球尺寸最小的数字压力感测器，2007年释出全球封装尺寸最小的数字压力感测器，2012年推出全球最小的封装尺寸为3×3mm2的陀螺仪，2015年在全球率先推出第一个室内空气质量感测器以及智慧感测器组合。
博世MEMS产品线丰富，涉及四个领域：运动感测、声学、连线与解决方案、汽车电子。博世发明了针对MEMS产品制造工艺的DRIE（Deep reactive-ionetching，深反应离子刻蚀）技术，该工艺奠定了博世在MEMS领域的产品工艺开发基础。
（二）多功能组合感测器带来单品价值提升
博世发展MEMS感测器的策略是多样化的感测器功能整合。以惯性感测器（三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴地磁计）为例，博世将三轴加速度计和三轴地磁计组合，通过封装形成六轴电子罗盘产品，将三轴加速度计和三轴陀螺仪组合，通过封装形成六轴惯性感测单元产品，六轴电子罗盘与三轴陀螺仪组合形成9+3个自由度的惯性感测组合。
博世拥有宽广的MEMS感测器技术储备以及从低整合度到较高整合度的MEMS产品，其MEMS感测器主要分为5大系列：惯性、地磁计、环境、感测丛集、麦克风。每个系列的MEMS感测器包括单一效能的感测器、多功能的感测器组合，能满足多个细分领域的客户需求。
MEMS累计出货量接连创新高。自1995年涉足MEMS以来，博世公司的MEMS累计出货量接连创下新高，从1995年到2013年MEMS累计出货量接近40亿个。
（三）系统整合能力是MEMS企业的核心竞争优势
MEMS领域的系统整合能力不仅需要知道MEMS制造工艺，而且还需要掌握感测器相关的知识（软硬件协同设计、感测器整合功能、感测器资料融合）以及MEMS感测器应用领域相关的知识（应用领域背景知识、客户需求、除了感测器资料融合之外的知识）。
博世在MEMS感测器领域拥有极强的系统整合能力。惯性感测器组合方面，博世具备九轴、微控制器、感测器资料融合软件的系统整合能力；在环境感测器组合方面，博世拥有大气压力感测器、湿度感测器、温度感测器的整合能力；在声学感测器组合方面，博世的产品为声学麦克风、麦克风阵列控制，能够提供感测资料融合软件。
以博世六轴MEMS惯性感测器BMC050为例进行分析，BNC050采用16管脚的LGA封装，尺寸为3mm×3mm×0.95mm，通过MEMS封装技术集成了ASIC专用芯片、三轴加速度计、三轴地磁计。根据Yole developpement的研究，其成本构成如下：专用芯片（48%）、封装测试（35%）、MEMS（13%）、地磁计（4%）。
随着MEMS应用领域的拓展，宽泛的感测技术储备和感测器应用背景成为新型电子消费领域的必备。博世在MEMS感测器技术、感测器软硬协同能力、解决方案的整合能力方面具备雄厚的实力，从而能够满足不同层次、不同应用领域的客户需求。
博世构建了从MEMS感测器功能组合、MEMS与芯片一体化整合、MEMS辅助软件、资料与云系统的系统整合能力。除了单项感测器产品、多功能产品整合产品、软硬件配套解决方案之外，博世熟知MEMS感测器资料融合，建立了开放的软件开放平台和API界面，对感测器的应用领域有着深刻的理解。
三、MEMS细分领域众多，下一个增长点是物联网
（一）政策加大力度支援感测器产业发展
国家出台系列政策大力支援MEMS与感测器发展。根据《“十三五”国家科技创新规划》《中国制造2025重点领域技术路线图》《十三五规划》《智慧感测器产业三年行动指南（2017-2019年）》《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划（2018-2020年）》等政策档案，政策面从关键技术研发、产业应用等角度大力支援MEMS与感测器的发展。
技术方面，政策重点支援新型感测器、感测器核心器件、感测器整合应用、智慧感知、智慧控制、微纳制造、MEMS、新材料感测器、智慧蒙皮微机电系统等关键技术的研发攻关。
应用领域方面，政策重点推进工业制造、数控机床、机器人、汽车、航空、农业机械、可穿戴装置、物联网、VR/AR等领域的感测器发展与产业化。
《中国制造2025重点领域技术路线图》提出，在汽车电子控制系统方面，国产关键感测器国内市场占有率达到 80%，到2020年，国内企业将掌握感测器、控制器关键技术，供应能力满足自主规模需求，产品质量达到国际先进水平。
《智慧感测器产业三年行动指南（2017-2019年）》提出，到2019年，我国智慧感测器产业规模达到260亿元；主营业务收入超十亿元的企业5家，超亿元的企业20家。
（二）从互联网到万物互联，物联网是MEMS的第三波浪潮
1、连线从人与人到物与物：MEMS产业逐渐发展壮大
过去20年是人类接入互联网的时代。根据bosch的资料，1995年，世界人口约为57亿，其中约有0.7%的人口接入互联网；2005年，世界人口约为65亿，其中约有15%的人口接入互联网；2015年，世界人口约为73亿，其中约有75%的人口接入互联网。
电子装置互联现状：移动终端数量占比过半。根据bosch的资料，2015年约有65.93亿装置接入互联网，其中包括0.62亿汽车、0.19亿远端医疗装置、0.70亿安全领域装置、1.2亿智慧表、2.6亿电视、6.25亿平板电脑、30亿移动电话、14.98亿笔记本、8.95亿台式电脑、0.44亿服务器。人类通过计算机、智能手机、平板电脑、电话等装置接入网络，带来消费电子领域的繁荣与发展，进而推动MEMS感测器的发展。
MEMS行业的第一波浪潮是汽车领域。从1990年到2000年，汽车电子化趋势带动了加速度计、角速度感测器、压力感测器、质量流量感测器的崛起，主要原因是MEMS感测器在可靠性、效能方面可比拟机械类感测器，但在成本、体积、功能、成本方面的优势超过了机械感测器。
MEMS行业的第二波浪潮是消费电子。从2000年到2010年，手机的快速发展带动运动类、声学类、光学类、环境类MEMS快速崛起。智能手机的感测器数量一般在9~13个左右，比如iPhone 中包含了近距离感测器、麦克风、加速度计、陀螺仪、温湿度感测器、环境光感测器等9种MEMS器件。iPhone X搭载3D Sensing，进一步提升智能手机中感测器数量和价值量。随着智能手机的技术创新和手机厂商差异化竞争的趋势，感测器数量还将继续增长。
MEMS行业的第三波浪潮是物联网。从2010年到2020年，随着联网节点呈现爆发式增长趋势，智慧感测器与节点、感测器相关软件与算法、定制化物联网感测器解决方案将成为行业重要发展趋势。物联网的核心是感测、互连和计算，MEMS在物联网中的重要应用场景包括智慧家居、工业互联网、车联网、环境监测、智慧城市等领域。
全球联网节点数量迎来高速发展阶段。根据Machina Research的研究，2024年全球联网节点数将超过380亿，其中互联生活、工作相关的连线节点数量占比超过一半。除了手机、平板电脑、个人电脑等手持装置之外，互联汽车、互联城市、互联工业领域的连线数也将扮演重要角色。根据IHS的资料，2017年全球联网的物联网装置数量超过200亿，其中汽车2.02亿、工业装置36亿、消费电子80亿、医疗装置3.19亿、通讯装置60亿、军事与航空装置500万、计算机装置17亿，从2015年到2025年上述领域的装置数量年均复合增速分别为22%、27.8%、16.4%、17.8%、8.5%、12.9%、-2%。
随着未来联网装置数呈现高速增长态势，整合电源、MEMS、MCU、射频等器件的多功能联网感测器将持续增长，物联网将是MEMS的下一个重要增长极。
物联网生态系统的核心是感测、连线、计算。MEMS感测器、微控制器、安全芯片等硬件将成为物联网发展的基础。感测器约占到物联网硬件市场规模的20%，微型化、低功率、高整合度、低成本将成为物联网感测器的发展趋势。随着NB-IoT、LTE-V等通讯协议的逐步商业化，MEMS感测器将在物联网发展中得到广泛应用。
2、MEMS市场细分领域众多，前景广阔
根据Yole Développement的研究，不包括基于玻璃与复合物的微流体芯片在内，全球MEMS感测器市场规模将从2015年的118.5亿美元增长至2021年的396.9亿美元，CAGR为22%。预计到2021年，10亿美元以上的MEMS细分领域包括射频MEMS（38亿美元）、光学类MEMS（116亿美元）、惯性组合MEMS（118亿美元）、陀螺仪（15亿美元）、加速度计（16亿美元）、麦克风（18亿美元）、压力感测器（38亿美元）。
从市场增速看，2015年至2021年CAGR排名靠前的MEMS细分领域有：环境类MEMS（39%）、红外线感测器（29%）、射频MEMS（21%）、其他（19%）、振荡器（16%）、微流体（13%）、辐射热测量计（13%）、惯性组合（10%）、麦克风（9%）、光学MEMS（8%）、压力感测器（6%）。
从应用领域来看，MEMS市场的主要应用领域集中在消费电子、医疗、汽车、工业等领域。按照应用领域分类，根据Yole Développement的研究，2021年全球MEMS感测器市场规模分别为：电信（3亿美元）、医疗（10亿美元）、工业（18亿美元）、国防（4亿美元）、消费电子（111美元）、汽车（48亿美元）、航空航天（2亿美元）；2015-2021年对应的CAGR增速为：电信（3.6%）、医疗（11.1%）、工业（7.3%）、国防（7.8%）、消费电子（11.8%）、汽车（4.2%）、航空航天（4.9%）。
3、全球MEMS市场竞争格局
2015年全球MEMS企业30强实现MEMS销售收入90.73亿美元，同比增长5%，其中，5家MEMS企业实现销售额增速大于20%：安华高（Avago Technologies）受益射频前端模组业务在4G手机频道应用的增长，实现销售收入增速为41%；应美盛（InvenSense）2015年销售增速为33%，得益于惯性感测器系统的多功能整合以及针对手机研发的STUDIO感测软件套装业务的增长；台积电（TSMC）首次上榜，在应盛美和mCube等客户的业务推动，实现29%的销售收入增长；Qorvo和瑞声科技（AAC）分别实现MEMS营收增速为28%、22%。
2016年全球MEMS企业前30强实现MEMS销售收入93.5亿美元，同比增长1.6%。博世和德州仪器公司相比2015年排名没有变化，意法半导体和Hewlett Packard的MEMS收入同比下降。受益4G应用以及4.5G对蜂窝技术要求提升，2016年射频 MEMS市场需求呈现高增长，博通凭借RF MEMS强劲出货首次排名第二，Qorvo也受益射频前端市场，营收在3年内从1.45亿美元增长至5.85亿美元。
射频 MEMS市场将呈现高增长。Yole预计2017~2022年，射频MEMS滤波器市场规模CAGR为35%，此外，射频前端市场同期的CAGR为14%。
（三）3D Sensing从iPhone走向安卓阵营，智慧感测器进入加速成长阶段
【智能手机光学创新】双摄到三摄成为智能手机的趋势，预计三摄市场渗透率将从今年的1%渗透到明年的5%，搭载三摄的旗舰新机包括华为Mate20系列、P20 Pro系列、OPPO R17 Pro、三星Glaxay A7、LG V40 ThinQ。自iPhone X搭载3D Sensing以来，3D Sensing从苹果向安卓机渗透，2018苹果释出的iPhone XR/Xs/Xs Max三款手机均采用Face ID。3D Sensing渗透率：2017年2.1%提升至2020年的30%。据TrendForce，3D Sensing 市场规模2023年可达180亿美元，2018-2023年复合增速达到44%。目前安卓机也在积极布局3D Sensing：小米8探索版采用MantisVision编码结构光方案，OPPO的FIND X、华为 mate 20系列。
1、3D Sensing是iPhone X最大的亮点
原深感摄像头系统搭载智能手机面容ID功能。原深感摄像头系统是iPhone X实现3D Sensing的基础，能够让使用者轻松方便地使用面容ID、人像模式自拍、“动话表情”（Animoji）、AR等功能，拍出精彩纷呈的照片。
2、3D Sensing：开启下一个计算平台，AR时代加速来临
据彭博社最新报道，2019 年iPhone将会首次在后置摄像头中加入3D深度感应技术，但不同于现在的iPhone X，将会带领智能手机全面拥抱AR增强现实。
苹果正在研发一种不同于iPhone X TrueDepth原深感应系统的新技术，新的后置感测器会使用所谓的“飞行时间”(Time of Flight)方式，计算镭射束从周围物体反射回来的时间，从而建立环境3D模型。苹果在6月释出AR kit，IOS 11为AR奠定软件基础，目前有多款AR应用上线。
3、3D Sensing从iPhone X快速走向国产品牌手机，成为消费电子发展趋势
华为荣耀V10搭载散斑结构光手机配件，具有人脸识别与解锁功能。荣耀V10的人脸识别功能通过绘制使用者脸部的深度图谱，对使用者脸部进行建模实现的，识别精度达到亚毫米级别，安全等级达到支付级别。借助“点云深度摄像头”的散斑结构光手机配件，荣耀V10可实现3D人脸建模、人脸识别、3D面部表情控制以及3D小物体建模功能。
国产品牌手机厂商拟推出3D成像方案的新机型。据电子时报的讯息，小米和OPPO将在明年释出的新机中采用3D感测解决方案，该方案由奇景光电、高通合作开发。9月高通与奇景光电宣布将合作开发高分辨率、低功耗、主动3D深度感测摄像头系统，用于手机等领域的人脸识别、3D重建、场景感知，该3D摄像头预计于2018Q1量产。荣耀V10的释出表明国产中高阶旗舰机型将积极采用3D Sensing，3D Sensing将成为智能手机硬件创新的趋势。
4、3D Sensing产业链
iPhone X的3D sensing采用结构光和TOF结合的方案，包括如下模组：结构光接收端、泛光感应元件、距离感测器（TOF）、环境光感测器、前置摄像头、点阵投射器（结构光发射端）
2022年3D Sensing市场规模将达 90亿美元。Yole预测：3D sensing及Camera在2022年将由目前的工业、商业为主转向消费市场为主，市场规模将约为2016年的7倍，其中消费市场年复合增长率将为158%，汽车市场年复合增长率将为49%。
(四)MEMS是智慧汽车感知环境的关键
智慧感知是智慧汽车上路的基础。智慧汽车的核心在于感测、计算、联网、决策。智慧汽车感知环境的物理角度包括声学、光学、热学、电学、力学等方面，汽车上路需要软
硬件协同一体化的智慧感测器（包括MEMS、MCU、RF、AP等单元）。根据Yole Développement的研究，2018年MEMS在汽车领域的市场规模约为36.24美元。
声学感知包括超声波雷达、麦克风、扬声器等。超声波雷达含有超声波发射器和采集器，主要用于自动泊车、道路行人与障碍物检测避障。麦克风与扬声器是MEMS的成熟产品之一，同时也是智慧汽车人机互动的主要界面之一，语音的接收与作答是MEMS在汽车内的重要应用之一。
光学感知包括红外夜视仪、镭射雷达、CMOS影象感测器、行车记录仪等。红外夜视仪包括红外探测器、红外发射器等MEMS器件，主要用于夜晚、雨雾等不良路况下的行人及动物检测。镭射雷达包括镭射生产器、激光采集器等，用于道路中车辆、行人、障碍物的精准测距。
热学感知包括车身空调系统、温度感测器等。车身空调系统、动力控制系统等部件均有MEMS温度感测器。
电学感知包括射频器件、天线等MEMS，主要用于车与车、车与人、车与道路之间的车联网通讯。
力学感知包括加速度计、压力感测器、陀螺仪、电子罗盘、振荡器等MEMS感测器，运动类感测器主要用于智慧汽车的高精度定位与导航，压力感测器用于胎压监测、油压监测等方面。
（五）国内MEMS产业链完整，蓄势待发
中国是全球MEMS感测器最大的市场，重点产品包括运动类、声学类、射频类、红外成像等领域，构建了从科研、产品开发、设计到代工制造、封装测试、下游应用的完整产业链。2015年中国MEMS感测器市场规模约为300亿元，连续两年增速在15%以上，随着消费电子、汽车电子、物联网等市场的发展以及国内制造工艺技术的不断革新，中国MEMS感测器市场将迎来重要发展机遇。
中国是全球MEMS行业的增长引擎。中国拥有全球最大的智能手机和汽车市场，但中高阶感测器和感测器芯片自主化率低，MEMS感测器需求十分强劲。以智能手机为例，目前iphone手机中所使用的MEMS器件在9~13个，随着智能手机部件更新的加快，MEMS器件在智能手机中的使用量将有望达到20个。随着华为、小米、OPPO、Vivo等国产手机厂商在全球崛起，预计智能手机所需要的硅麦克风、加速度计、陀螺仪、电子罗盘、射频仪器、高精度压力感测器、气体感测器等EMMS器件将实现快速增长，2017年至2020年，年均复合增速有望达到20%以上。
MEMS产业链中，科研环节包括大学、科研院所等机构，产品开发环节包括上海微技术工业研究院、苏州奈米城、无锡物联网等单位，设计环节包括MEMSIC、硅睿科技、敏芯微电子等，代工制造包括中芯国际、华虹宏力、CSMC、ASMC、耐威科技，封装测试包括长电科技、华天科技、通富微电、晶方科技等，下游应用包括智能手机、平板电脑、汽车、工业等领域。
国内MEMS代工制造以6英寸和8英寸产线为主，封装测试环节是强项，应用领域正从手机、汽车走向VR/AR、物联网等领域。
中国MEMS企业主要集中在长三角。根据SITRI的研究，上海、苏州、无锡三地的MEMS企业占全国的比例约为19%、18%、16%。中国的MEMS企业主要分布在长三角、京津冀、珠三角。
