国家大力支持MEMS产业化，你准备好了吗？

　　2015年10月27日，中国半导体行业协会MEMS分会一届二次会员大会暨年在苏州国际博览中心召开，东南大学MEMS教育部重点实验室主任黄庆安教授作为演讲嘉宾，做了题为《中国MEMS产业化发展现状和机遇》的演讲。

　　黄主任首先给参会嘉宾介绍了国家“863计划”MEMS研究与发展，他指出，上世纪90年代后，国家就通过MEMS基础研究项目、“863计划”、“973计划”支持MEMS相关领域的研发活动。

　　黄庆安主任介绍国家863计划MEMS研究和开发

　　2001年到2015年，国家“863计划”开辟出一个专门的MEMS方向，总共得到了7.03亿元的支持经费。整个15年期间，“863计划”的主体包括高等学校、中科院研究所，也有企业。国家“863计划”MEMS研发内容被分为三大类：

　　国家863计划MEMS研发内容

　　第一类：关键工艺与平台。主要指技术的研发，MEMS的设计工具，包括前端的设计、封装技术、可靠性等，这些共性的技术，主要面对高校和科研院所。

　　第二类：MEMS器件。基本覆盖所有MEMS相关的内容，如压力传感器、加速度计、陀螺仪、麦克风、红外成像、流量计、湿度传感器、电量传感器、风速传感器、指南针、射频传感器，以及医疗传感器、微流控芯片、微执行器、能量收集器、芯片级原子钟等新器件。

　　第三类：MEMS系统。支持的项目包括环境监测系统、医疗系统、生物、化学系统、惯性微系统等。典型代表为重庆金山集团，作为国家“863计划”支持企业，金山集团成功开发了胶囊内镜、胶囊机器人、pH胶囊、阻抗CT、大型手术机器人、人工耳蜗、微型生化分析光谱仪等数十项国际领先水平的医疗器械产品。

　　从产业发展而言，2014年，全球MEMS市场规模为120亿美元，预计2020年将达到220亿美元，折合人民币约为1千亿，作为新兴产业而言，市场规模较为可观。

　　2014年，全球排名前30的MEMS厂商当中，博世的市场营收为12亿美元，意法半导体市场营收为8亿美元;前30名MEMS厂商当中，中国占据了2个席位，瑞声科技，排名20;歌尔声学，排在第27位。从产业的角度而言，对中国MEMS企业起到了很好的引导示范作用。

　　现如今，集成电路把尺寸做得越来越小。从制造的角度而言，当年的集成电路，把电阻、电容、晶体管，分立在一个电路板上，现在集成在一起，已经发生了改革。以后，集成电路成为一块圆片，如果无源元件，也采用这种圆片制造方式，传感器MEMS也是圆片制造，天线也是圆片制造，最后都是圆片的时候，把它叠起来，最后出来一个系统。不管从制造还是设计来看、这是MEMS发展的最高目标。

　　多种集成电路和MEMS集成

　　然后，黄主任介绍了物联网的智能灰尘，其原型是90年代中期，由加州大学伯克利分校手工制成而成，把电路板、传感器，能量存储，超级电容、射频、天线等放在一起，做成之后的尺寸为6cm × 3cm × 2.5cm。到今天，体积已经变成2mm × 0.5mm大小，在2立方毫米以内完成感知、计算和通讯。

　　2015上半年，黄主任联合苏州纳米公司做了一个报告，主要调查中国MEMS企业(不包含外资MEMS企业、中外合资MEMS企业、港澳台MEMS企业)。从统计数据来看，2000年时候，中国有23家MEMS企业，包括改制了的研究所。如沈阳工业设计研究院、十三所。到2014年，中国的MEMS企业已经有190家。截至2015年10月份，预估数据为200多家。报告对190家企业进行产业链细分，做MEMS软件与专用电路的有11家，如英特神斯;做MEMS产品设计的有143家;做MEMS封装与测试的有16家;做MEMS前端制造工艺线的，有20家。

　　中国MEMS产业状况

　　从地域分布而言，中资MEMS企业在江苏有58家，北京25家，广东25家，上海19家，浙江10家，山东、陕西各9家。不难看出，MEMS企业主要集中在发达地区。因为MEMS行业更需要人才，发达地区的MEMS人才相对而言较为集中，能适应MEMS企业的发展和扩大。

　　从产品类别而言，中国MEMS公司中，做惯性传感器有44家，包括加速度传感器和陀螺仪;做压力传感器有43家;做光学MEMS有35家;做温湿度传感器有13家;做声学MEMS(麦克风)有13家;做医疗MEMS有9家;做RF MEMS有7家;做磁场传感器有5家;做气体传感器有5家;做流量传感器有4家，做其它MEMS有4家。

　　分析完中国MEMS产业链的分布状况，黄主任从技术层面剖析了各大应用领域的传感器。

　　第一是智能手机领域， 2014年全球智能手机销量为12.06亿部。中国智能手机销量为1.03亿部。在智能手机里面，已经用到的传感器，如麦克风，是应用较为广泛的。其它如导航、加速度、环境敏感、磁场、环境气压、环境压力。还有一部分小批量应用正在研发和尝试，如射频、电池、红外敏感。2014年，智能手机领域占据约25亿美元的全球MEMS市场。

　　第二是汽车领域，汽车安装传感器有三个目的：其一，安全。如防撞气囊的安全监测。其二：节能。减少对环境的污染。其三：舒适。2014年，国际汽车销售量为8716万辆，中国汽车销售量为2369万辆，占据全球27%的市场份额，稳居第一。美国占据全球19%的市场份额。计算汽车上使用到的传感器，一辆汽车大约需要100只传感器，豪华汽车大约每车装200只传感器。2014年，用在汽车上的传感器超过了10亿只。

　　汽车中的传感器应用

　　第三是医疗和健康监护，过去看病，需要去医院，使用台式机，现在看病进入社区，看病工具变得便携。未来，看病将进入家庭乃至在任何地方都可以看病，需要医疗器械变得越来越便携、可穿戴、可植入。器械尺寸越做越小，集成化程度越来越高，将是未来整个医疗与健康监护MEMS领域的未来发展趋势。健康监护类传感器，如监测心率、血压的设备，2009年的全球市场份额为12亿美元，预计2015年将达到45亿美元。

　　医疗与健康监护MEMS

　　第四是物联网，中国的国家政府把物联网作为一个战略性新兴产业。物联网牵涉的技术内容较多，有感知系统、通讯系统、计算系统、控制系统、大数据和能源系统。这类传感器的应用领域有智能电网、智能交通、智能物流、环境监测、生态监视、工业控制、智能医疗、国防军事等。中国的智能电网，到2015年年底，大于110千伏的高压电线将达到100万公里，对沿线的电网都需要进行监控。2010年，中国高速公路达到了7.41万公里，2015年，按照国家建设计算，将达到10.8万公里，总里程排全球第二，同样的，也要对沿线高速公路进行监控。中国有43万公里长的河流，2800多个湖泊，占地面积8万平方公里，对河流湖泊的环境污染监测也需要用到大量的传感器。

　　第五是军用MEMS器件，首先是惯性传感器，直导武器都需要惯性，因此，所有的导弹里面都要装加速度计和陀螺仪。按照美国军方规划，2015年年初，微型惯性器件将覆盖90%的美军战术指导武器。在RF MEMS军事应用领域，雷达、通讯都需要用到RF MEMS。在微能源领域，美国的很多军方机构都在支持微能源的研发。在航天领域，以微纳航天器为代表的天基微系统及其应用是航天技术发展的前沿，也是各国航天装备体系建设的重要方向。

　　纵观全球，美国和德国都很重视MEMS产业的发展，2014年4月，美国先进制造业协会讨论了对美国未来制造业产生影响的5项颠覆性技术，分别为3D打印、纳米材料、下一代机器人、先进传感器和人工智能。德国“工业4.0”概念也炒的很热。主要体现在智能工厂和智能生产两方面。智能最核心的前端就是传感器。2013年，德国第一批布置的项目里面，有一个就是基于人工智能系统与智能传感器生产管理。

　　今年5月5日，我国国务院发布了“中国制造2025”，到2025年，中国要建成制造强国，国务院下达了 9项战略任务。其中有2项跟我们密切相关。其一：推进信息化与工业化深度融合，研发具有深度感知智能决策，突破新型传感器，都是MEMS厂商应该做的事情。其二：强化工业基础能力，做好核心基础零部件。

　　7月1日，国务院又发布了“互联网+”行动指导意见。11项重点行动中，有6项跟MEMS传感器息息相关。1、“互联网+”协同制造，着力在工控系统、智能感知元器件、工业云平台、操作系统和工业软件等核心环节取得突破。2、“互联网+”现代农业，普及基于环境感知、实时监测、自动控制的网络化农业环境监测系统。3、“互联网+”智慧能源，建立能源生产运行的监测，管理和调度信息公共服务网络。4、“互联网+”高效物流建设深度感知智能仓储系统。5、“互联网+” 便捷交通，加强对公路、铁路、民航、港口等交通运输运输网络关键设施运行状态与通行信息的采集。6、“互联网+”绿色生态，主要体现在监测方面。

　　虽然中国大力推进传感器产业，黄主任也指出我国传感器市场格局所面临的需求与挑战。2014年，全球传感器市场营收为863亿美元，美国占据29%的市场份额，日本占据19.5%，德国占据11.3%，这三个国家加起来有60%。主导了全球传感器市场。

　　2014年，中国传感器的市场营收为800多亿人民币，中低档产品占据60%~70%的市场份额，基本可以满足市场需求。但中高档产品完全依靠进口，这是我们所面临的挑战。新产品明显不足，高新技术类产品更少，数字化、智能化、微型产品严重欠缺。因此，“十三五”国家重点研发计划中开辟专项布局制作基础技术与关键部件，大约有20亿的预算，其中包括先进传感器。

　　“十三五”国家重点研发计划中MEMS布局

　　对比集成电路和MEMS，中国第一个集成电路出现于1958年，第一个MEMS器件出现于1987年。中国IC企业起步晚，核心技术需要积累，积累需要时间。IC产品种类比较单一。MEMS则不一样，中国MEMS企业起步较早。产品多样，创新空间巨大。因此我们有理由相信，中国MEMS企业是有希望后来居上的。Ready go!

　　中国半导体行业协会MEMS 分会是在国家民政部注册登记的中国半导体行业协会的分支机构。MEMS 分会成立于2014 年10 月，由全国MEMS 产业科研机构、设计、制造、封装测试、产业平台、仪器装备、集成应用、产业服务及相关企、事业单位自愿参加并发起成立的全国性、非营利性的社会团体。截止目前，拥有会员企业150 家，协会工作重点覆盖产业政策、会员服务、行业统计、产业研究、宣传工作、市场推广、展览活动、知识产权等八个方向。

　　MEMS分会的成立对全国推动战略性新兴产业的发展具有积极意义：(1)MEMS分会的建设有利于完善从设计-研发-加工制造-封装测试的区域产业链上下游协调联动关系，实现以MEMS产品为主线的垂直整合，在国内加速突破MEMS产业规模化瓶颈;(2)MEMS分会的建设将加速我国在MEMS产业领域的人才吸引、技术创新、成果产业化，形成我国新兴产业领域的品牌之一;(3)MEMS分会的建设将发挥MEMS作为应用产业的上游核心作用，对全国其它战略性新兴产业，如电子信息、物联网、高端装备制造、节能环保等领域的发展起推动作用。

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