我國MEMS行業(yè)發(fā)展的難點

為什么我國的MEMS行業(yè)這么落后？原因是很多的，當然，首先第一條就是我們比別人發(fā)展的晚，ADI從1987年開始MEMS的研發(fā)，1991年開始MEMS傳感器的量產，BOSCH也從1995年開始MEMS傳感器的量產；而我們上世紀90年代才剛開始集成電路的產業(yè)化，中芯國際是2000年才成立的，2010年前后才開始MEMS行業(yè)的發(fā)展。

除了起步晚的原因，我想如下幾點也在制約我國MEMS產業(yè)的發(fā)展：

（1）跨學科培養(yǎng)體制

MEMS雖然側重于超精密機械加工，但它涉及微電子、材料、力學、化學、機械學諸多學科領域，它的學科面涵蓋微尺度下的力、電、光、磁、聲、表面等物理、化學、機械學的各分支。舉例而言，如果要設計MEMS麥克風去取代傳統(tǒng)的駐極體麥克風，需要設計MEMS音腔，這是聲學的范疇；需要設計振膜，這是材料學的范疇；當然，還需要懂微電子學去把MEMS麥克風設計出來，并了解微電子加工工藝，知道如何設計才能更好更快成本更低的加工出來。同樣，設計MEMS執(zhí)行器要懂馬達驅動，設計MEMS光學器件要懂光學，設計氣味傳感器要懂化學等等。簡而言之，MEMS產品團隊需要跨多個學科的復合型人才，但我國目前的分學科培養(yǎng)體制很難培養(yǎng)出大量優(yōu)秀的復合型人才。

（2）充足的研發(fā)線支持

MEMS產品與一般的集成電路產品不同，因為涉及到復雜的微機械結構，且沒有一般集成電路設計中成熟的第三方EDA工具可以使用來做仿真，現實中需要設計和生產工藝緊密結合，制造端已有的工藝路線在很大程度上決定了MEMS芯片的設計路線，而MEMS芯片的設計路線又需要對制造端的工藝模塊進行重組和調試， 以實現芯片所需達到的功能和可靠性要求，否則設計出來的MEMS結構很可能無法在現有的半導體加工工藝下達到量產或者保證高良率。此外，不同傳感器類型擁有不同機械特性，使得一種工藝路線只能對應一種傳感器。因此，MEMS芯片的研發(fā)企業(yè)必須同時進行芯片和工藝的研發(fā)，在晶圓代工廠缺乏成熟工藝的情況下，需要與代工廠共同開發(fā)工藝，或是對代工廠的工藝模塊進行重新組合和調試，因此 MEMS芯片研發(fā)和量產的難度相對較高，所需時間也較長。

一般來說，MEMS芯片設計者以DOE （Design of Engineering）的形式去晶圓廠投片，拿回樣品測試，根據測試結果修正自己的架構設計或材料設計等，然后再去投DOE，往往要幾個來回之后才能得到令人滿意的設計結果。期間如果不能得到晶圓廠的大力配合，DOE的時間和質量都不能令人滿意，會大大拖慢開發(fā)的周期和產品迭代的進度。尤其在目前我國半導體市場火爆的情況下，國內的晶圓廠基本都處在滿產狀態(tài)，這時候再騰出一部分產能去支持MEMS設計公司的DOE流片更是難上加難，也讓MEMS設計公司新產品開發(fā)的日子越來越難。

舉個例子，我投資了一家MEMS actuator公司MEMS Drive，全球第一家采用MEMS技術進行五軸光學防抖（OIS）的公司，MEMS actuator可以將CIS芯片進行上、下、左、右和旋轉五個方向的移動來達到光學防抖的效果，比目前的音圈馬達防抖方案會速度更快，功耗更低，效果更好。

圖：基于MEMS Drive芯片的光學防抖模組

MEMS actuator的結構由眾多梳齒狀電容和懸臂梁構成，加工工藝非常復雜，但由于種種原因，一開始和晶圓代工廠的合作不是特別順利，生產工藝的開發(fā)比較緩慢，要3個多月的時間才能得到一版DOE的樣品，且質量不能得到保證，一年下來設計人員沒能有幾次機會修改MEMS架構的設計，使得公司的研發(fā)進度大大低于預期。

圖：MEMS Drive的MEMS OIS芯片

MEMS Drive目前采用雙代工廠的策略，同時和兩家世界優(yōu)秀的MEMS晶圓代工廠合作，產品開發(fā)近期取得了飛速進展。

因此，如果可以不依靠規(guī)模化量產的晶圓代工廠，有專門為研發(fā)而設計的中試線，那將必然加快研發(fā)的進度和產品的迭代，對我國MEMS產業(yè)的進步有著至關重要的作用。不少有遠見卓識的產業(yè)從業(yè)者已經在積極的進行中試線的部署，蘇州納米所的中試線，上海微系統(tǒng)所的中試線，杭州臨安青山湖的MEMS中試線等，這些都是非常好的布局，必然會對本土的MEMS設計公司起到非常大的助力作用。

（3）本土化的MEMS供應鏈

毋庸置疑，集成電路產業(yè)是要靠整個供應鏈的發(fā)展才能起飛的，我國近20年來芯片設計行業(yè)的飛速發(fā)展也正是因為中芯國際、華宏宏力、長電科技、通富微電、華天等供應鏈公司的成長和壯大。同樣的道理，我國MEMS產業(yè)要想得到長足的發(fā)展，在我國本土必須有非常強大和成熟的本土供應鏈做支撐才可以，而這個正是我國MEMS產業(yè)的軟肋所在。中國MEMS產業(yè)在2010年前后才逐漸起步，過去很長一段時間，國內缺乏系統(tǒng)、完整的MEMS生產體系，無法為本土的MEMS設計公司提供供應鏈支持，成為制約中國MEMS產業(yè)發(fā)展的最大障礙。

而說到MEMS中國本土供應鏈，不得不提的一家公司就是蘇州敏芯，它是中國MEMS產業(yè)的先驅者，也是華登在中國投資的第一家MEMS芯片公司。經過多年研發(fā)、試制、規(guī)?；蜕虡I(yè)化的運營，蘇州敏芯完成了現有MEMS傳感器產品芯片設計、晶圓制造、封裝和測試環(huán)節(jié)的基礎研發(fā)工作，并將形成的各生產環(huán)節(jié)技術導入國內的晶圓制造和封裝廠商，幫助其開發(fā)了專業(yè)的MEMS產品生產加工工藝，實現了本土化生產體系的搭建。毫不夸張的說，蘇州敏芯憑借一己之力承擔起我國MEMS產業(yè)鏈本土化的重任。

圖 蘇州敏芯三位創(chuàng)始人在創(chuàng)業(yè)之初的合影

這是華登中國總經理黃慶博士2007年在蘇州敏芯成立之初拜訪時所拍的照片，三位創(chuàng)始人用自制的簡陋的試驗設備進行MEMS器件的腐蝕工藝。雖然在2007年我們就開始關注蘇州敏芯，黃慶博士對敏芯創(chuàng)始團隊的專業(yè)、執(zhí)著和堅持一直贊不絕口，但直到2012年下半年我們才決定對敏芯進行投資。事后問起黃慶博士，即使是在2012年，敏芯也只有區(qū)區(qū)200萬人民幣的銷售額，是什么讓他在那時做了投資的決定？我記得他就說了五個字“產業(yè)化能力”。復盤一下，確實如此。

敏芯2007年成立于蘇州工業(yè)園區(qū)，創(chuàng)始團隊只能在自己簡陋的實驗室里進行工藝的開發(fā)；2008年，有幸利用蘇州納米所的4寸中試線進行產品和工藝開發(fā)，技術逐漸成型，MEMS生產工藝的摸索逐漸成熟，但4寸線終究無法滿足市場化的量產需求；2009年，終于有機會和中芯國際成都廠（成芯）共同開發(fā)基于8寸線的MEMS量產工藝，但隨著成芯在2010年賣給美國TI之后，合作也無疾而終；之后幸虧因為國家02專項的支持，蘇州敏芯開始在華潤上華導入MEMS生產工藝，終于在2011年華潤上華的MEMS工藝逐漸成熟，可以大規(guī)模量產MEMS wafer。又經過一年在MEMS封裝廠的封裝工藝導入，敏芯的MEMS產品在2012年終于在中國本土的供應鏈上進行大規(guī)模量產，這對中國的MEMS產業(yè)來說都是里程碑式的事件。蘇州敏芯在2018年已經達到2.5億的收入，5000多萬凈利潤，華潤上華至今仍是敏芯最重要的晶圓廠合作伙伴，同樣，敏芯也一直是華潤上華最大的MEMS芯片客戶。

一波三折的經歷現在看起來可能平淡無奇，但MEMS技術若想在中國形成一個產業(yè)，成熟的中國本土供應鏈將是必不可少的基石，也是對我國MEMS產業(yè)奮起直追國外競爭者最強有力的支撐。感謝敏芯的貢獻，感謝02專項，感謝這個時代！

表 MEMS芯片與集成電路芯片的比較

4.華登對MEMS對投資和展望

坦白說，相比于對一般集成電路產業(yè)的投資，對MEMS產業(yè)的投資要難的多，原因上面已經說了很多。但MEMS行業(yè)對一個國家來說是戰(zhàn)略性行業(yè)，沒有其他任何一個行業(yè)能在納米級和微米級做微型機械產品，MEMS 水平代表了一個國家的核心工業(yè)實力。基于MEMS產品在工業(yè)、汽車、射頻通信、航空航天、物聯網等戰(zhàn)略領域的獨特地位，以及這些應用所帶來的行業(yè)高增長，MEMS又是不能被忽視的投資領域，華登在中國已經進行了一些嘗試。

圖 華登在中國投資的一部分MEMS芯片公司

隨著中國本土MEMS供應鏈的不斷成熟，我國的MEMS產業(yè)應該說具備了飛速發(fā)展的基礎；此時，希望有一批領先的中國MEMS芯片設計企業(yè)可以盡快登陸資本市場，用“財富效應”來吸引更多的市場化資本進入這個行業(yè)，吸引更多優(yōu)秀的創(chuàng)業(yè)者從事MEMS領域的創(chuàng)業(yè)，也能吸收更多的優(yōu)秀學子進入這個行業(yè)，形成人、財、物正向流入的良性循環(huán)，不要再讓MEMS專業(yè)的畢業(yè)生畢業(yè)就失業(yè)的故事重演。

華登中國團隊也會一如既往的支持優(yōu)秀的創(chuàng)業(yè)者在中國的MEMS行業(yè)披荊斬棘、一往無前！