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(chǎn)，BOSCH也從1995年開始MEMS傳感器的量產(chǎn)；而我們上世紀90年代才剛開始集成電路的產(chǎn)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(chǎn)業(yè)的發(fā)展：

（1）跨學(xué)科培養(yǎng)體制

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

（2）充足的研發(fā)線支持

MEMS產(chǎn)品與一般的集成電路產(chǎn)品不同，因為涉及到復(fù)雜的微機械結(jié)構(gòu)，且沒有一般集成電路設(shè)計中成熟的第三方EDA工具可以使用來做仿真，現(xiàn)實中需要設(shè)計和生產(chǎn)工藝緊密結(jié)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(shè)計路線，而MEMS芯片的設(shè)計路線又需要對制造端的工藝模塊進行重組和調(diào)試， 以實現(xiàn)芯片所需達到的功能和可靠性要求，否則設(shè)計出來的MEMS結(jié)構(gòu)很可能無法在現(xiàn)有的半導(dǎo)體加工工藝下達到量產(chǎn)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(yīng)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(diào)試，因此 MEMS芯片研發(fā)和量產(chǎn)的難度相對較高，所需時間也較長。

一般來說，MEMS芯片設(shè)計者以DOE （Design of Engineering）的形式去晶圓廠投片，拿回樣品測試，根據(jù)測試結(jié)果修正自己的架構(gòu)設(shè)計或材料設(shè)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(shè)計結(jié)果。期間如果不能得到晶圓廠的大力配合，DOE的時間和質(zhì)量都不能令人滿意，會大大拖慢開發(fā)的周期和產(chǎn)品迭代的進度。尤其在目前我國半導(dǎo)體市場火爆的情況下，國內(nèi)的晶圓廠基本都處在滿產(chǎn)狀態(tài)，這時候再騰出一部分產(chǎn)能去支持MEMS設(shè)計公司的DOE流片更是難上加難，也讓MEMS設(shè)計公司新產(chǎn)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(shù)進行五軸光學(xué)防抖（OIS）的公司，MEMS actuator可以將CIS芯片進行上、下、左、右和旋轉(zhuǎn)五個方向的移動來達到光學(xué)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(xué)防抖模組

MEMS actuator的結(jié)構(gòu)由眾多梳齒狀電容和懸臂梁構(gòu)成，加工工藝非常復(fù)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(chǎn)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(zhì)量不能得到保證，一年下來設(shè)計人員沒能有幾次機會修改MEMS架構(gòu)的設(shè)計，使得公司的研發(fā)進度大大低于預(yù)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(chǎn)品開發(fā)近期取得了飛速進展。

因此，如果可以不依靠規(guī)?；慨a(chǎn)的晶圓代工廠，有專門為研發(fā)而設(shè)計的中試線，那將必然加快研發(fā)的進度和產(chǎn)品的迭代，對我國MEMS產(chǎn)業(yè)的進步有著至關(guān)重要的作用。不少有遠見卓識的產(chǎn)業(yè)從業(yè)者已經(jīng)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(shè)計公司起到非常大的助力作用。

（3）本土化的MEMS供應(yīng)鏈

毋庸置疑，集成電路產(chǎn)業(yè)是要靠整個供應(yīng)鏈的發(fā)展才能起飛的，我國近20年來芯片設(shè)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(yīng)鏈公司的成長和壯大。同樣的道理，我國MEMS產(chǎn)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(yīng)鏈做支撐才可以，而這個正是我國MEMS產(chǎn)業(yè)的軟肋所在。中國MEMS產(chǎn)業(yè)在2010年前后才逐漸起步，過去很長一段時間，國內(nèi)缺乏系統(tǒng)、完整的MEMS生產(chǎn)體系，無法為本土的MEMS設(shè)計公司提供供應(yīng)鏈支持，成為制約中國MEMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大障礙。

而說到MEMS中國本土供應(yīng)鏈，不得不提的一家公司就是蘇州敏芯，它是中國MEMS產(chǎn)業(yè)的先驅(qū)者，也是華登在中國投資的第一家MEMS芯片公司。經(jīng)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(xiàn)有MEMS傳感器產(chǎn)品芯片設(shè)計、晶圓制造、封裝和測試環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)研發(fā)工作，并將形成的各生產(chǎn)環(huán)節(jié)技術(shù)導(dǎo)入國內(nèi)的晶圓制造和封裝廠商，幫助其開發(fā)了專業(yè)的MEMS產(chǎn)品生產(chǎn)加工工藝，實現(xiàn)了本土化生產(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(shè)備進行MEMS器件的腐蝕工藝。雖然在2007年我們就開始關(guān)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(chǎn)業(yè)化能力”。復(fù)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(chǎn)品和工藝開發(fā)，技術(shù)逐漸成型，MEMS生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(dǎo)入MEMS生產(chǎn)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(chǎn)MEMS wafer。又經(jīng)過一年在MEMS封裝廠的封裝工藝導(dǎo)入，敏芯的MEMS產(chǎn)品在2012年終于在中國本土的供應(yīng)鏈上進行大規(guī)模量產(chǎn)，這對中國的MEMS產(chǎn)業(yè)來說都是里程碑式的事件。蘇州敏芯在2018年已經(jīng)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(jīng)歷現(xiàn)在看起來可能平淡無奇，但MEMS技術(shù)若想在中國形成一個產(chǎn)業(yè)，成熟的中國本土供應(yīng)鏈將是必不可少的基石，也是對我國MEMS產(chǎn)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(chǎn)業(yè)的投資，對MEMS產(chǎn)業(yè)的投資要難的多，原因上面已經(jīng)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(chǎn)品，MEMS 水平代表了一個國家的核心工業(yè)實力。基于MEMS產(chǎn)品在工業(yè)、汽車、射頻通信、航空航天、物聯(lián)網(wǎng)等戰(zhàn)略領(lǐng)域的獨特地位，以及這些應(yīng)用所帶來的行業(yè)高增長，MEMS又是不能被忽視的投資領(lǐng)域，華登在中國已經(jīng)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(yīng)鏈的不斷成熟，我國的MEMS產(chǎn)業(yè)應(yīng)該說具備了飛速發(fā)展的基礎(chǔ)；此時，希望有一批領(lǐng)先的中國MEMS芯片設(shè)計企業(yè)可以盡快登陸資本市場，用“財富效應(yīng)”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(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)，也能吸收更多的優(yōu)秀學(xué)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！