预测：下一个MEMS爆款产品会是什么？

MEMS 行业正在寻找下一个创新热点。运动传感器、压力传感器和麦克风等 MEMS 器件已经商品化。如今，这个行业正处于过渡阶段，人们都在猜测下一个爆品会是什么。是自动驾驶汽车的传感器？还是生物反馈设备和人机界面？又亦或是用于耳塞和助听器的微型扬声器？可能性很多，但还没有人知道哪种技术会成为真正的十亿美元机遇。

在最近的慕尼黑MEMS和成像传感器峰会上，MEMS设计和开发公司A.M. Fitzgerald & Associates的创始人Alissa Fitzgerald分享了她对推动 MEMS 行业近期增长和机遇的不断发展的架构和材料的见解。

“我相信压电将取代电容式梳状驱动技术，" Fitzgerald 说。“2017-2018年，我们首次看到代工厂能够可靠、稳定地制造这些压电材料，而这正是这些设备实现量产的原因。我们的材料变得非常好，代工厂可以提供，新设计也在不断涌现。”

由于客户对压电微机电系统的需求持续增长，而北美地区获得商用薄膜 PZT 代工厂的机会有限，A.M. Fitzgerald 已与日本代工服务公司 MEMS Infinity 结成联盟。该联盟提供从设计到生产的一体化服务，旨在从第一天起就利用成熟的工艺加速产品上市。

“A.M. Fitzgerald 正在提供设计流程开发，MEMS Infinity 的代工厂可以采用早期（即 TRL 5 或 6）技术并帮助客户使其成熟，我们相信这将加快上市时间，“Fitzgerald 说。“当我们开发 MEMS 器件并将其转让给代工厂时，通常会有一个重新设计期，这是因为我们必须根据代工厂的工具集调整设计。通过集成的 piezoMEMS 开发，我们正在为代工厂的工具集进行设计，因此我们消除了开发过程中涉及的大量时间和金钱。我们认为这是一个非常成功的模式，我们希望在未来几年内将其扩展到电子和软件领域。

来源|A.M. Fitzgerald & Associates

这种转变是由数据传输的效率和相关性需求推动的。现在，系统设计为仅传输关键信息，例如是否超过阈值或是否发生了特定事件。正如 Fitzgerald 所指出的，“你不能再只销售一个 MEMS 芯片——你必须销售整个系统。

Bosch 和 STMicroelectronics 等大型企业已经利用这一趋势，提供将 MEMS 芯片与电子产品和软件集成的完整解决方案。虽然她的公司目前专注于 MEMS 芯片开发，但 Fitzgerald 认为扩展到电子和软件集成是向前迈出的自然一步，并补充说：“集成度越高，您可以获得的价值就越高。

在 3D 异构集成方面，MEMS 和半导体技术的融合正在展开，尤其是在 3D IC 开发方面。Fitzgerald 说：“在许多方面，IC 世界开始采用 MEMS 技术，从 TSV （硅通孔）开始，然后是布线层。

3D 打印技术的发展有望改变 MEMS 制造，尤其是随着金属、电介质和半导体等多种材料的集成。这些进步可以实现直接 MEMS 打印，从而简化小批量应用的生产。目前，由于掩模工作、工艺开发和代工厂设置，创建小批量的 MEMS（例如每年 10,000 个芯片）的成本很高。通过 3D 打印消除光刻技术将大大降低成本、加快原型制作速度并缩短交付时间。虽然距离完全强大的多材料打印机还有 5 到 10 年的时间，但 3D 打印已经被探索为向 MEMS 晶圆添加材料的后端工艺。

“有许多企业每年需要不到 100,000 个芯片，甚至少于 10,000 个芯片，也就是说只要100 个晶圆，甚至 50 个晶圆这样。对于硅代工厂来说，这不是一件好事，但对于像我这样的公司来说，这可能是一个机会。

这种分化源于应用的广泛性--横跨医疗、工业、汽车和消费领域--以及设备的多样性，包括惯性、压力、温度和湿度传感器，以及压电和电容技术。

A.M. Fitzgerald 的客户通常分为两类。大公司向 A.M. Fitzgerald 寻求为特定产品量身定制的 MEMS 解决方案。这通常涉及到工程设计，有时使用成熟技术，以满足精确的规格要求。另一方面，初创公司会带来新兴技术，通常是 TRL 3 或 4 级技术，A.M.Fitzgerald 团队会帮助他们将技术成熟化，以便进行制造。博世和意法半导体专注于消费和汽车市场，而 A.M. Fitzgerald 则主要服务于医疗、科学仪器和特种市场。

根据 Yole Group 的数据，由于消费电子产品放缓和更广泛的经济周期，MEMS 行业在 2023 年面临 3% 的同比下降，至 146 亿美元。当被问及 A.M. Fitzgerald 是否感受到了这次市场收缩的影响时，Fitzgerald 承认了挑战：“是的，我们感受到了。幸运的是，我们的收入没有收缩，但我们看到项目启动速度明显放缓。

Fitzgerald 解释说，许多客户推迟了项目的启动，通常推迟了两到四个月，理由是在经济不确定性的情况下，行政部门决定推迟投资。虽然这些项目中的大多数最终都恢复了，但 2023 年 1 月至 2024 年 6 月期间的特点是频繁的延误和犹豫。Fitzgerald 指出：“当经济形势不明朗时，由于资源被扣留，研发往往首先被暂停。”

据 Yole Group 称，MEMS 行业在 2023 年加工了近 400 万片晶圆，预计到 2029 年的产量将增加到 500 万片晶圆。其中约 60% 的产量来自西方国家（北美和欧洲），19% 来自日本，其余在大中华区和东南亚，包括马来西亚和新加坡。尽管存在回流趋势，但预计中国大陆将在未来几年扩大其制造业份额。

然而，Fitzgerald 评论道：“中国现在对我们来说相当不可见，部分原因是美国的地缘政治地位。与六七年前相比，规则已经发生了重大变化，对于我们这种规模的公司来说，这太复杂了。这是可能的，但现在与中国合作需要大量资源，所以我们只能回避。Fitzgerald 强调了 2016 年至 2017 年中国实验室在硅谷的活跃存在以及上海和北京等城市的美国实验室的转变，并指出此类交流已基本停止。“现在它非常分散，更加孤立，”她总结道。