傳感網的特殊應用對傳感器提出了微型化、功耗低、價格低、可靠性高、抗干擾性強等要求。傳統傳感器通常有著體積大、功耗高、價格高、可靠性差等缺點,不能滿足傳感網節點的要求,而微電子機械加工(MEMS)技術的發展為傳感器的上述要求提供了解決辦法。如果說半導體產業是利用先進制造技術把人最核心的部分“大腦”進行微型化,那么MEMS產業則是利用微加工這種先進制造工藝將“人”整個系統進行微型化,其中包括人的感覺器官,即傳感器。
近年來,MEMS(微電子機械系統)技術推動著半導體界"超越摩爾定律"的變革,在國內外得到了迅猛的發展。世界經過昨天的真空電子管時代,正跨越現在的固體電子時代進入明天的MEMS時代。MEMS產品將廣泛應用于汽車、工業控制、航天及醫療等領域。2010年全球MEMS市場將突破100億美元。與成熟的半導體產業逐漸降低的毛利率相比,MEMS作為一個新興的產業,因其較高的技術壁壘,一直保持著可觀的利潤率。雖然目前全球MEMS市場規模與半導體產業3,000億美金的市場規模相距甚遠。但是MEMS做為一個全球新興市場,當前所處發展階段相當于半導體產業在70年代剛剛興起的時候,發展潛力巨大。
在上述行業大背景下,中國MEMS產業面臨著眾多優勢及機遇。首先,中國作為一個大國,有著人力資源的優勢:中國有著眾多國家基金支持(如863、973、電子發展基金、核高基等)的研究所及大學,培養了眾多的MEMS專業人才,涉及到了MEMS基礎研究的各個方面(材料、工藝、器件、可靠性、封裝等等),可以滿足基礎研發的需求。其次,中國擁有龐大的在美國及歐洲留學及工作的MEMS人才,如加以利用,可以解決高端研發人才缺乏的問題。
中國MEMS產業更多的機遇則來自于現有的產業環境,如:在市場時機方面:MEMS產業在全球范圍內尚屬新興行業,國內外企業都還處于跑馬圈地的過程中,這為中國MEMS產業迎頭趕上國際先進水平提供了較好的戰略時機;在市場空間方面:傳感網的國家策略為國內MEMS產業的發展提供了巨大的市場機遇;在工業基礎方面:中國的MEMS產業可以在現有的半導體工業基礎改進發展,適當投入一些專有設備,不需要重復建設,既可以解決半導體產業中落后產能問題,為現有相當部分半導體企業開辟新的發展空間,又可以在較短時間內實現MEMS產業的較大發展。就芯片加工而言,大量存在的4、6、8寸硅片代工廠為發展中國的MEMS產業奠定了良好的工業基礎,而美國由于早就將中低端硅片生產向中國轉移,因此并不存在這樣完備的具有梯次的加工體系。這是中國特有的MEMS工業發展優勢。具體而言,與半導體不斷按比例縮小特征尺寸的特點不同,MEMS產品在一定尺寸范圍內,不需要不斷縮小尺寸。這就意味著中國現在所謂的半導體“落后產能”可以在MEMS產業大放異彩。例如4寸硅片代工廠在半導體產業已經毫無競爭力,然而卻很適合MEMS產業中“小批量,多品種”的高附加值的高端產品的開發。6寸硅片代工廠則適合大量的分立MEMS器件的開發,而8寸硅片代工廠則更適合集成MEMS器件的開發。就產品封裝而言,國內現有大批技術相對落后的半導體封裝廠,略加改造后,這些封裝廠就很適合開發MEMS封裝技術。
與半導體產業黃金“摩爾定律”不同,MEMS的黃金定律則為“一類產品線,一種制造工藝”。對半導體而言,做“腦細胞”的工藝是一樣的,因此可以不斷復制,而對MEMS而言,做眼睛的工藝很難來做鼻子,做鼻子的工藝很難來做耳朵。MEMS的目前這種制造工藝非標準化的特點就決定了現在沒有一個公司覆蓋全部市場,形成壟斷地位。這樣就留了足夠的戰略發展空間給中國的MEMS公司。
隨著近幾年MEMS市場的興起,全球最大的幾家半導體代工廠(例如臺機電、聯電)都已開始介入MEMS產業,除此之外,國內一些半導體代工大廠也已開始進入MEMS代工領域,如中芯國際、上海先進半導體等,這為國內MEMS芯片制造提供了很好的生產平臺。
盡管中國的MEMS產業面臨良好的發展機遇,但不容忽視的是,與國外MEMS產業界相比,目前國內MEMS產業的發展存在以下問題:
1、缺乏MEMS產業鏈的支持。國內要發展MEMS產業,則必須要象半導體產業那樣建立從器件模型、模擬工具、制造加工到封裝測試等完整產業鏈的支持。雖然目前國內有發展MEMS產業鏈良好的工業基礎,但是由于代工廠以及封裝廠對新興MEMS產業的陌生,并沒有開展相關MEMS業務。此外,代工廠以及封裝廠也缺乏相關技術來源。上述因素導致中國在MEMS產業鏈方面的建設基本處于空白狀態。
2、缺乏高端研發人員,與歐美發達國家相比,我們的研發水平相對較低,從基礎研究上就處于落后地位;亦缺乏經驗豐富的本土MEMS工程師,導致產業化難度較大。
3、沒有MEMS產業的工業積累,國內一些科研院所普遍仍處于摸索狀態,基本集中于某些不計成本、滿足特定目的、小批量的特種MEMS傳感器制造,如國防應用。
4、國內創業環境較差,對很多MEMS初創公司來說較難募集到資金。
由于存在上述發展障礙,國內外的MEMS技術差距正在不斷增大。目前國內絕大部分MEMS公司的技術能力只能達到壓力傳感器的初級水平,惟有蘇州敏芯微電子技術有限公司(以下簡稱“敏芯”)在技術難度更高的硅麥克風領域取得了突破,技術能力已達到國際先進水平。而與之相對的是,國外公司已經在技術難度相對較高的領域不斷突破,如微投影儀、單芯片相機、微型燃料電池、硅振蕩器等等。
如果不及時對國內的MEMS產業實施扶持,則日后MEMS產業大有可能步半導體產業的后塵,陷入競爭力不強、回報率太低的惡性循環。具體而言,MEMS做為一個新興技術,其研發周期較長且資金投入巨大。中國如果不能及時跟上國外研發步伐,隨著時間推移,即使中國在以后掌握了某些核心技術,但是屆時可能又落入了知識產權的陷阱。類似于高通公司壟斷CDMA市場的案例,在一些大的MEMS市場,國外大公司事實上已經形成了技術以及知識產權的壟斷,如德州儀器公司壟斷了DLP(數字投影儀)市場,惠普等企業壟斷了噴墨打印頭市場等等。
綜上所述,國內的MEMS產業雖然面臨大好的發展機遇,但也存在不容忽視的問題。那么中國該如何發展自己的MEMS產業?在此方面,結合敏芯多年的實戰經驗,建議政府在以下方面進行突破:
首先,站在全局的位置,做好科學的全產業鏈規劃。以敏芯發展中遇到的問題為例,在產品研發初期,初創公司需要有一個良好的研發平臺,而初創公司不可能獨自建立此平臺。敏芯的策略是與中科院納米所進行合作,借用其平臺進行研發。因此一個公共的對全社會開發的研發平臺對發展MEMS產業尤為重要。當敏芯完成產品研發后,卻又面臨產業鏈資源整合問題。敏芯的策略為技術整體轉移至代工廠并委托其代工。從敏芯發展過程中遇到的困難可以看到,MEMS要想順利地實現產業化,則政府應主動打造“MEMS初創公司—公共研發平臺—代工廠—封裝廠”的全產業鏈全局而非分割規劃的模式,讓產業鏈各個環節的企業在早期就通過政府的推動建立起戰略合作的關系。
其次,提供專項資金支持,并提高其利用效率。如前所述,國內發展MEMS產業擁有良好的工業基礎,同時亦面臨千載難逢的市場機遇,而如何打破國外MEMS公司的技術壟斷則是中國MEMS產業能否順利突圍的重點。目前,集成電路行業得到了國家大量資金的支持,如“核高基”等重大專項等,而MEMS傳感器作為傳感網的核心環節,更應當得到國家大力的支持。政府資金支持應改變“體制內流通”以及“少而廣”的模式,在全社會范圍內選擇技術領先的企業予以重點支持。敏芯在產業鏈不成熟時,堅持對MEMS全產業鏈各個環節進行研發,為推動產業鏈整合,主動將研發成果與產業鏈上其他環節的戰略合作伙伴分享,如敏芯將MEMS麥克風工藝研發成果轉移入中芯國際,將封裝工藝轉移入傳統麥克風廠商,協助其進行技術繼產品升級,而所有研發費用皆為自籌。大量的研發費用給敏芯造成了較大的負擔,限制了其它產品線的研發。因此希望政府能對體制外、能帶動MEMS產業技術進步的、具備研發優勢的企業予以重點支持,從而提高專項資金的利用效率。
再次,政府引導與市場運作相結合。在MEMS產業發展初期,短期內利用政府的行政推動力量,鼓勵技術創新,培育重點企業,打造MEMS產業鏈,奠定發展MEMS產業的良好基礎。同時,也應充分利用市場配置資源的作用,讓各優勢企業自由結合,發揮企業的主動性與積極性,奠定MEMS產業長期發展的長效機制。
綜上所述,傳感網是中國未來發展的經濟引擎,發展傳感網將對中國未來國際政治經濟地位產生重大影響。而“感”做為傳感網中的核心環節之一,將催生中國的MEMS產業,在傳感網各個環節中最具發展空間。政府在如何發展MEMS產業方面大有可為。