MEMS国产替代,听敏芯股份李刚聊聊机遇

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3月26日,燕缘科创大讲堂第33期邀请了MEMS芯片第一股敏芯股份董事长兼CEO、北京大学级校友李刚,分享了《MEMS国产替代的春天》。李刚是集成微型硅麦克风post-CMOS集成工艺发明者。曾先后获得电子科技大学微电子专业学士学位、北京大学“微米/纳米加工技术国家重点实验室”MEMS专业硕士和香港科技大学MEMS专业博士学位。从年拿着积攒的奖学金创业开始,李刚致力于做出国产的MEMS传感器十七年,其创立的敏芯微电子累计出货量超10亿颗。面对迎面而来的物联网新时代,传感器将迎来数量在每年万亿只市场,在火热的市场下,蕴藏着怎样的机会和陷阱?创业公司该如何抓住?产业投资如何选择标的?从MEMS产业趋势到技术产品、创业投资,李刚都做了深入的分享。以下是李刚分享内容整理:

大家好,我是敏芯股份的李刚,年到年在北京大学读硕士,当时北京大学MEMS国家重点实验室刚成立,我应该是组里毕业的第二个MEMS硕士。

MEMS与IC对比

MEMS就是微电子机械系统,是半导体产业的一个分支,源于80年代末90年代初的美国。MEMS现在做的产品有传感器和执行器,大部分是做传感器。

现代信息业有几大学科支撑:第一是信息采集,就是传感器行业;第二是信息传输,半导体行业;第三是信息处理,计算机技术;最后一个是信息执行,形成闭环反馈。现在传感器行业比较火,随着5G、物联网、人工智能,信息采集对应的传感器产生很多机会。相比于半导体的其他细分行业,MEMS行业的发展刚刚开始,还有很大的发展空间。MEMS主要还是在智能边缘端承担信息采集的功能,在5G技术普及之前,信息传输的速度和承载量都相对有限,对边缘端的信息采集需求自然也受到限制,有点类似于胎儿时期的人类,神经尚未发育完全,感官器官的发育也同样受限。

如果类比一个人,MEMS于现代信息技术相当于人的五官,半导体行业是人的大脑。人的脑袋是最聪明的,半导体行业按照摩尔定律做了几十年,就是把脑细胞不断缩小,把脑容量不断做大,它是由先进工艺驱动的。对传感器来说,相当于做人的眼睛、耳朵、口、鼻、舌,音频做的是耳朵,加速度、陀螺仪是人的小脑,非制冷红外相当于人的眼睛,还有射频器件相当于脑电波等等。第一台计算机用的是真空电子管,计算能力弱,体积大。进入集成电路时代,按照摩尔定律把脑越做越小,但身体还比较大。今天进入MEMS时代,即微系统时代,不但把脑袋要做小,各种感觉器官和执行器官也要做小,形成一个成比例的微型系统。我们经常说人工智能,脑袋的聪明必须要匹配上足够的信息采集和传输,否则就不是一个完整的智能体。半导体行业是做人的脑细胞,场景单一,制造工艺标准化,因为标准化半导体形成了OEM垂直产业分工模式。MEMS不一样,MEMS的黄金定律是一种产品线,一种制造工艺。例如做耳朵,要自己做一个仿真工具,还要自己开发一套制造工艺,自己封装。它又是个多物理场的测试,有机械到电的变化,产业界没有现成的测试。然后做鼻子跟做耳朵又不一样,MEMS的细分市场会拆分成每一个产品线大概十亿多美金。这种特点就决定了MEMS有点像模拟器件,技术的核心点不仅仅在于芯片的设计端,工艺的可实现性也是极其重要的点。所以这就是敏芯为什么一直坚持全产业链研发的重要原因,只有结合工艺端的技术和资产投入,才能建立起足够高的壁垒,而这个壁垒远比一般的ICDesignHouse要高的多。因为IC的制造工艺标准化程度高,设计公司只能通过设计和产品定义保持1-2年的领先地位,而坚持全产业链研发的MEMS公司,如果采取了Fab-Light的模式,往往能获得长达5-6年甚至更长时间的领先期。另外一个特点,MEMS不像半导体是摩尔定律驱动,买了18纳米的设备,还要追逐45纳米。MEMS其实是技术驱动,是特殊工艺,讲究的是立体工艺,纵向的,这对中国公司来说比较好,只要解决好技术问题就能超越国外竞争对手。MEMS行业大趋势MEMS行业发展历程较短,真正让MEMS行业有巨大发展的是智能手机,下一个节点就是物联网。现在业界一直在提未来传感器的需求量是一年1万亿只,当然是各种传感器,现在看这是可能的。所以MEMS行业还是一个好行业。首先,这个行业在世界范围内每年保持两位数的增长。第二还有很多创新机会。MEMS只是一个精细加工的手段,我认为它跟车床、数控机床是一样的,是个极端制造技术,可以用这个极端制造技术去颠覆各个产品。我们做了麦克风,现在又在做小型的speaker,还有一些流体的东西。你现在看到所谓的宏观只要到了微观这个尺度,都可以用MEMS技术来做。所以我觉得存在很多颠覆的机会。第三个机会就是中国人最擅长的,产业链转移的机会。MEMS最早是用在汽车上的压力传感器,后来用在血压计。年我们的麦克风开始出货,后来是频滤波器、加速度传感器、陀螺仪、湿度传感器、光学传感器、射频天线,越来越多,以智能手机为代表的消费电子产品引领了MEMS传感器的大规模商业化应用。。而且如果大家对MEMS技术有研究的话,能发现MEMS行业从芯片端进行划分的话,相对集中度还是蛮高的,前7种MEMS芯片就已经占到整个市场规模的90%以上,而且这7种MEMS芯片的占比和排名一直在变化中,例如说最早是压力传感器是绝对的老大,很快被惯性超过了,最近又被射频MEMS给超过了,体现出整个MEMS行业仍然处于发展初期,新的应用层出不穷,整个行业充满活力,因此有很多变化的可能性。最近无人驾驶lidar,去年疫情的热电堆,这些都是一些新的MEMS传感器应用MEMS全球市场总量年还非常少,大概10万级别,年到了百万级别,年就到了千万级别,年一下子到了10亿级别,未来是万亿级别,需求量越来越多。MEMS全球产品指标趋势是小型化、智能化,更便宜,性能更好。技术上的热点趋势有深硅刻蚀、SIP封装、晶圆级芯片尺寸封装,晶圆级的测试技术也是将来新的技术,还有材料方面的创新异质集成。MEMS本土产业链的趋势是技术变革驱动产业链整合。MEMS产业在国内已经有了一定的规模,能赚钱了,产业链上各家也都愿意参与,晶圆厂愿意配合,专业封测厂也愿意配合,还有政府投入了多个公共平台,在前期做一些孵化,例如苏州的纳米所和纳米城。MEMS的新机遇MEMS在国内还是有机遇的。第一,它的产业特点不是极端的先进工艺驱动,比较适合中国人,中国人制造比较强;第二,政策上国内鼓励高科技,科创板给高科技比较高的PE,还有物联网、中国智能制造这些战略;第三,在国内还是比较好融资,投资环境比较好;第四,国内渠道优势明显,国内的渠道是多层次的,从低端到高端都有,这个对初创公司非常重要;第五,成本规模优势,目前中国的MEMS行业,在很多方面有技术优势,至少我们从事的几个产品线,技术还是很不错的。在国内做MEMS有几个成功要素:第一,不能老强调技术,得有产业链概念,独木难成林,产业链的建立需要耐心和信心;第二,要有技术意识,要掌握自己的核心技术,不能老去做拿来主义,虽然我们规范出货量是全球第四,但其实我们的芯片出货量是全球第三,前面只有英飞凌、楼氏。很多国内的企业,就买芯片,自己做封装,利用生产优势和渠道优势卖卖,这个我认为不是很长久;第三,要有市场意识,不能只做一条产品线,我们一直觉得MEMS一定要做的多,它是一个产业机会,不是一个产品机会。单一产品随着外部的波动很有可能就变成一代拳王,后面优势就不大了。还有很多失败的陷阱。第一,不能完全的依赖外部产业链;第二不能没有技术意识,只


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