MEMS全称Micro Electromechanical System，即微机电系统，MEMS产品将具有不一样功能的微传感器、微执行器、微结构、信号处理与控制电路、通讯/接口单元在硅晶圆上制作而成，是微型机械加工工艺与半导体工艺相结合的产品。
由于MEMS拥有小型化、低功耗、集成化、智能化等特点，被大范围的应用于消费电子、汽车、工控、医疗等领域，用于感知运动、声音、温度、压力等，并且MEMS器件在几乎所有市场中都得到慢慢的变多的采用。
MEMS是传感器乃至整个半导体产业重要的技术分支，目前正处于第三次产业浪潮的爆发期，方兴未艾。未来，随着物联网、人工智能、无人驾驶等新兴技术的发展成熟，MEMS新产品、新功能、新应用也将不断涌现，从而带动MEMS行业规模持续增长。
在这个增长过程中，消费市场仍然是MEMS市场中最大的细致划分领域。在这一细分市场中，新兴的可穿戴应用将抵消最近智能手机需求量的下滑，以4%的年复合增长率从76亿美元增长到94亿美元；
汽车产业继续从日益增加的车内无人驾驶功能中获益，并将保持第二大市场的地位。MEMS渗透率在无人驾驶和ADAS功能集成的推动下一直增长，有助于缓冲汽车市场总体上略为平坦或缓慢增长的局面。GNSS定位要使用到MEMS惯性传感器，激光雷达要使用到MEMS微镜，实现车内舒适性要使用到MEMS环境传感器，这些需求将帮助市场达到7%的年复合增长率，截至2028年市场规模可增至41亿美元；
而工业和医疗市场在预测期的年复合增长率至少为5%。工业市场由工业自动化和工业4.0实施推动，工厂中的机器人或AGV等所用的惯性传感器、振荡器和压力传感器将是这一市场的关键。诊断和监测设备的持续小型化以及可穿戴设备的引入将增加MEMS组件在医疗领域中的需求。
预测期内，电信市场预计呈现28%的最高年复合增长率，其中用于开关的光学MEMS和MEMS振荡器在满足数据需求的指数级增长上将扮演逐渐重要的角色。
此外，人工智能、物联网、智慧城市等应用领域智能化趋势明显，随信息时代新兴领域的崛起，MEMS传感器的应用场景范围也将继续扩展，发展的潜在能力巨大。
随着全球对传感器化和数据驱动应用的需求持续增长，Yole回顾了过去20年中，MEMS行业表现出持续的创新，甚至开辟了新的产品视角。多年来，各种市场驱动因素、接连发生的危机和ECO变化塑造了当今价值超过140亿美元的MEMS产业。
1959年，著名物理学家Richard Feynman发表了题为“Theres Plenty of Room at the Bottom”的著名演讲，首次提出微机械的概念。1987年，加州大学伯克利分校的科学家借鉴集成电路(IC)工艺，制作出了直径仅为100μm左右的硅微静电微电机，与人类头发丝的粗细相当，这被认为是MEMS时代到来的标志。
此后，MEMS技术进入快速的提升的时代，各种MEMS产品层出不穷，应用在各种尖端技术领域。
MEMS传感器第一轮商业化浪潮始于20世纪八九十年代，MEMS压力和惯性传感器开始在汽车上的应用。2003年，随着更先进的安全功能开始融入车辆中，汽车成为主要推动力，例如安全气囊中使用的加速计、ESP系统的陀螺仪以及早期采用的用于轮胎压力监测的压力传感器是MEMS的首批汽车应用之一。
如今，受益于汽车行业安全规定及信息化、智能化浪潮，MEMS传感器在汽车领域得到快速的提升。据相关调研数据，目前平均每辆汽车包含10-30个MEMS传感器，而在高档汽车中大约会采用30甚至上百个MEMS传感器。
第二轮的浪潮出现源于PC的兴起，MEMS技术在投影仪和喷墨打印头上大量使用，惠普的MEMS喷墨打印头和德州仪器用于投影应用的DLP在此时创造了巨大的需求，在数量和销售额方面逐渐超过了汽车行业，德州仪器与惠普一起成为早期市场领导者。
之后，智能手机的流行逐步推动这波浪潮的快速发展。2007年，iPhone的问世以及随后智能手机的广泛采用导致了消费领域MEMS需求激增，自动屏幕旋转创造了对加速计的早期需求，而导航辅助、计步和游戏等更先进的功能的引入逐步推动了智能手机对惯性传感器的需求。MEMS麦克风也开始应用于智能手机，并最终成为业内出货量最大的MEMS设备之一。
据Yole Development统计，单部智能手机的MEMS传感器总量将从2014年的12颗上升到2021年的20颗。最重要的包含加速度计、陀螺仪、压力传感器、MEMS麦克风等传感器，以及射频器件。随只能手机的技术创新和手机生产厂商差异化竞争的趋势，传感器数量还将继续增长。
目前，MEMS正由于AIoT的发展，开启第三个发展浪潮。万物互联时代的核心是传感、互连和计算，随着AIoT落地而涌现出的可穿戴设备、智能家居等新兴应用领域也普遍的使用了MEMS 传感器产品。
近年来，智能手表、TWS耳机和VR/AR等可穿戴设备的采用持续不断的增加，也推动了MEMS行业的发展。第二次消费浪潮以及随后对惯性MEMS传感器的需求激增，使意法半导体和博世从TI和HP等早期领导者手中夺取了市场领先地位。
总结来看，MEMS产业高质量发展历程大概可分为三个阶段：1990-2000年的汽车电子化浪潮，点燃了MEMS传感器的需求；2000-2010年的消费电子浪潮，推动MEMS传感器呈现多品类、多功能一体化的发展形态趋势；2010年至今的物联网及人工智能浪潮，带动了MEMS传感器单品放量、软硬协同化发展。
Yole Intelligence的技术与市场分析师Pierre Delbos表示：“随着可穿戴技术日趋成熟，以及慢慢的变多的终端产品进入市场，新涌现的可穿戴设备功能能缓解智能手机购买量下滑带来的影响，尤其是在中国市场。”
例如像无线耳机、智能手表，以及AR/VR头戴设备这样的产品拥有导航辅助、高度测量、空间音频甚至睡眠监测等新功能，OEM厂商正在集成更多MEMS组件进一步提升性能和增强功能性，这导致了MEMS渗透率的提高。
根据IDC数据，预计到2025年物联网总连接数达到102.7亿，物联网需求带动MEMS市场规模不断的提高。物联网产生的MEMS增量市场在110亿元，占市场总量约10%，预计2025年提升到20%。
在上述过程中，中国及全球MEMS产业几十年来风云变幻，新旧企业起起落落，MEMS霸主几经易主，产业并购无数。
从当前全球MEMS公司ToP 30名单来看，博世仍然是全球最大的MEMS企业，并且比2021年强劲增长12%，博通仍然位居第二但增长乏力，而高通则受益于5G 通信对MEMS射频滤波器的需求，获得了21%的快速地增长，成功进入全球前三。意法半导体因为汽车市场MEMS传感器的增长进入ToP4。
中国企业方面，歌尔微电子仍然是全球MEMS产业排名最高的中国企业，今年排名第9，主要受消费电子需求低迷影响导致出货量下降，同样是全球MEMS麦克风巨头的楼氏电子也出现营收下滑的情况。
总共有6家中国MEMS企业进入全球ToP 30，除了歌尔微电子外，还有瑞声科技（排名23），赛微电子全资子公司Silex Microsystems（排名26），台积电（排名27），海康威视（排名29），睿创微纳（排名30）。
MEMS技术在目标市场中已经较为成熟。但随着创新正在发生，OEM希望可以持续优化成本、尺寸和性能，这也将逐步推动MEMS市场和技术需求。
业内人士应该了解，MEMS与生俱来就具有创新的能力，这种创造新兴事物的能力最早始于其极具创新性的设计、创新性的结构、以及创新性的封装技术等。例如，在博世公司首次在专用集成电路ASIC中引入硅通孔技术（TSVs），并在3轴加速器上采用了晶圆级芯片规模封装技术之后，与其竞争对手ST和mCube相比，博世MEMS产品的封装尺寸减小至55%。此项技术突破帮他们减小了硅芯片的尺寸，并因此很好的降低了产品成本。
此类创新竞赛从未停上过。mCube后续又凭借其MC3600系列加速器的创新方案再次反超博世公司，重新居于领跑地位。
如今，MEMS领域的创新仍在继续，这种创新不仅来自新技术，也包括成熟MEMS技术的新应用。
作为一种技术趋势，MEMS传感器和执行器不断致力于缩小尺寸、减少相关成本和提高性能，并正在转向以异构功能集成为关键的系统化。
首先，微型化不可逆，MEMS向NEMS（纳机电系统）演进。与MEMS类似，NEMS是专注纳米尺度领域的微纳系统技术，只不过尺寸更小。而随着终端设备小型化、种类多样化，MEMS向更小尺寸演进是大势所趋。
此外，从前端制造到封装、模块和系统集成，整个MEMS供应链都朝着混合能力的方向发展。
随着MEMS加工工艺的进步，以及CMOS工艺和MEMS工艺的集成，MEMS传感器能在更小面积的芯片上集成更强大的运算与存储能力，更好地满足系统应用对低成本、小体积、高性能的全面要求。
现代传感器作为电子科技类产品的“感知中枢”，通过加入微控制单元和相应信号处理算法，还可承担自动调零、校准和标定等功能，实现终端设备的智能化。
同时，传感器市场也正在呈现多项功能高度集成化和组合化。由于设计空间、成本和功耗预算日益紧缩，在同一衬底上集成多种敏感元器件、制成能够检测多个参量的多功能组合MEMS传感器成为重要解决方案。
多传感器融合技术有助于增加可获得的数据数量，显著提高系统的冗余度和容错性，来保证决策的快速性和正确性。随着设备智能化程度的提升，单个设备中搭载的传感器数量持续不断的增加，多传感器的融合和协同提升了信号识别与收集效果。
综合来看，先进的封装技术，如多芯片模块可以将多个芯片组合封装，特别是3D堆叠封装技术，代表着MEMS产品不断向微型化和高集成化的发展的新趋势迈进，预示着其可在有限的体积内集成更多的组件，实现更复杂更强大的功能。随着MEMS传感器的技术的发展，传感器的体积将不断缩小，这将有利于更多应用领域，如消费电子、汽车行业等领域，更易于整合到不一样产品中。
当前，可听设备和以音频为中心的可穿戴设备对音质和电池使用寿命都有很高的期望。因此，工程师必须利用先进的MEMS技术和创新的电路设计跟上步伐。
例如，英飞凌在Apple Airpods Pro中的MEMS麦克风中采用了密封双膜技术，将其专有的MEMS技术和巧妙的ASIC设计发挥到极致，这种设计可以将功耗降低两倍，将高音频质量和低噪声结合在一个微型麦克风设备中，也实现了超高SNR（信噪比）、极低失真，并能防止水和灰尘滞留在膜和背板之间，以此来实现几乎无噪音音频信号捕获。
据悉，英飞凌MEMS麦克风由最早的单背板技术、双背板设计发展到现在转向密封双膜结构，经历了将近20年。
单背板结构就是一块背极板配合着一层振膜，当振膜受到声压作用时会在背极板上方振动，利用振膜与背极板之间的距离变化关系传递电容信号的变化，这就是MEMS麦克风将空气振动的机械能转换为电能的基本感测原理。单背板架构如下图所示：
由于单背板MEMS麦克风输出的是一个单端信号，为增强MEMS麦克风的抗干扰的能力，降低本底噪音，提高MEMS麦克风的信噪比，2017年，英飞凌成功量产了采用双背板技术差分输出的MEMS麦克风产品，将MEMS麦克风的信噪比提升到了69dB。
为了能够在消费级电子科技类产品中实现录音棚级别的音频使用者真实的体验，同时进一步提升MEMS麦克风产品的可靠性，增强抗污染及防水能力，英飞凌于2021年又成功量产了采用密封双振膜技术的新产品，信噪比逐步提升，同时MEMS麦克风单体就能具备IP57级别的防尘和防水能力。
凭借密封双膜技术带来的高性能和低功耗的优势，此类MEMS产品适用于包括TWS、耳戴式耳机和听力增强产品，同时也能应用于其他空间关键应用，如可穿戴设备、智能手机和物联网设备等。
比如，2015年至2018年，博世在苹果iPhone中的压力传感器从LGA封装转向O形圈防水封装，让苹果提高了耐用性。在此期间，博世将MEMS芯片的尺寸减少了一半以上，从0.8mm²缩小到0.35mm²，遵循了行业小型化的模式。
博世还推出了新的制造技术，新的激光重新密封工艺可显着减少压力变化，从而最大限度地发挥 iPhone 14 Pro 内惯性传感器的性能。虽然该工艺比以前的工艺贵三倍，但它允许将MEMS陀螺仪和加速度计集成到同一芯片上，以此来实现传感器的进一步小型化并更好地控制腔内的线 MEMS器件真空封装结构
MEMS器件真空封装的制造工艺最重要的包含基底加工、薄膜沉积、真空腔室形成和密封结构制备等步骤。该结构是为保护其微观结构免受外部环境影响，如温度、湿度、气体等，能够大大降低器件的气阻，提高它的灵敏度和性能稳定性。
MEMS器件真空封装结构及其制造工艺对于确保器件的性能和稳定能力至关重要。通过精确的基底加工、薄膜沉积、真空腔室形成和密封结构制备等工艺步骤，能轻松实现高质量的真空封装。
另一个有必要注意一下的趋势是从6、英寸8英寸到12英寸MEMS制造的转变。虽然这对MEMS厂商来说需要大量投资，但它可以更好地与12英寸CMOS晶圆集成，并支持最佳设备性能。
当前全球毫无疑问的MEMS传感器王者，博世正在推进位于德国东部城市德累斯顿的12英寸MEMS晶圆产线亿欧元。
此前，计划募集资金使用项目包括“MEMS和功率器件芯片制造及封装测试生存基地技术改造项目”，“二期晶圆制造项目”以及“补充流动资金”。后续调整后，新增“中芯绍兴三期12英寸特色工艺晶圆制造中试线英寸先进智能传感器及特色工艺晶圆制造产线项目——广州增芯一期第一阶段项目正式动工，增芯是12英寸先进智能传感器及特色工艺晶圆制造产线，为MEMS制造生产线上半年通线年年底满产，将建设月加工2万片12英寸的晶圆制造量产线。
近年来，随着MEMS技术的慢慢的提升和应用领域的不断拓展，全球MEMS产业持续呈现出良好的发展态势。
首先，MEMS技术的制造工艺技术要求非常高，包括纳米级别的加工和控制，这增加了生产所带来的成本和制造难度。为了推动MEMS技术的发展，要一直改进制造工艺，提高生产效率和可扩展性。其次，MEMS器件的可靠性和稳定能力同样是需要关注的问题。由于MEMS器件的微小尺寸和复杂结构，容易受到外因和振动等影响，可能会引起性能不稳定或寿命减少。因此，需要加强对MEMS器件的可靠性测试和可持续性设计，确保其在各种应用环境下能够稳定工作。此外，MEMS技术还需要与其他技术领域进行深层次地融合，以实现更广泛的应用。例如，和AI、大数据和云计算等技术结合，能轻松实现MEMS传感器数据的智能分析和应用。通过数据挖掘和机器学习算法，能提取出有价值的信息，并为所有的领域的决策提供支持。
与IC封装类似，MEMS封装在机械支撑、环境保护和电气连接3个方面存在差异性。除此之外，在实际的MEMS封装中，还一定要考虑下面一些因素：首先，封装必须给传感器带来的应力要尽可能小，材料的热膨胀系数（CTE）必须与硅的热膨胀系数相近或稍大，由于材料的不匹配，非常容易造成界面应力，从而使芯片发生破裂或者分层。对于应力传感器，在设计时就一定要考虑封装引起的应力给器件性能的影响，其次，对于一般的MEMS结构和电路封装，散热是必须要给予充分重视的，高温下器件失效的可能性会大幅度提升，而对于热流量计和红外传感器，适当的热隔离会提高传感器的灵敏度。
