世界微机电系统市场与技术概况

武夷山

（发表于《环球科技经济瞭望》1996年7期）

 一、 微机电系统市场

   1994年 ， 全 球 微 机 电 系 统 （以 下 称 为MEMS） 市场 额接 近10 亿 美元 ， 估 计到 2000年 时可增至120-140亿 美元 。 目前 ，MEMS 市场 的主导产品是传感器 。 今后 ， 除传感器外 ， 致 动 器也将会有很大 发 展 。

现在 ， 汽 车工业 是 微 型 传 感 器 发展 的 主 要 驱动力 。 例如 ， 美 国 1994年 的车型 ， 平均 每辆 车 有 14个传感 器 ， 其 中约1/4 属 于 微 型 传感 器 。 又如 ， 美国三 大 汽 车公 司 制造 的 车辆 都 装 有 一 种微型进气压 力传感器 。 也就是说 ， 这 种传感 器 的年需求量在 2000万 只 以 上 。 最 近 几年 ， 汽 车 气袋所用的 加速 度 计 的市场相 当好 。 1994年 ， 美国出厂的汽车 上共安 装 了500 万个 微型加速度计 。

与此 同时 ， 生物 医学 传感器 ， 尤其是 一次性 血压传感器 和血液化学 传感器 的发 展 势头 不亚于汽车用传感器 。 1994年 ， 一 次性血 压 传感器 的产量为1700 万 只 ， 市场销售 额近 2亿 美元 。

今后 ， 传感 器 市场 仍将继续扩大 ， 尤其是具 有综合信号 处 理 、 自校 准 和 自测 试 功 能 的传感 器（ 如压 力 传 感 器 、 加速度 计 、 陀螺仪 和 化 学 传 感器） 的发展 会 更快些 。 不过 ， 增 长 势头 更猛 的 将会是致动型微机 电系统 ， 如 用于 显示 器 、 扫 描 器和光纤开 关 的 微 机 电系统 ， 用 于 燃 料注 入 系 统 、 喷墨打 印机 头 和 流 量 调 节 器 的一体 化 流 体 系统 ， 以及 用 于 磁 记 录 和 非磁 记录 的 巨量 存储 器件 。 据估计 ， 单单 由打 印设备 和 电信设备这 二 者所驱 动 的 非 传 感 器 型 微 机 电系 统 的 市 场 规模 ，到 2000年 时 即可达 到 目前 传感器 市场的水 平 。

二、微机电系统的产业结构

到 目前 为 止 ， 没 有 什么 专 业 化 生 产 微 机 电 器 件 和 系 统 的 厂 家 ， 微 机 电器 件 和 系 统是 由传 感 器 、 控制 系统 、 电子 元件、 计算机外围设备 、 汽车及 航空航天 电子 器 件 、 分析仪 器 、 生物 医学 产 品和 办公室设 备的制 造商 来生产 的 。 世界 上 主 要 的MEMS 厂 家 包括： 霍 尼 韦 尔公 司 、 摩 托 罗 拉公司 、 惠普公司 、 模 拟 器件公 司 、 西 门子公 司 、 日立 公 司 、Vaisana 、 得克萨斯 仪 器 公 司 、Lucas NovaSensor 、EG & G-IC Sensors、Nippon Denso、施 乐 公 司 、Delco 、 洛克威 尔公 司 等 。 美 国 约 有80 家公 司从 事MEMS 生产 ， 其 中60 家是年 销 售 额 不 足1000 万 美 元 的 小 企 业 ， 其余20 家 是 大 企 业 。 全 世界 共 有200 多 家 公 司 从 事MEMS 生 产 ， 除 美国 的 80家 外，日本 有约75 家 ， 德 国 约35 家 ， 英 国 、 法 国 、 瑞 士 、 瑞 典 、 荷兰 、 西 班牙 和韩国各有 少数几家 。

目前全 球 约3 亿 美 元 的 压 力 传 感 器 市 场 中 ， 美国 占有近45% 的份 额 。 1994年全 世界 的 加速 度 计产量 约 为 500万 只 ， 美 国 占将近 一半 。 美 国 这 两 种 产 品 的 技 术 水 平 和 制造 能 力 都 很 强 。 事 实上 ， 美 国 已 开始 向欧 洲 和 日本 的汽 车 传 感器 市场渗透 。

在 微 型 生 物 医学 传感 器 和 仪 器 方 面 ， 尤 其 是血液化学 传感器 和 输药 系统 ， 欧洲的研究 、 开 发 及制造水平领 先于 美 国和 日本 。 日本在 现 阶 段 除 传感 器 外 ， 基 本 未 生 产 其 他 种类 的微 机 电 系统 。 但是 ， 日本所有 大型 电子公 司 的 中央 实验 室都在 加强微 机 电系统 的研 究与开 发 。 而 且 ， 一 些 重工 业公 司（ 如 三菱重工） 也开 始 向微机 电系 统 投 资 ， 因为 它们都准备 分 出一 部 分 力量 搞 重工 产 品 以 外 的 高 技 术 产 品 ， 它 们认 为微 机 电系 统是个很 好的选 择 。

至 于 面 向微 机 电系统 的制 造 设 备 的生 产 ， 目前是欧 洲半导体设 备 制 造商 最 强 。 美 国微机 电系统制造 商一般从法 国和 英 国进 口 高级 蚀 刻 设 备 ， 从德 国进 口 微 型焊接设备 。 由于微机 电系 统 的光 刻工 艺 要 求类 似 于 微 电子 工 艺 ， 而 日本 的光刻 设备 较 先 进 ， 美 国也 从 日本进 口 光 刻 设 备 。 但 需要强调 的是 ， 在 半导体制造设备 的多数 类 别 ， 美国仍 是世界 领 先 的 ， 而 半导体 制造设 备 是微机 电系统制 造 的基础 。

尽管微 电子 工 艺对 于 微机 电系统制造 十分 重 要 ， 但 微 机 电系统 和 微 电子 制 造 工 艺 的要 求 毕竟有所 不 同 。 一般而 言 ， 几种工 艺就 能 满足 大 多 数 微 电子 制 造 的 需 求 ， 而 微 机 电系 统 的 “ 口 味 ” 则 挑剔 得 多 。 例 如 ， 采 用微 电子 工 艺做 出的 薄膜结构 ， 用 于惯性 测量 器件 没有 问题 ， 因为惯 性 测 量 器 件受 力 很 小 ， 但 这 种薄 膜 用 于 微 型 流 量 阀和 流量调 节器就 不行 。 采 用薄膜 蚀刻和 焊 接技 术做成 的薄膜 能适 应 流 量 阀和 流量调 节 器 的受 力和 运 动状 况 ， 但这 种 薄膜功耗太大 ， 不适 用 于 校 准 器 和 显 示 器 。 可 见 ， 与微 电子 技术 相 比 ， 微 机 电系 统 需 要 更 加 多 种 多 样 的器 件设 计 和 更加 多 种 多样 的制 造 工 艺 。 一般来说 ， 只有 面 向大 市场 的大公 司才会 去花 力 量 开 发微机 电系 统所要 求 的 多种 多样 的制造工 艺 。 也 许正 因 为 如此 ， 在 欧洲 和 日本 ， 微机 电系统 生产 厂家几 乎 都是大企 业 。 这 一点 与美 国的情况形 成鲜明的对比。

三 、 各国对微机电系统的投资

1995年 财 政 年 度 ， 美 国联邦政府 对 微 机 电 系统 的R & D 投资估计 为3500 万 美元 。 国家 科 学 基 金 会 从 1988年 起 开 始 资助 微 机 电系 统 的 基 础研究， 每年 投 入200-300万 美元 。 国 防部 从 1992年 起 拨 款 支 持 微 机 电 系 统 研究 ， 年 的支持额近3000万 美元 。 除这两个 机构 外 ， 另 有 一 些 政 府 机 构 和 若 干 国 家 实 验 室 也 对 MEMS研究有 少 量 经费支持 。 联邦政府 的经 费 中 ， 约 10%用 于 微 机 电系 统 设 计 和 开 发 ， 不 到10% 用于 支撑性 技术 ， 如 电子 设 计辅 助 工 具 、 共 用 制 造 服务 、 制 造 设备 、 封 装 界 面 技 术 、 测 试 评价 工 具等 。

日本 政 府 1995年 对 微 机 电系 统R & D 的 资 助 约3000万 美 元 ， 这 笔 费 用 从通 产 省 1991年开 始 的 “ 微机械计划 ” 预 算 中拨 出 。 参 与这个 计 划 的有近 40家 日本 公 司 ， 包括 欧林巴斯公 司 和 松 下 公 司 ， 还 有 澳大 利 亚 一 所 大 学 和 一 家 美 国公 司 。

欧 洲 各 国政 府1995 年对 微机 电系 统 科研 活 动 的支持额 总共 约4000 万 美元 。 德 国政 府从1990年 起 支 持 微 机 电系 统 研究 ， 瑞 士 政 府 对MEMS 科研 的 支 持 开 始 于 1992年 。 法 国 从1995 年 起 对 政 府 各部 门 的 微 机 电系 统 科研 活 动 进 行 协 调 管 理 ， 估 计 法 国 政 府 1996年 对MEMS 科研 活 动 的 资 助 额 将 达 1000万 美 元 。 从1993 年起 ， 欧 盟 成 立 了一个 协调 机构 来 指 导 其 成 员国 的 微 机 电 系 统R & D活 动 ， 减 少 重 复 研 究 。 它 的协调 工 作取 得 了一 定成 功 。 与此 同 时 ， 各 国的微机 电系统研 究仍 在 独立进 行 。

1995年 ， 美国工 业 界 对 微 机 电 系 统 的 研 究 、 开发与制造 的 投 资额估计为1.2 亿美元 ， 世 界 其 他 国 家 的 相 应 投 资 总 额 估 计 为2.5 亿 美 元。