剖析硅基MEMS制造技术

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MEMS（微电子机械系统）技术是一种使产品集成化、微型化、智能化的微型机电系统。MEMS是微机电系统（Micro-Electro-MechanicalSystems）的英文缩写。MEMS是美国的叫法，在日本被称为微机械，在欧洲被称为微系统，它是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的，目前MEMS加工技术还被广泛应用于微流控芯片与合成生物学等领域，从而进行生物化学等实验室技术流程的芯片集成化。

MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。MEMS技术正发展成为一个巨大的产业，就象近20年来微电子产业和计算机产业给人类带来的巨大变化一样，MEMS也正在孕育一场深刻的技术变革并对人类社会产生新一轮的影响。目前MEMS市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等。大多数工业观察家预测，未来5年MEMS器件的销售额将呈迅速增长之势，年平均增加率约为18%，因此对对机械电子工程、精密机械及仪器、半导体物理等学科的发展提供了极好的机遇和严峻的挑战。

本文以中美两国在硅基MEMS制造技术领域中的态势作为分析对象，数据分别源自美国商标局和国家知识产权局网站的公开信息。主要包括采集年限内已获授权的美国、已公开的美国申请以及已公开或已授权的中国申请，对于已被受理但尚未被公开的申请不在本文统计之列。

国外技术发展日趋成熟

上世纪80年代，在美国政府的高度重视下MEMS技术研发开始起步。1992年“美国国家关键技术计划”把“微米级和纳米级制造”列为“在经济繁荣和国防安全两方面都至关重要的技术”。

以MEMS术语以及其他半导体制造领域关键词进行检索，结果如图1。硅基MEMS制造技术在美国的总数呈逐年增长态势。就申请数量来看，从2022年开始大幅度增加，从2022年至今发展平稳，表明该技术趋向成熟，相应授权数量稳定在550件以上。

在美国权利人/申请人前10位中有7家美国企业，这也充分表明美国在硅基MEMS制造技术领域占据一定优势。其中，Honeywell拥有的美国多，且该公司的申请趋势还在持续上扬。在授权方面紧随其后的是英特尔公司，韩国三星公司，日本索尼公司、富士通公司分列第三、第九、第十位。而在已公开申请方面第二、三位的是三星公司与高通公司。

总体上，各个发达国家都非常重视硅基MEMS制造技术的研发。美国在硅基MEMS制造领域创新，近十年来成立了不少的MEMS创新公司，成为美国MEMS产业发展的支撑力量；欧洲MEMS产业经过相当长一段时间的累积，形成了一定数量的技术和成果，同时将目标市场锁定为汽车电子领域。

我国起步不晚发展较缓

我国MEMS的研究始于20世纪90年代初，起步并不晚。在“八五”、“九五”期间一直得到了科技部、教育部、中国科学院、国家自然科学基金委和原国防科工委的支持。

但是总体上国内MEMS制造技术与国外存在着较大差距，原因在于MEMS技术与IC技术相比在材料、结构、工艺、功能和信号接口等方面存在诸多差别，往往需要更小的尺寸和较高的精度。

硅基MEMS制造技术在国内的公开数量经历了两次高峰，分别在2022年与2022年，其同比增长都接近50%。前者的公开数量高峰是由于2022年申请数量大幅度增加，具体原因可能是由于2022年国家863计划“微机电系统重大专项”的适时启动所致。

中国权利人/申请人大多选择在国内进行布局，而发达国家的布局和相对的比例与在美国的布局形式没有太大区别。需要特别说明的是，日本权利人/申请人的含金量，不仅已公开的申请全部为发明，且发明获得授权的比例在所有国家中。

在华拥有多MEMS技术相关的权利人/申请人主要为国内科研机构与大专院校。前三的分别为上海交大、清华大学与北京大学。与前述国别分布相对应的是，只有IBM与三星两家国外企业进入前十。

从国内省市中的权人来看，我国在多种微型传感器、微型执行器和若干微系统样机等方面已有一定的基础和技术储备，初步形成了几个MEMS研究力量比较集中的地区。

外企在中国布局未形成

通过硅基MEMS制造技术领域中美两国情况比对分析，可以得出以下结论：

一、美国数量远多于中国，国外技术研发水平大幅。经过对比可知，硅基MEMS制造技术领域美国数量远多于中国。其中，美国授权数量达4411件，公开申请总量达6648件。而该领域已公开中国申请总量为1799件，其中发明为1659件，实用新型为140件。已获得授权的发明数量为704件。

通过量年度分布可看出，近年美国授权以及申请量趋于平稳，表明该领域已从创新活跃阶段逐步变为成熟发展阶段。中国量持续上扬，说明国内在该领域的研发逐步活跃，但赶上国外先进水平尚需时日。

二、集中度较高，国外产业化程度明显高于国内。该领域美国主要集中在美国、日本和韩国的大公司，而国内尚无公司占据一席之地。在美国的权人/申请人前几位的皆为商业化运作较为成功的公司，如Honeywell、英特尔、三星等，而国内权人/申请人前几位的基本都为高校和科研院所，靠前的企业都是国外企业。相较于国内重研究轻产业化的运作模式，国外更重视技术研发后的产业化推广和应用。

三、国外企业在中国的布局尚未形成，中国企业应积极部署有针对性的。通过分析，国外企业在国内申请数量较少，靠前的仅有美国IBM公司和韩国三星公司，整体布局尚未形成。而国内企业在总量上远超国外企业，国内企业应