Die MEMS-Branche ist voller Selbstvertrauen und Ehrgeiz.

Die zusammengesetzte Jahreswachstumsrate des MEMS-Marktes in der Großen China-Region beträgt während der Periode von 2024 bis 2030 3,6 %. Bis 2030 wird der Umsatz auf 2 Milliarden US-Dollar steigen, und die Verkaufsmenge wird 6,6 Milliarden Stück erreichen.

Dies ist die neueste Prognose, die das französische Beratungsunternehmen Yole in seinem Bericht gemacht hat.

Im Jahr 2025 erlebt die globale Halbleiterindustrie nach starken zyklischen Schwankungen eine strukturelle Erholung. In dieser Erholung steht ein einst als „Jenseits von Moore“ betrachteter etablierter Bereich – der MEMS-Sensor – am Rande eines neuen explosionsartigen Wachstums.

Bei der 15. Nano Expo in Suzhou, als Hauptteilkonferenz fand die China MEMS Manufacturing Conference statt, bei der mehrere Wissenschaftler und Unternehmensführungen eingeladen wurden, um Berichte zu halten. Gleichzeitig gab es auch eine Ausstellung für Mikro- und Nanomanufaktur und Sensoren. Ein Reporter von „Halbleiterindustrie-Analysen“ besuchte die Nano Expo und interviewte viele nationale und internationale Unternehmen auf dem MEMS-Gebiet und erhielt wichtige erste-Hand-Informationen.

Schauen wir uns nun an, wie die winzigsten MEMS-Sensoren einen riesigen Markt bewegen können.

Hohes Marktwachstum, Lücke zwischen Angebot und Nachfrage

MEMS (Mikroelektromechanische Systeme) sind miniaturisierte Bauteile oder Systeme, die Mikrosensoren, Aktoren, Signalverarbeitung und Steuerungsschaltungen integrieren. Sie folgen nicht dem traditionellen Moore-Gesetz (More Moore), um Rechenleistung zu erzielen, sondern sind ein wichtiger Zweig der „Jenseits von Moore“ (More Than Moore, MtM) Technologie, die darauf abzielt, den Systemwert durch die Integration verschiedener Funktionen zu erweitern.

Im globalen Halbleitergerätemarkt von rund 668 Milliarden US-Dollar im Jahr 2024 machte der von MtM angetriebene Umsatzanteil bis zu 27 % aus, und MEMS ist ein wichtiger Bestandteil davon. Der globale MEMS-Markt erholte sich 2024 robust. Der Gesamtumsatz für das ganze Jahr erreichte 15,4 Milliarden US-Dollar, was einem Anstieg von 5 % im Vergleich zum Vorjahr entspricht, und die Gesamtliefermenge belief sich auf 31 Milliarden Stück.

Unter dieser globalen Tendenz sind die Spannung zwischen Angebot und Nachfrage sowie das Wachstumspotenzial des chinesischen Marktes besonders auffällig. Laut den Daten von Yole erreichte die Jahreswachstumsrate des MEMS-Marktes in der Großen China-Region im Jahr 2024 8,4 %, was deutlich über dem globalen Durchschnitt liegt. Gleichzeitig zeigen die Daten von CCID Consulting, dass das Gesamtvolumen des chinesischen Sensormarktes im Jahr 2024 auf 419,14 Milliarden Yuan geschätzt wird, von denen das Marktvolumen der intelligenten Sensoren auf 164,31 Milliarden Yuan geschätzt wird.

Das MEMS-Herstellungsunternehmen Huaxin Micro-Nano hat angegeben, dass China als die weltweit größte Produktionsbasis für Elektronikprodukte jährlich etwa 2 Millionen Wafer (entspricht 8-Zoll) für MEMS benötigt, während die jährliche Gesamtkapazität in China derzeit noch weniger als 100.000 Wafer beträgt und nur 1/20 der internen Nachfrage decken kann. Derzeit sind es ungefähr drei Arten von MEMS-Produkten in China, die wirklich reif und in der Lage zur Massenproduktion sind: Mikrofone, Filter und Konsumdruck-Sensoren. Gleichzeitig kann China noch keine Massenproduktion von hocheffizienten piezoelektrischen, Inertial-, Mikrospiegel- und Tintenstrahldruckkopf-MEMS-Bauteilen durchführen.

Diese große Lücke zwischen Angebot und Nachfrage wird die Motivation für einheimische Unternehmen, sich auf diesem Gebiet zu engagieren, und deutet auf einen breiten Markt für die Lokalproduktion hin.

Drei Trends für MEMS-Sensoren

Bei der Nano Expo kann man zusammenfassen, dass es derzeit drei Entwicklungstrends für MEMS-Sensoren gibt und dass zwei Arten von Schlüsselgrundtechnologien benötigt werden.

In Bezug auf die Entwicklungstrends werden MEMS-Sensoren immer kleiner. Das Unternehmen Bosch hat in seinem Vortrag klar angegeben, dass die Miniaturisierung die Voraussetzung für innovative Anwendungen wie intelligente Ringe, Mini-Ohrseiten und intelligente Klapphandys ist. Hinter dieser Tendenz stecken Prozessinnovationen. Bosch hat seinen BMA530/580-Beschleunigungssensor vorgestellt, der nur 1,2 x 0,8 x 0,55 mm³ misst und als der weltweit kleinste Beschleunigungssensor für tragbare und hörbare Geräte gilt.

Auf der Messe hat auch das Unternehmen Minghao Technology seinen dva290-Kondensator-Dreiachs-MEMS-Beschleunigungssensor mit ultraniedrigem Stromverbrauch und hoher Leistung vorgestellt. Er hat ein ultra-kleines Gehäuse von 2 x 2 x 0,9 mm³, einen Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis 85 °C und ist nach AEC-Q100 Grade 3 zertifiziert. Er kann für nicht sicherheitsrelevante Automobilanwendungen verwendet werden.

Zweitens ist die Integration von MEMS-Bauteilen ein Trend. Mit der zunehmenden Komplexität der Geräte können Einzelsensoren die Anforderungen nicht mehr erfüllen. Die Integration, d. h. die Kombination mehrerer Sensorfunktionen (z. B. Bewegung, Umwelt, Akustik) in einer kompakten Lösung, ist zur Hauptwahl in der Branche geworden. Bosch betont, dass der Kernwert der integrierten Lösung darin besteht, den Kunden „niedrigere Systemkosten“, „eine kleinere Bauform“ und „einfache Einführung in das Design“ zu bieten. Beispielsweise kann die Integration von Beschleunigungssensor, Gyroskop und Magnetometer in einem einzigen Gehäuse mit neun Freiheitsgraden den internen Raum von tragbaren Geräten erheblich optimieren.

Das Wichtigste ist, dass MEMS-Chips immer intelligenter werden. Wenn die Miniaturisierung und Integration eine Revolution in der physikalischen Form darstellen, dann ist die Intelligenz die „Seelenrevolution“ von MEMS, was die Mehrheit der Hersteller auf der Messe zustimmt.

Yole hat angegeben, dass die Branche sich vom „Edge-Processing“ (On-edge, d. h. MEMS + MCU/DSP) in den 2010er Jahren hin zum „In-Sensor-Processing“ (In-edge, d. h. MEMS + ASIC integriert MCU) im Jahr 2030 bewegt, um komplexere KI-Algorithmen zu realisieren. Bosch hat die konkrete Umsetzung der „Intelligenz“ gezeigt: durch die Fusion von Sensoren auf Chip-Ebene und selbstlernende KI. Seine selbstlernende KI-Software für die Erkennung von zyklischen Bewegungen hat die Fähigkeit, am Sensorende selbst zu lernen und neue Bewegungsweisen automatisch zu erkennen, um eine vollautomatische Aktivitätsverfolgung und individualisierte Rückmeldungen von digitalen Trainern zu ermöglichen.

Auf der Konferenz hat auch das Unternehmen Zengxin Technology angegeben, dass die Intelligenz von MEMS-Sensoren ein großer Trend ist. Neue Anforderungen wie die Integration von Rechenleistung in AI-Szenarien, die multimodale Fusion und die ultra-niedrige Latenz zwingen die Sensoren, sich zu entwickeln. Zengxin Technology hat angegeben, dass die Essenz der Sensorintelligenz die tiefe Fusion von MEMS und ASIC ist. In der traditionellen Mode werden MEMS-Chips und ASIC-Chips normalerweise in verschiedenen Fabriken hergestellt (z. B. MEMS in einer 8-Zoll-Sonderprozessfabrik, ASIC in einer 12-Zoll-Logikfabrik). Diese Trennung führt zu hohen Fehlkosten und geringer Design-Effizienz, da das physikalische Verhalten von MEMS und die elektrischen Eigenschaften von ASIC nur durch wiederholte praktische Tests abgeglichen werden können. Dementsprechend erforscht das Unternehmen derzeit den Weg der „12-Zoll-Ko-Manufaktur“, d. h. die Fähigkeit, sowohl MEMS als auch ASIC auf derselben 12-Zoll-Produktionslinie herzustellen. Durch die Wafer-Level-Bonding kann die Ein-Chip-Integration erreicht werden, um effektiv die Probleme der Latenz, des Stromverbrauchs und der Kosten zu lösen.

Yang Jianhong, der Leiter der Forschung und Entwicklung von ChipMOS Technologies, hat auch in einem Interview angegeben, dass der intelligente MEMS-Chip ASIC- und Memory-Chips stapelt und in der Lage ist, die gesammelten Rohdaten (z. B. Temperatur, Bild, Vibration) vorzubehandeln, z. B. Ausreißer zu filtern, Schlüsselmerkmale zu extrahieren und dann die reduzierten Daten an Kernrechenknoten wie Edge-Gateways und Edge-Server zur weiteren Analyse zu übergeben. Schließlich werden nur das Ergebnis oder wenige Schlüsselmerkmale in die Cloud hochgeladen. Er ist das „Frontend-Hardware“ für Edge-Computing.

Um die oben genannten „Drei-Tendenz“ zu erreichen, stehen zwei Schlüsselgrundtechnologien im Mittelpunkt: Erstens die Piezo-MEMS-Technologie. Auf der Messe kann man sehen, dass die Piezo-MEMS-Technologie, die neue Materialien wie PZT, AIN, ScAIN nutzt, immer beliebter wird. Sie wird nicht nur in etablierten Märkten wie RF-MEMS und Tintenstrahldruckkopf eingesetzt, sondern spielt auch eine wichtige Rolle in aufstrebenden Bereichen wie Mini-Lautsprechern, MEMS-Oszillatoren, Mikrospiegeln und Mikro-Kühlern.

Zweitens ist die Umstellung auf die 12-Zoll-Waferherstellung. Die MEMS-Waferfabriken übergehen langsam auf 12-Zoll-Wafer. Dies ist von großer Bedeutung, da es nicht nur die Kosten senken kann, sondern auch eine einfachere IC-Integration ermöglicht, größere Chipabmessungen (z. B. Mikrospiegel für AR/VR) unterstützt und eine bessere Leistung erzielt. Die Roadmap zeigt, dass nach TSMC auch Unternehmen wie Bosch, Zengxin Technology und Saiwei Electronics geplant haben, auf der 12-Zoll-Produktionslinie zu investieren.

Ausblick auf die Zukunft: Chinesische Hersteller rücken vor

Rückblickend auf die Geschichte wurde das Wachstum von MEMS von Wellen von Anwendungen angetrieben: Früher von der Automobilindustrie (Airbags, ESP), dann von Smartphones (Mikrofone, Bewegungssensoren) und später von tragbaren Geräten und TWS-Ohrseiten. Jetzt ist die neue Welle deutlich sichtbar. Laut den Informationen, die ein Reporter von mehreren Ausstellern erhalten hat, wird auf dem Konsumelektronikmarkt AR/VR/Intelligente Brille als der nächste Wachstumsantrieb für MEMS betrachtet, was die Nachfrage nach Mikrospiegeln, Laserstrahl-Scanning und MEMS-Kühlung besonders anregen wird. Zweitens ist die Elektifizierung und Automatisierung des Automobils der Kernmotor für den starken Anstieg der MEMS-Nachfrage. Die Anwendung von MEMS erstreckt sich von der traditionellen Antriebs- und Fahrwerkssteuerung hin zu Umweltsensoren und Infotainmentsystemen im Fahrgastraum. Drittens treiben Industrie 4.0, generative KI und 5G das kurzfristige Wachstum in der Industrie und in Datencentern an, insbesondere die MEMS-Uhren-Technologie für Server und optische Module.

Schließlich öffnet die Embodied AI einen riesigen Vorstellungsraum für die MEMS-Industrie. Erstens hängt der Roboter auf der MEMS-Technologie an, um eine Miniaturisierung, niedrigen Stromverbrauch und niedrige Kosten für die Umweltwahrnehmung zu erreichen. Dies umfasst die Verwendung von MEMS-Lidar, Ultraschall- oder Kapazitäts-Sensoren für eine hochpräzise Entfernungsmessung, um die autonome Navigation, die Objektmanipulation und die sichere Mensch-Roboter-Interaktion zu unterstützen. Zweitens besteht ein dringender Bedarf an taktiler Wahrnehmung für Roboter, um eine präzise und sichere physische Interaktion zu erreichen. Piezoresistive oder kapazitive taktile MEMS-Sensoren werden als elektronische Haut verwendet und an Fingerspitzen oder beweglichen Händen platziert, um Druck, Textur und Gleitzustand zu erfassen. Darüber hinaus hängt eine höhere Natürlichkeit der Mensch-Roboter-Interaktion von MEMS-Akustik-Sensoren ab, um Sprachbefehle aufzunehmen, die Schallquelle zu lokalisieren und Sprachrückmeldungen zu geben. Höhere Anforderungen umfassen auch MEMS-Geruchs-Sensoren für das Verständnis der chemischen Umwelt.

Der Kernvorteil von MEMS liegt darin, dass es in der Lage ist, auf Millimeter-Skala zu integrieren, was es ermöglicht, Sensoren in beengte Räume wie Roboter-Gelenke und Fingerspitzen einzubauen oder verteilte Sensornetze aufzubauen. Diese Fähigkeit bietet der KI ein reales, kontinuierliches und mehrdimensionales Datenbasis aus der physischen Welt, was der Schlüssel-Hardwaregrundstein ist, um die Lücke zwischen KI und realer Umwelt zu schließen und ein hohes Niveau an autonomer Embodied AI zu erreichen.

Angesichts des riesigen zukünftigen Wachstumsraums auf dem Markt beschleunigen auch chinesische MEMS-Unternehmen in allen Teilen der Wertschöpfungskette ihre Expansion. Im Bereich der Verkapselung und Testung sind die technologischen Barrieren für MEMS-Sensoren höher