缺席創(chuàng )新超十年，MEMS亟需一場(chǎng)革命告別表面風(fēng)光

電子產(chǎn)業(yè)迫切需要新的微機電系統(MEMS)來(lái)推動(dòng)傳感器和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的發(fā)展。根據業(yè)界分析師表示，如果期望利用物聯(lián)網(wǎng)驅動(dòng)下一輪的電子產(chǎn)業(yè)成長(cháng)，在很大程度上必須依賴(lài)MEMS和傳感器技術(shù)，才能使所有的智能對象與現實(shí)世界進(jìn)行互動(dòng)。但從實(shí)現新的MEMS設計到量產(chǎn)，可能要花很長(cháng)的時(shí)間以及高昂的代價(jià)，才能滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的期待——除非電子產(chǎn)業(yè)能夠找到加速MEMS開(kāi)發(fā)之路。

 

采用現有MEMS組件的新應用正以12%的年成長(cháng)率推動(dòng)MEMS市場(chǎng)進(jìn)展。然而，Yole Doveloppement執行長(cháng)兼總裁Jean-Christophe Eloy表示，除非業(yè)界能夠找到如何順利將機械組件轉換為硅晶的方法，否則要加速突破性新產(chǎn)品量產(chǎn)的困難度，可能減緩未來(lái)的MEMS市場(chǎng)成長(cháng)。

 

MEMS完全創(chuàng )新產(chǎn)品缺席逾十年

 

透過(guò)在更多應用中更廣泛地采納成熟的MEMS組件，可望讓這種更小體積、更高性能且更低成本的漸進(jìn)式組件創(chuàng )新，持續刺激傳感器及其所實(shí)現的系統邁向強勁成長(cháng)。去年在MEMS領(lǐng)域實(shí)現最快速成長(cháng)的要算是安華高科技(Avago Technologies)和Qorvo(原Triquint)，這是因為L(cháng)TE的廣泛普及對于多模手機所用的體聲波(BAW)濾波器帶來(lái)了很大的需求。同樣地，更多應用對于MEMS麥克風(fēng)和慣性傳感器的強勁需求，有助于推動(dòng)更多的傳感器供貨商進(jìn)軍2-3億年營(yíng)收范圍的行列。

 

“這真的很重要，因為現在有多家公司都有潛力發(fā)展成為10億美元的公司”Eloy指出。

 

然而，僅采用現有組件類(lèi)型的新應用要維持110億美元業(yè)務(wù)的兩位數成長(cháng)，在時(shí)間上可能無(wú)法長(cháng)久。“挑戰之一在于最近完全創(chuàng )新的產(chǎn)品還是2003年時(shí)樓氏電子(Knowles)開(kāi)發(fā)的MEMS麥克風(fēng)。”Eloy表示，“從那以后，都只是在整合度、更好的封裝等方面帶來(lái)漸進(jìn)式創(chuàng )新。雖然這些也是非常重要的創(chuàng )新，但不是突破性的新產(chǎn)品。我們仍在等待MEMS開(kāi)關(guān)、自動(dòng)對焦和揚聲器等產(chǎn)品完全過(guò)渡到大量生產(chǎn)階段。”

 

半導體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)找到可在競爭前的研究領(lǐng)域展開(kāi)合作的方式了，而且已經(jīng)有了發(fā)展良好的商用基礎架構來(lái)支持持續的成長(cháng)，他表示。“MEMS產(chǎn)業(yè)需要一些變革發(fā)生，以便簡(jiǎn)化與加速設計過(guò)程，并盡快投入量產(chǎn)。”

 

 

根據Yole的數據顯示，2014年全球MEMS營(yíng)收達111億美元。（來(lái)源：Yole Developpement）

 

“隨著(zhù)到處都需要傳感器來(lái)實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)、情境感知，尤其是對于新型生化與生醫傳感器的新興需求，我認為MEMS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的確才剛剛開(kāi)始，”硅谷投資業(yè)者Band of Angels SIG委員會(huì )主席Kurt Petersen表示。“價(jià)格將繼續下滑，但目前開(kāi)發(fā)中的新型感測機制將大幅提高精度，”對于發(fā)展中的壓電麥克風(fēng)、超音波手勢辨識以及新的慣性技術(shù)帶來(lái)巨大的潛在影響——以更高10倍的精確度大幅改善導航信息。

 

 

 

除了更好的生化和生醫傳感器以外，能量采集器是另一個(gè)機會(huì )。“能量采集器將會(huì )變得日趨重要，因為物聯(lián)網(wǎng)將為其提供一個(gè)巨大的市場(chǎng)，”他說(shuō)。

 

MEMS新平臺推動(dòng)成長(cháng)

 

為了能以市場(chǎng)要求的最快上市時(shí)間與低成本，將這些新式的MEMS組件投入量產(chǎn)，推動(dòng)半導體業(yè)開(kāi)發(fā)出一些新的方法。

 

“過(guò)去客戶(hù)求助于我們時(shí)通常要求采用他們自己的獨特工藝，但現在有越來(lái)越多的客戶(hù)要求我們盡可能使用標準平臺，只需少量修改即可，”Teledyne Dalsa公司MEMS代工廠(chǎng)執行副總裁兼總經(jīng)理Claude Jean表示。“一款產(chǎn)品采用一種工藝的傳統做法還沒(méi)有被完全淘汰，但越來(lái)越多的客戶(hù)傾向于利用成熟的平臺來(lái)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，”他補充道。

 

Dalsa公司正為慣性傳感器、微測輻射熱計、光學(xué)MEMS和壓電組件提供更廣泛的不同平臺，并盡可能地擴展自家的設計和測試支持業(yè)務(wù)。

 

新平臺技術(shù)也來(lái)自研發(fā)實(shí)驗室。法國原子能署電子暨信息技術(shù)實(shí)驗室(CEA-Leti)的目標在于與代工廠(chǎng)合作，將其壓阻式MEMS平臺投入生產(chǎn)以提供給更多客戶(hù)。這種技術(shù)在移動(dòng)的物質(zhì)利用>10?m的厚層，而將<500nm的超薄層用于邊緣的壓阻式組件，然后透過(guò)壓縮或拉緊改變電阻來(lái)檢測其運動(dòng)。

 

“這種技術(shù)為緊密地整合多個(gè)傳感器提供了替代性方法，可以協(xié)助像系統或CMOS制造商等缺少自有技術(shù)的新公司很快地開(kāi)發(fā)出產(chǎn)品來(lái)。”CEA-Leti北美策略合作伙伴副總裁Hughes Metras并指出，CEA-Leti已經(jīng)與首家取得授權的業(yè)者Tronics迅速地將其六自由度慣性傳感器推向市場(chǎng)了。

 

如今，這些基本技術(shù)的成熟還意味著(zhù)MEMS市場(chǎng)開(kāi)始從一些基于共同利益的合作中尋找優(yōu)勢，特別是在一些設備要求或測試操作等方面。目前在測量慣性傳感器性能方面還沒(méi)有被廣泛接受的標準，也沒(méi)有像ITRS路線(xiàn)圖那樣為設備制造商定義未來(lái)需求的手段，Teledyne Dalsa的Jean指出。

 

“目前在MEMS市場(chǎng)所要求的成本和可用的先進(jìn)CMOS設備之間存在著(zhù)巨大的差距。”他認為，“不過(guò)，相較于為先進(jìn)CMOS開(kāi)發(fā)的工藝，這還需要更簡(jiǎn)單且更低成本的TSV工藝等技術(shù)支持。”

 

Teledyne Dalsa目前正與Alchimer合作開(kāi)發(fā)低成本的濕式銅工藝后鉆孔(Via-Last) MEMS TSV途徑。Teledyne DALSA的Via-Last技術(shù)采用銅鉆孔，并利用Alchimer的低溫電化學(xué)工藝，形成具有5微米直徑x100微米深完美填充的穿孔，并利用銅再分布層和鎳/金UBM連接到外部。但該工藝目前僅適用200mm晶圓，因此，“我們需要MEMS制造商和設備與材料供貨商之間展開(kāi)更加密切的合作，共同開(kāi)發(fā)出更低成本的方法來(lái)推動(dòng)創(chuàng )新進(jìn)展。”他表示。