缺席創(chuàng)新超十年，MEMS亟需一場革命告別表面風光

電子產(chǎn)業(yè)迫切需要新的微機電系統(tǒng)(MEMS)來推動傳感器和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的發(fā)展。根據(jù)業(yè)界分析師表示，如果期望利用物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動下一輪的電子產(chǎn)業(yè)成長，在很大程度上必須依賴MEMS和傳感器技術(shù)，才能使所有的智能對象與現(xiàn)實世界進行互動。但從實現(xiàn)新的MEMS設(shè)計到量產(chǎn)，可能要花很長的時間以及高昂的代價，才能滿足物聯(lián)網(wǎng)市場的期待——除非電子產(chǎn)業(yè)能夠找到加速MEMS開發(fā)之路。

 

采用現(xiàn)有MEMS組件的新應(yīng)用正以12%的年成長率推動MEMS市場進展。然而，Yole Doveloppement執(zhí)行長兼總裁Jean-Christophe Eloy表示，除非業(yè)界能夠找到如何順利將機械組件轉(zhuǎn)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，可能減緩未來的MEMS市場成長。

 

MEMS完全創(chuàng)新產(chǎn)品缺席逾十年

 

透過在更多應(yīng)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式組件創(chuàng)新，持續(xù)刺激傳感器及其所實現(xiàn)的系統(tǒng)邁向強勁成長。去年在MEMS領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)最快速成長的要算是安華高科技(Avago Technologies)和Qorvo(原Triquint)，這是因為LTE的廣泛普及對于多模手機所用的體聲波(BAW)濾波器帶來了很大的需求。同樣地，更多應(yīng)用對于MEMS麥克風和慣性傳感器的強勁需求，有助于推動更多的傳感器供貨商進軍2-3億年營收范圍的行列。

 

“這真的很重要，因為現(xiàn)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(xiàn)有組件類型的新應(yīng)用要維持110億美元業(yè)務(wù)的兩位數(shù)成長，在時間上可能無法長久。“挑戰(zhàn)之一在于最近完全創(chuàng)新的產(chǎn)品還是2003年時樓氏電子(Knowles)開發(fā)的MEMS麥克風。”Eloy表示，“從那以后，都只是在整合度、更好的封裝等方面帶來漸進式創(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?nèi)栽诘却齅EMS開關(guān)、自動對焦和揚聲器等產(chǎn)品完全過渡到大量生產(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)域展開合作的方式了，而且已經(jīng)有了發(fā)展良好的商用基礎(chǔ)架構(gòu)來支持持續(xù)的成長，他表示。“MEMS產(chǎn)業(yè)需要一些變革發(fā)生，以便簡化與加速設(shè)計過程，并盡快投入量產(chǎn)。”

 

 

根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)顯示，2014年全球MEMS營收達111億美元。（來源：Yole Developpement）

 

“隨著到處都需要傳感器來實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)、情境感知，尤其是對于新型生化與生醫(yī)傳感器的新興需求，我認為MEMS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的確才剛剛開始，”硅谷投資業(yè)者Band of Angels SIG委員會主席Kurt Petersen表示。“價格將繼續(xù)下滑，但目前開發(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、超音波手勢辨識以及新的慣性技術(shù)帶來巨大的潛在影響——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(yī)傳感器以外，能量采集器是另一個機會。“能量采集器將會變得日趨重要，因為物聯(lián)網(wǎng)將為其提供一個巨大的市場，”他說。

 

MEMS新平臺推動成長

 

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

 

“過去客戶求助于我們時通常要求采用他們自己的獨特工藝，但現(xiàn)在有越來越多的客戶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代工廠執(zhí)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(tǒng)做法還沒有被完全淘汰，但越來越多的客戶傾向于利用成熟的平臺來開發(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(shè)計和測試支持業(yè)務(wù)。

 

新平臺技術(shù)也來自研發(fā)實驗室。法國原子能署電子暨信息技術(shù)實驗室(CEA-Leti)的目標在于與代工廠合作，將其壓阻式MEMS平臺投入生產(chǎn)以提供給更多客戶。這種技術(shù)在移動的物質(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，然后透過壓縮或拉緊改變電阻來檢測其運動。

 

“這種技術(shù)為緊密地整合多個傳感器提供了替代性方法，可以協(xié)助像系統(tǒng)或CMOS制造商等缺少自有技術(shù)的新公司很快地開發(fā)出產(chǎn)品來。”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(quán)的業(yè)者Tronics迅速地將其六自由度慣性傳感器推向市場了。

 

如今，這些基本技術(shù)的成熟還意味著MEMS市場開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(shè)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有被廣泛接受的標準，也沒有像ITRS路線圖那樣為設(shè)備制造商定義未來需求的手段，Teledyne Dalsa的Jean指出。

 

“目前在MEMS市場所要求的成本和可用的先進CMOS設(shè)備之間存在著巨大的差距。”他認為，“不過，相較于為先進CMOS開發(fā)的工藝，這還需要更簡單且更低成本的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(shè)備與材料供貨商之間展開更加密切的合作，共同開發(fā)出更低成本的方法來推動創(chuàng)新進展。”他表示。