什么是三維微電子機械系統（3D MEMS）？

微機電 (MEMS) 技術(shù)在電子產(chǎn)品中的地位愈來(lái)愈重要，不論是在汽車(chē)、工業(yè)、醫療或軍事上需要用到此類(lèi)精密的元器件，在信息、通訊和消費性電子等大眾的市場(chǎng)，也可以看到快速增長(cháng)的MEMS應用。

MEMS本質(zhì)上是一種把微型機械組件(如傳感器、制動(dòng)器等)與電子電路集成在同一顆芯片上的半導體技術(shù)。一般芯片只是利用了硅半導體的電氣特性，而 MEMS 則利用了芯片的電氣和機械兩種特性。

三維微電子機械系統(3D-MEMS)，是將硅加工成三維結構，其封裝和觸點(diǎn)便于安裝和裝配，用這種技術(shù)制作的傳感器具有極好的精度、極小的尺寸和極低的功耗。這種傳感器僅由一小片硅就能制作出來(lái)，并能測量三個(gè)互相垂直方向的加速度。例如為承受強烈震動(dòng)的加速度傳感器和高分辨率的高度計提供合適的機械阻尼。這類(lèi)傳感器的功率消耗非常低，這使它們在電池驅動(dòng)設備中具有不可比擬的優(yōu)越性。

在 MEMS 傳感器芯片內，三軸(X、Y、Z)上的運動(dòng)或傾斜會(huì )引起活動(dòng)硅結構的少量位移，造成活動(dòng)和固定元器件之間的電容發(fā)生變化。在同一封裝上的接口芯片把微小的電容變化轉變成與運動(dòng)成比例的校準模擬電壓。通常的模擬量采樣的方式有兩種：靜電電容式和壓電電阻式。前者在低功耗方面更具優(yōu)勢，消耗電流更低。

MEMS與CMOS制程技術(shù)的整合，已成功帶動(dòng)組件產(chǎn)品在消費電子應用綻放光芒，包括Intel、Samsung、TI、TSMC等半導體領(lǐng)導大廠(chǎng)皆看好CMOS MEMS發(fā)展，而相繼投入相關(guān)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。而CMOS MEMS組件能否進(jìn)一步降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，3D MEMS封裝技術(shù)扮演了關(guān)鍵性的角色。

3D封裝技術(shù)除了可解決技術(shù)發(fā)展瓶頸，在異質(zhì)整合特性下，也可進(jìn)一步整合模擬RF、數字Logic、Memory、Sensor、混合訊號、MEMS等各種組件，且此整合性組件不但可縮短訊號傳輸距離、減少電力損耗，也能大幅增加訊號傳遞速度。此外，由于采取3D立體堆棧方式，故在Form Factor方面，也能在固定單位體積下達到最高的芯片容量。

隨著(zhù)MEMS技術(shù)在消費電子應用的快速崛起，及半導體制造接近極限，透過(guò)TSV技術(shù)整合MEMS與CMOS制程，形成IC的3D化也逐漸受到矚目。由于3D MEMS隱含了異質(zhì)整合特性，具備低成本、小尺寸、多功能、高效能等多重優(yōu)勢，因此可望在未來(lái)掀起另一波技術(shù)應用革命，并為CMOS MEMS的發(fā)展帶來(lái)更大商機。

在看好相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展前景下，業(yè)界已開(kāi)始加速布局CMOS MEMS+3D MEMS Packaging解決方案。由于以TSV方式將Chip堆棧成3D IC的發(fā)展備受看好，也可望帶動(dòng)3D TSV Wafer出貨數的快速成長(cháng)，以組件類(lèi)別來(lái)區分，目前以CIS(CMOS Image Sensor)采用TSV與IC 3D化的速度最快，第二階段預計將由內存(含Flash、SRAM、DRAM)扮演承接角色。3D MEMS可望在2011年興起，并在往后3年穩定邁向商品化。

MEMS產(chǎn)品大多以150mm～200mm的8寸晶圓生產(chǎn)，在未來(lái)6年有望逐步轉進(jìn)300mm的12寸廠(chǎng)生產(chǎn)，以便做最佳化的產(chǎn)能利用。