分析MEMS壓力傳感器的原理設計與應用

MEMS芯片在設計、工藝、生產(chǎn)方面與IC的異同

與傳統IC行業(yè)注重二維靜止的電路設計不同，MEMS以理論力學(xué)為基礎，結合電路知識設計三維動(dòng)態(tài)產(chǎn)品。對于在微米尺度進(jìn)行機械設計會(huì )更多地依靠經(jīng)驗，設計開(kāi)發(fā)工具（Ansys）也與傳統IC（如EDA）不同。MEMS加工除了使用大量傳統的IC工藝，還需要一些特殊工藝，如雙面刻蝕，雙面光刻等。MEMS比較傳統IC，工藝簡(jiǎn)單，光刻步驟少，MEMS生產(chǎn)的一些非標準的特殊工藝，工藝參數需要按照產(chǎn)品的要求來(lái)進(jìn)行調整。由于需要產(chǎn)品設計、工藝設計和生產(chǎn)三方面的密切配合，IDM的模式要優(yōu)于Fabless+Foundry的模式。MEMS對封裝技術(shù)的要求很高。傳統半導體廠(chǎng)商的4〃生產(chǎn)線(xiàn)正面臨淘汰，即使用來(lái)生產(chǎn)LDO，其利潤也非常低，但是，如果生產(chǎn)MEMS，則可獲得較高的利潤。4〃線(xiàn)上的每一個(gè)圓晶片可生產(chǎn)合格的MEMS壓力傳感器Die5-6K個(gè)，每個(gè)出售后，可獲成本7-10倍的毛利（如圖10）。轉產(chǎn)MEMS對廠(chǎng)家的工藝要求改動(dòng)不大，新增輔助設備有限，投資少、效益高。MEMS芯片與IC芯片整合封裝是集成電路技術(shù)發(fā)展的新趨勢，也是傳統IC廠(chǎng)商的新機遇。圖11是MEMS在4〃圓晶片生產(chǎn)線(xiàn)上。

4〃生產(chǎn)MEMS壓力傳感器成本估計

4”圓晶片生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)MEMS壓力傳感器成本估計如表所示，新增固定成本是指為該項目投入的人員成本和新設備的折舊（人員：專(zhuān)家1名+MEMS設計師2名+工程師4名+工藝師5名+技工12名，年成本147萬(wàn)元，新增設備投入650萬(wàn)元，按90%四年折舊計算）；現有4”線(xiàn)成本是指在5次光刻條件下使用4”線(xiàn)的成本（包括人工、化劑、水電、備件等的均攤成本）；硅片材料成本是指雙拋4寸硅片的價(jià)格。

MEMS傳感器是采用微電子和微機械加工技術(shù)制造出來(lái)的新型傳感器。它具有體積小、質(zhì)量輕、成本低、功耗低、可靠性高、技術(shù)附加值高，適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實(shí)現智能化等特點(diǎn)。