MEMS技術(shù)的發(fā)展歷史

商業(yè)模式

Bourne表示：'MEMS產(chǎn)業(yè)呈波浪式發(fā)展，我們看到已涌現出壓力傳感器、加速計和鏡光學(xué)器件，下一波將是RF、微型繼電器和開(kāi)關(guān)。它們需求量很大，但是價(jià)格壓力也很大。'

她認為硅片擴音器也是一個(gè)新興領(lǐng)域。在這類(lèi)器件中，傳統擴音器振動(dòng)膜由一個(gè)薄硅片膜制成。已經(jīng)有公司如Akustica和丹麥的SonionMEMS A/S正在進(jìn)行這方面的開(kāi)發(fā)，Akustica同時(shí)也在研究硅發(fā)聲裝置的可能性。雖然尺寸小會(huì )限制輸0出功率，但這類(lèi)元件能很好適用于助聽(tīng)應用領(lǐng)域。例如把255只這種硅揚聲器放到一個(gè)裸片上不僅能提高揚聲器的響度，而且還可以對這種微型揚聲器進(jìn)行8位數字選址。同樣，多個(gè)擴音器和擴音器陣列配置也能開(kāi)發(fā)出新的應用領(lǐng)域，這種有方向的擴音器可以沿著(zhù)一個(gè)空間排列，如汽車(chē)或家庭內部，這樣捕捉到的聲音還帶有位置信息。

Bourne表示：'我們所見(jiàn)到的是MEMS領(lǐng)域劃分得非常清晰。'的確，新興公司和老牌芯片及整機公司都在運輸、醫療、電信和消費類(lèi)電子等領(lǐng)域競爭，新興公司只專(zhuān)注于其中一個(gè)應用部分。至于微電子方面，MEMS正成為一種可以服務(wù)于多個(gè)垂直市場(chǎng)的水平技術(shù)。

她還指出：'傳統半導體制造商表現出很大的興趣，但是這或許只是對其領(lǐng)域所出現問(wèn)題的'膝跳反應'。畢竟工藝技術(shù)完全不同。'

但真的不同嗎?TIMA及其他一些機構指出，如果能使用標準工藝，即使是改進(jìn)的最基本IC工藝也有很多優(yōu)點(diǎn)，因此硅片MEMS、MOEMS(微光機電系統)和常規IC制造之間的區別只是程度不同。

情況確實(shí)就是這樣，進(jìn)軍MEMS對小的芯片制造商來(lái)講更具吸引力，因為他們正受到上游集成器件制造商(IDM)和臺灣地區代工廠(chǎng)的沖擊。由于這些小芯片公司無(wú)法承擔深亞微米工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)和設立新工廠(chǎng)，他們必須找到市場(chǎng)切入點(diǎn)或完全放棄制造。

值得注意的是飛兆半導體和奧地利微系統公司已把MEMS加入到其能生產(chǎn)的器件范圍，位于加利福尼亞的Xicor 6英寸晶圓廠(chǎng)被Standard MEMS公司收購而轉向生產(chǎn)MEMS，而卓聯(lián)半導體把在英國普里茅斯的晶圓廠(chǎng)賣(mài)給了德國X-Fab Foundries公司，后者自稱(chēng)是一家混合信號和MEMS器件代工廠(chǎng)。

但是還應看到迄今為止所出售的絕大多數MEMS都是由主要的半導體公司如摩托羅拉、模擬器件和TI所生產(chǎn)的，意法半導體也正在擴大在該領(lǐng)域的研究。

對于能負擔深亞微米CMOS工藝技術(shù)研究的大型芯片制造商來(lái)說(shuō)，MEMS的吸引力在于能使舊的工藝技術(shù)和經(jīng)多年制造已攤銷(xiāo)完了的晶圓廠(chǎng)產(chǎn)生更多利潤。換言之，微電子領(lǐng)域快淘汰的工藝在硅片MEMS制造中可以成為領(lǐng)先技術(shù)。

Bourne對此表示贊同，她說(shuō)：'是的，很多常規IC工廠(chǎng)說(shuō)他們能夠做。但這也并不容易，需要非常專(zhuān)業(yè)同時(shí)又很緊缺的技術(shù)，這些技術(shù)主要都在大學(xué)和新興公司里。'

她補充道，代工貿易模式的發(fā)展幫助了無(wú)晶圓廠(chǎng)元器件開(kāi)發(fā)商，促進(jìn)了專(zhuān)用MEMS代工廠(chǎng)的發(fā)展，如Standard MEMS、Intellisense和Cronos等公司。此外'50%的新興公司擁有自己的工廠(chǎng)設備，但還需要有了解工藝技術(shù)的人才。'由此也突出了對培訓的需求。

意法半導體公司MEMS事業(yè)部經(jīng)理Benedetto Vigna介紹說(shuō)：'意法對MEMS的研究是戰略性的,主要原因是我們要通過(guò)開(kāi)發(fā)硅的不同特性來(lái)應對新的市場(chǎng)。因為MEMS可以用1微米工藝制造，這就是說(shuō)我們能利用現有的生產(chǎn)設施。'

該公司一直是惠普公司熱式噴墨打印頭的供應商，此外它開(kāi)發(fā)了系列慣性傳感器，包括角度和線(xiàn)性加速計，并為安捷倫開(kāi)發(fā)了熱式光開(kāi)關(guān)。意法半導體在表明硅片MEMS市場(chǎng)開(kāi)發(fā)方向的同時(shí)，還與一家有雄厚財力支持的加州新興公司Onix Microsystems進(jìn)行合作。2001年7月兩家公司同意共同開(kāi)發(fā)制造帶有MEMS和ASIC的芯片組，用于Onix公司的光開(kāi)關(guān)引擎，意法的批量產(chǎn)能將滿(mǎn)足Onix對芯片組的需求。

Vigna表示：'射頻MEMS的優(yōu)先級沒(méi)那么高，所以我們沒(méi)有進(jìn)行商業(yè)開(kāi)發(fā)，雖然我們感興趣的重要領(lǐng)域之一是用機械開(kāi)關(guān)取代砷化鎵固態(tài)開(kāi)關(guān)。'

按照Vigna的說(shuō)法，業(yè)界演示的產(chǎn)品還存在可靠性問(wèn)題。'如果是在手機中應用，你需要很低的啟動(dòng)電壓，希望是5V以下，雖然手機制造商可能允許12～15V，如果他們再需要40V用于有機發(fā)光顯示器，我們可能就不用那么低的電壓。'

有一些新興公司如MicroLab聲稱(chēng)已為市場(chǎng)準備好了RF開(kāi)關(guān)，但這些器件是分立的還是與SoC集成在一起尚有待觀(guān)察。

等待標準

Vigna說(shuō)：'我還是沒(méi)有看到像CMOS那樣的通用MEMS工藝出現，所以現在還存在各種工藝，但將來(lái)會(huì )走向統一，包括在EDA、設計、測試等各方面。標準一旦出現就能促使出現一些簡(jiǎn)化工藝，我們如果能固定到2～3個(gè)工藝平臺上，將可以縮短MEMS進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間，因為通過(guò)經(jīng)驗積累它們將變得更可靠。我相信最成功的方法是在封裝級集成CMOS和MEMS模塊，你可以銷(xiāo)售帶凸點(diǎn)的MEMS裸片以便進(jìn)行倒裝焊集成。'

他介紹說(shuō)：'我們正在推進(jìn)兩三個(gè)主流工藝，最主要的是Thelma(微加速計厚外延層)，這是一個(gè)0.8微米工藝，帶有厚多晶硅層結構和薄多晶硅互連。'

該技術(shù)允許通過(guò)幾個(gè)'錨點(diǎn)'(anchor point)將硅片結構焊接在基底上，但可以在與基底本身平行的平面上自由移動(dòng)。為了與傳統塑封技術(shù)兼容，在傳感元件上部放置一個(gè)封帽以避免成型時(shí)對移動(dòng)部件造成污染。

微驅動(dòng)部件也使用類(lèi)似的工藝，但沒(méi)有封帽，而是增加一個(gè)靈活的鈍化層。Onix在微鏡部件上則使用第三種工藝，這是因為T(mén)helma的多晶硅沒(méi)有制造鏡面拋光的單晶硅好。

那么MEMS的設計自動(dòng)化工具將如何發(fā)展?Vigna的回答是'很慢'。 他認為：'當設計成為一門(mén)科學(xué)時(shí)EDA工具很有用，但是現在MEMS更像模擬電路，首先你需要標準工藝，然后才能得到標準的設計工具。'盡管現在的工藝技術(shù)有很多種，但在這方面還是涌現了一些第三方EDA工具供應商，如Ansys和Coventor等公司。

正如半導體設備制造商一樣，主要的EDA供應商如Cadence等正開(kāi)始把MEMS當作一門(mén)截然不同的工程學(xué)科來(lái)對待。

Memscap本身是已一家MEMS設計自動(dòng)化工具供應商，它還把自己轉變成為一家新一代專(zhuān)用MEMS制造商。該公司主要從事RF和光學(xué)應用，開(kāi)發(fā)了一些支持這些應用的工藝。更引人注目的是它在法國格勒諾布爾本部附近建設了一個(gè)專(zhuān)門(mén)的MEMS晶圓廠(chǎng)，并通過(guò)許可協(xié)議資助臺灣地區的華新麗華公司建設晶圓廠(chǎng)。