什么是三維微電子機械系統(tǒng)（3D MEMS）？

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

MEMS本質(zhì)上是一種把微型機械組件(如傳感器、制動器等)與電子電路集成在同一顆芯片上的半導(dǎo)體技術(shù)。一般芯片只是利用了硅半導(dǎo)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(tǒng)(3D-MEMS)，是將硅加工成三維結(jié)構(gòu)，其封裝和觸點便于安裝和裝配，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，并能測量三個互相垂直方向的加速度。例如為承受強烈震動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。這類傳感器的功率消耗非常低，這使它們在電池驅(qū)動設(shè)備中具有不可比擬的優(yōu)越性。

在 MEMS 傳感器芯片內(nèi)，三軸(X、Y、Z)上的運動或傾斜會引起活動硅結(jié)構(gòu)的少量位移，造成活動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(zhuǎn)變成與運動成比例的校準(zhǔn)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，已成功帶動組件產(chǎn)品在消費電子應(yīng)用綻放光芒，包括Intel、Samsung、TI、TSMC等半導(dǎo)體領(lǐng)導(dǎo)大廠皆看好CMOS MEMS發(fā)展，而相繼投入相關(guān)技術(shù)的研究開發(fā)。而CMOS MEMS組件能否進一步降低產(chǎn)品開發(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，也可進一步整合模擬RF、數(shù)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MEMS技術(shù)在消費電子應(yīng)用的快速崛起，及半導(dǎo)體制造接近極限，透過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，因此可望在未來掀起另一波技術(shù)應(yīng)用革命，并為CMOS MEMS的發(fā)展帶來更大商機。

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3D TSV Wafer出貨數(shù)的快速成長，以組件類別來區(qū)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(yù)計將由內(nèi)存(含F(xiàn)lash、SRAM、DRAM)扮演承接角色。3D MEMS可望在2011年興起，并在往后3年穩(wěn)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6年有望逐步轉(zhuǎn)進300mm的12寸廠生產(chǎn)，以便做最佳化的產(chǎn)能利用。