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(xiàn)出壓力傳感器、加速計和鏡光學器件，下一波將是RF、微型繼電器和開關(guān)。它們需求量很大，但是價格壓力也很大。'

她認為硅片擴音器也是一個新興領(lǐng)域。在這類器件中，傳統(tǒng)擴音器振動膜由一個薄硅片膜制成。已經(jīng)有公司如Akustica和丹麥的SonionMEMS A/S正在進行這方面的開發(fā)，Akustica同時也在研究硅發(fā)聲裝置的可能性。雖然尺寸小會限制輸0出功率，但這類元件能很好適用于助聽應(yīng)用領(lǐng)域。例如把255只這種硅揚聲器放到一個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行8位數(shù)字選址。同樣，多個擴音器和擴音器陣列配置也能開發(fā)出新的應(yīng)用領(lǐng)域，這種有方向的擴音器可以沿著一個空間排列，如汽車或家庭內(nèi)部，這樣捕捉到的聲音還帶有位置信息。

Bourne表示：'我們所見到的是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(yī)療、電信和消費類電子等領(lǐng)域競爭，新興公司只專注于其中一個應(yīng)用部分。至于微電子方面，MEMS正成為一種可以服務(wù)于多個垂直市場的水平技術(shù)。

她還指出：'傳統(tǒng)半導體制造商表現(xiàn)出很大的興趣，但是這或許只是對其領(lǐng)域所出現(xiàn)問題的'膝跳反應(yīng)'。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(gòu)指出，如果能使用標準工藝，即使是改進的最基本IC工藝也有很多優(yōu)點，因此硅片MEMS、MOEMS(微光機電系統(tǒng))和常規(guī)IC制造之間的區(qū)別只是程度不同。

情況確實就是這樣，進軍MEMS對小的芯片制造商來講更具吸引力，因為他們正受到上游集成器件制造商(IDM)和臺灣地區(qū)代工廠的沖擊。由于這些小芯片公司無法承擔深亞微米工藝技術(shù)開發(fā)和設(shè)立新工廠，他們必須找到市場切入點或完全放棄制造。

值得注意的是飛兆半導體和奧地利微系統(tǒng)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英寸晶圓廠被Standard MEMS公司收購而轉(zhuǎn)向生產(chǎn)MEMS，而卓聯(lián)半導體把在英國普里茅斯的晶圓廠賣給了德國X-Fab Foundries公司，后者自稱是一家混合信號和MEMS器件代工廠。

但是還應(yīng)看到迄今為止所出售的絕大多數(shù)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說，MEMS的吸引力在于能使舊的工藝技術(shù)和經(jīng)多年制造已攤銷完了的晶圓廠產(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：'是的，很多常規(guī)IC工廠說他們能夠做。但這也并不容易，需要非常專業(yè)同時又很緊缺的技術(shù)，這些技術(shù)主要都在大學和新興公司里。'

她補充道，代工貿(mào)易模式的發(fā)展幫助了無晶圓廠元器件開發(fā)商，促進了專用MEMS代工廠的發(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設(shè)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：'意法對MEMS的研究是戰(zhàn)略性的,主要原因是我們要通過開發(fā)硅的不同特性來應(yīng)對新的市場。因為MEMS可以用1微米工藝制造，這就是說我們能利用現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)施。'

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

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

按照Vigna的說法，業(yè)界演示的產(chǎn)品還存在可靠性問題。'如果是在手機中應(yīng)用，你需要很低的啟動電壓，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聲稱已為市場準備好了RF開關(guān)，但這些器件是分立的還是與SoC集成在一起尚有待觀察。

等待標準

Vigna說：'我還是沒有看到像CMOS那樣的通用MEMS工藝出現(xiàn)，所以現(xiàn)在還存在各種工藝，但將來會走向統(tǒng)一，包括在EDA、設(shè)計、測試等各方面。標準一旦出現(xiàn)就能促使出現(xiàn)一些簡化工藝，我們?nèi)绻芄潭ǖ?～3個工藝平臺上，將可以縮短MEMS進入市場的時間，因為通過經(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，你可以銷售帶凸點的MEMS裸片以便進行倒裝焊集成。'

他介紹說：'我們正在推進兩三個主流工藝，最主要的是Thelma(微加速計厚外延層)，這是一個0.8微米工藝，帶有厚多晶硅層結(jié)構(gòu)和薄多晶硅互連。'

該技術(shù)允許通過幾個'錨點'(anchor point)將硅片結(jié)構(gòu)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。為了與傳統(tǒng)塑封技術(shù)兼容，在傳感元件上部放置一個封帽以避免成型時對移動部件造成污染。

微驅(qū)動部件也使用類似的工藝，但沒有封帽，而是增加一個靈活的鈍化層。Onix在微鏡部件上則使用第三種工藝，這是因為Thelma的多晶硅沒有制造鏡面拋光的單晶硅好。

那么MEMS的設(shè)計自動化工具將如何發(fā)展?Vigna的回答是'很慢'。 他認為：'當設(shè)計成為一門科學時EDA工具很有用，但是現(xiàn)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(shè)計工具。'盡管現(xiàn)在的工藝技術(shù)有很多種，但在這方面還是涌現(xiàn)了一些第三方EDA工具供應(yīng)商，如Ansys和Coventor等公司。

正如半導體設(shè)備制造商一樣，主要的EDA供應(yīng)商如Cadence等正開始把MEMS當作一門截然不同的工程學科來對待。

Memscap本身是已一家MEMS設(shè)計自動化工具供應(yīng)商，它還把自己轉(zhuǎn)變成為一家新一代專用MEMS制造商。該公司主要從事RF和光學應(yīng)用，開發(fā)了一些支持這些應(yīng)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(shè)了一個專門的MEMS晶圓廠，并通過許可協(xié)議資助臺灣地區(qū)的華新麗華公司建設(shè)晶圓廠。