智能手機(jī)及其他消費(fèi)移動(dòng)產(chǎn)品使用的傳感器市場(chǎng)正在快速增長(zhǎng)。這意味著MEMS封裝業(yè)務(wù)發(fā)展迅速,也業(yè)務(wù)也許很快就會(huì)占到IC市場(chǎng)的5％。

       有關(guān)MEMS元件的需求集中在加速度傳感器、陀螺儀（角速度傳感器）、磁力傳感器及麥克風(fēng)，這些產(chǎn)品占MEMS元件總供貨量和收益的50％左右。這將對(duì)一些MEMS封裝技術(shù)起到重要作用。其原因是，廠商在競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)從工藝技術(shù)轉(zhuǎn)向功能和系統(tǒng)的形勢(shì)下，將會(huì)努力縮小封裝尺寸、降低成本。

       2012年MEMS封裝市場(chǎng)的規(guī)模為16億美元（2012年的出貨量為70億個(gè)）。估計(jì)今后將以20％的年均增長(zhǎng)率（CAGR）增長(zhǎng)，2016年之前將達(dá)到140億個(gè)的規(guī)模。但是，因面臨價(jià)格壓力，而且主流為低價(jià)位消費(fèi)產(chǎn)品，估計(jì)收益僅為26億美元左右，CAGR最大為10％左右。MEMS封裝市場(chǎng)的增長(zhǎng)率會(huì)達(dá)到IC封裝市場(chǎng)的兩倍。

封裝由定制品轉(zhuǎn)向標(biāo)準(zhǔn)品

       按金額計(jì)算，OSAT（后工序代工廠商）最多獲得了40％的MEMS封裝業(yè)務(wù)。其原因是，IDM（垂直整合型元件廠商）為了使自己的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)差異化，采用了OSAT擁有的特殊封裝技術(shù)。消費(fèi)類產(chǎn)品用元件的出貨量不斷增加，將會(huì)促使IDM將封裝和組裝業(yè)務(wù)委托給外部企業(yè)，利用OSAT建立穩(wěn)定的供應(yīng)鏈。

       價(jià)格是最重要的關(guān)鍵點(diǎn)。成本可以通過縮小芯片尺寸來降低。業(yè)界領(lǐng)跑者目前使用的封裝尺寸為長(zhǎng)2mm×寬2mm×高1mm。以加速度傳感器為例，封裝占生產(chǎn)成本的35～45％。因此，定制封裝正在被可通過再利用來加快新產(chǎn)品開發(fā)速度的標(biāo)準(zhǔn)品所取代。

       估計(jì)復(fù)合傳感器將拉動(dòng)慣性傳感器的增長(zhǎng)，并對(duì)封裝、組裝及測(cè)試產(chǎn)生新的要求。要經(jīng)濟(jì)地檢查并相互校正6個(gè)、9個(gè)或10個(gè)傳感器的軸，必須使用已經(jīng)驗(yàn)證過的裸片來組裝這種模塊。

要縮短布線長(zhǎng)度，需要層疊晶圓

       要處理日益增加的傳感器數(shù)據(jù)量，必須從物理角度縮短部件之間的連接距離并提高速度。75％的MEMS元件在封裝內(nèi)以引線鍵合方式連接。然后，在標(biāo)準(zhǔn)的引線框架、BGA或LGA層疊基板上，以引線鍵合方式橫向或沿著三維方向連接到控制用ASIC。

       20％的MEMS元件采用CMOS工藝與ASIC集成在同一芯片上來形成SoC。對(duì)于需要縮短連接線的元件來說，這是最合適的方法。比如，需要按每個(gè)像素來響應(yīng)的微鏡陣列、微輻射熱測(cè)量計(jì)陣列，以及像振蕩器一樣非常小的元件。

       絕大部分MEMS系統(tǒng)都在封裝級(jí)別上連接不同種類的部件。但是，如果需要更小的元件或更短的布線，就需要層疊晶圓的解決方案了。也就是凸塊（Bumping）、金屬接合、MEMS元件內(nèi)的硅通孔與多晶硅通孔，以及轉(zhuǎn)接板內(nèi)的通孔等。

正在開發(fā)采用電鍍的低成本TSV技術(shù)

       美國InvenSense擁有以Al或Ge金屬接合方式在ASIC上對(duì)MEMS進(jìn)行封裝和布線的高效率低成本技術(shù)。因此，該公司在消費(fèi)類產(chǎn)品用陀螺儀市場(chǎng)上占據(jù)著支配性地位。該公司目前正一同提供相關(guān)的工廠工藝、多項(xiàng)目晶圓技術(shù)以及該技術(shù)的授權(quán)，并認(rèn)為這樣可以開拓一些光靠自己?jiǎn)未颡?dú)斗無法完成開發(fā)的用途。

       同樣，瑞典Silex Microsystems已開始提供TSV（硅通孔）模塊，加拿大Teledyne DALSA正以在晶圓級(jí)別上連接MEMS和ASIC為目標(biāo)，開發(fā)以低成本鍍銅液進(jìn)行處理的TSV平臺(tái)。

       DALSA從法國Alchimer手中獲得了進(jìn)行通孔絕緣和嵌入的電鍍加工技術(shù)授權(quán)，以較高的成本效率實(shí)現(xiàn)了與原來相同的工藝模塊。

意法半導(dǎo)體利用TSV縮小芯片面積并降低成本

       意法半導(dǎo)體在自主開發(fā)的MEMS芯片中制作了TSV，并將其安裝在了主板上。由此，可節(jié)省焊墊所需要的面積。該公司使用了被蝕刻制成的氣隙隔絕的多晶硅通孔。采用了該公司的MEMS工藝。MEMS以引線鍵合或倒裝芯片方式安裝在ASIC上，由此可將芯片尺寸縮小20～30％。該技術(shù)能夠降低的成本大于TSV工藝增加的成本。

       意法半導(dǎo)體目前已開始量產(chǎn)加速度傳感器，下一步將量產(chǎn)陀螺儀。這樣一來，更小的多芯片模塊便會(huì)問世，多個(gè)TSV MEMS芯片將以倒裝芯片方式安裝在ASIC上。

       德國博世利用傳統(tǒng)型凸塊技術(shù)連接了MEMS和ASIC。村田制作所則利用硅轉(zhuǎn)接板（被蝕刻后以硼硅酸鹽玻璃填充的通孔周圍的矩陣）封裝了該公司的慣性傳感器。在薄型ASIC上進(jìn)行了倒裝芯片封裝，并在其周圍追加了大錫球。最后將層疊的元件安裝在主板上。

       估計(jì)轉(zhuǎn)接板由村田制作所的MEMS代工企業(yè)或德國PlanOptik那樣的工業(yè)用基板供應(yīng)商生產(chǎn)。凸塊工藝可能由ASIC供應(yīng)商或凸塊承包商負(fù)責(zé)，芯片與晶圓的鍵合、打孔、底層填料（Underfilling）則由馬來西亞友尼森（Unisem）公司負(fù)責(zé)。（特約撰稿人：Jean-Christophe Eloy，Yole Developpement總裁兼首席執(zhí)行官）