MEMS設備暨材料市場穩(wěn)定成長 標準化是一大挑戰(zhàn)
[導讀]市場研究機構Yole Developpement的最新報告指出，僅管微機電系統(tǒng)(MEMS)產(chǎn)業(yè)的標準化尚未落實，各大公司仍致力于讓自己的技術平臺最佳化；這方面的制程革新也將驅動 MEMS 設備及材料在2012到2018年間達到7%的年復合成
市場研究機構Yole Developpement的最新報告指出，僅管微機電系統(tǒng)(MEMS)產(chǎn)業(yè)的標準化尚未落實，各大公司仍致力于讓自己的技術平臺最佳化；這方面的制程革新也將驅動 MEMS 設備及材料在2012到2018年間達到7%的年復合成長率。
制程革新將點燃MEMS的設備與材料市場，Yole Developpement預期 MEMS相關制造設備市場將在接下來五年內，以5.2%的年復合成長率從2012年的3億7,800萬美元，在2018年成長至5億1,000萬美元以上；值得注意的是，Yole Developpement預期MEMS的設備市場的循環(huán)周期模式將與主流IC設備市場相當。
而在接下來五年，MEMS材料與相關的消耗品之需求將以10.5%的年復合成長率，從2012年的1億3,600萬美元成長到2018年的2億4,800萬美元以上。
全球MEMS設備與材料需求 (單位：百萬美元)
（來源：Yole Developpement，2013年2月）
目前，MEMS的制造仍相當多元且欠缺標準化；仍采用Yole Developpement所形容的「一種產(chǎn)品，一套制程」規(guī)則。其實MEMS的歷史與一般IC產(chǎn)業(yè)不同，且其技術藍圖也與半導體產(chǎn)業(yè)有所不同。因此，以完全不同制造方式制作相同MEMS裝置的業(yè)者處處可見，有時還甚至來自同一家公司(例如，CMOS MEMS及混合途徑方法都可用于慣性感測器或麥克風)。
然而，當MEMS與前代產(chǎn)品相比成為可快速攻入市場的商品化產(chǎn)品時，任何能夠加速商業(yè)化流程的事宜也都會廣受歡迎。MEMS的封裝正朝向與前端制程不同的方向演進，且Yole Developpement已經(jīng)注意到，封裝標準化對于支援產(chǎn)量大幅成長的產(chǎn)品出貨之重要性將會提高，而與MEMS與感測器內容相關的整體成本將會降低(例如，制造商之間的麥克風封裝方式大都相同)。此外，這份報告也顯示在前端制程方面，各大公司都正在發(fā)展針對不同MEMS裝置的獨家技術平臺。
MEMS的前端制造發(fā)展趨勢
（來源：Yole Developpement，2013年2月；圖表顯示新MEMS制程采用的時間表。箭頭左側表示技術的開始采用時間--例如，DRIE是從96年時開始運用于Bosch慣性MEMS--Yole Developpement預測在未來將可看到越來越多創(chuàng)新的MEMS制程:TSV、微影步進機、薄晶圓的暫時性接合、室溫接合）
Yole Developpement的報告中，也揭示當MEMS從制程技術性的競爭移轉到功能及系統(tǒng)性的競爭時，就有必要采用標準途徑來降低封裝尺寸及成本。目前，MEMS代工廠仍處于制程技術性的競爭階段，且必須以更廣泛的制程技術來因應新的MEMS設計及結構。
這種技術途徑與通常只專注于單一類型MEMS設計的無晶圓廠公司是不同的，該種公司的主要任務是找到最有經(jīng)驗與可靠的代工夥伴來說服客戶自己的強項所在；同時，整合元件大廠(IDM)則通常是仰賴已制式化運作的MEMS制程來制造其產(chǎn)品(如ST的THELMA)。由于總是必須面對MEMS制造技術前景的最前線變革，故代工廠的挑戰(zhàn)也往往是最大的。
Yole Developpement的MEMS的前端制造發(fā)展趨勢報告也清楚點出了主要的前端制造技術改革；例如，晶片尺寸封裝(CSP)技術中的矽穿孔(TSV)也正逐漸滲透到MEMS產(chǎn)業(yè)。在此方面，該機構分析了意法半導體(STMicroelectronics)自家工廠采用TSV來接合MEMS晶片與主機板的獨家方法。
ST的方法免除焊墊(bond pad)的需求，將之以使用氣隙蝕刻(etched-out air gaps)絕緣的多晶矽通孔來取代；采用其基礎MEMS制程，但規(guī)模約十倍大。根據(jù)ST的報告，減少了20%~30%的晶片尺寸，可抵銷采用TSV制程微增的成本，使得總成本反而降低。
MEMS結構層制造流程實例
（來源：Yole Developpement，2013年2月）
然而，因為晶片小型化有其限制，故各個研發(fā)機構正著手發(fā)展新的檢測原理(例如，Tronic的M&NEMS概念)來降低MEMS的矽晶片尺寸。此技術是基于壓阻矽奈米線(piezoresistive nanowires)而不是純電容式檢測(capacitive detection)，且著眼于裝置效能及晶片尺寸上的技術躍進。此舉將奠定新一代動作感測應用的組合式感測器基礎，且可讓多自由度感測器明顯的減少表面積及改善效能。
Yole Developpement在一系列的MEMS技術中列出數(shù)種可望在未來幾年嶄露頭角的技術，包括：矽穿孔、室溫接合、薄膜PZT、暫時性接合、Cavity SOI、CMOS MEMS。其他的MEMS 技術(如金接合)，亦可能廣泛運用于縮減晶片尺寸且同時維持晶圓級封裝的高度密封性。
制程革新將點燃MEMS的設備與材料市場，Yole Developpement預期 MEMS相關制造設備市場將在接下來五年內，以5.2%的年復合成長率從2012年的3億7,800萬美元，在2018年成長至5億1,000萬美元以上；值得注意的是，Yole Developpement預期MEMS的設備市場的循環(huán)周期模式將與主流IC設備市場相當。
而在接下來五年，MEMS材料與相關的消耗品之需求將以10.5%的年復合成長率，從2012年的1億3,600萬美元成長到2018年的2億4,800萬美元以上。
全球MEMS設備與材料需求 (單位：百萬美元)
（來源：Yole Developpement，2013年2月）
目前，MEMS的制造仍相當多元且欠缺標準化；仍采用Yole Developpement所形容的「一種產(chǎn)品，一套制程」規(guī)則。其實MEMS的歷史與一般IC產(chǎn)業(yè)不同，且其技術藍圖也與半導體產(chǎn)業(yè)有所不同。因此，以完全不同制造方式制作相同MEMS裝置的業(yè)者處處可見，有時還甚至來自同一家公司(例如，CMOS MEMS及混合途徑方法都可用于慣性感測器或麥克風)。
然而，當MEMS與前代產(chǎn)品相比成為可快速攻入市場的商品化產(chǎn)品時，任何能夠加速商業(yè)化流程的事宜也都會廣受歡迎。MEMS的封裝正朝向與前端制程不同的方向演進，且Yole Developpement已經(jīng)注意到，封裝標準化對于支援產(chǎn)量大幅成長的產(chǎn)品出貨之重要性將會提高，而與MEMS與感測器內容相關的整體成本將會降低(例如，制造商之間的麥克風封裝方式大都相同)。此外，這份報告也顯示在前端制程方面，各大公司都正在發(fā)展針對不同MEMS裝置的獨家技術平臺。
MEMS的前端制造發(fā)展趨勢
（來源：Yole Developpement，2013年2月；圖表顯示新MEMS制程采用的時間表。箭頭左側表示技術的開始采用時間--例如，DRIE是從96年時開始運用于Bosch慣性MEMS--Yole Developpement預測在未來將可看到越來越多創(chuàng)新的MEMS制程:TSV、微影步進機、薄晶圓的暫時性接合、室溫接合）
Yole Developpement的報告中，也揭示當MEMS從制程技術性的競爭移轉到功能及系統(tǒng)性的競爭時，就有必要采用標準途徑來降低封裝尺寸及成本。目前，MEMS代工廠仍處于制程技術性的競爭階段，且必須以更廣泛的制程技術來因應新的MEMS設計及結構。
這種技術途徑與通常只專注于單一類型MEMS設計的無晶圓廠公司是不同的，該種公司的主要任務是找到最有經(jīng)驗與可靠的代工夥伴來說服客戶自己的強項所在；同時，整合元件大廠(IDM)則通常是仰賴已制式化運作的MEMS制程來制造其產(chǎn)品(如ST的THELMA)。由于總是必須面對MEMS制造技術前景的最前線變革，故代工廠的挑戰(zhàn)也往往是最大的。
Yole Developpement的MEMS的前端制造發(fā)展趨勢報告也清楚點出了主要的前端制造技術改革；例如，晶片尺寸封裝(CSP)技術中的矽穿孔(TSV)也正逐漸滲透到MEMS產(chǎn)業(yè)。在此方面，該機構分析了意法半導體(STMicroelectronics)自家工廠采用TSV來接合MEMS晶片與主機板的獨家方法。
ST的方法免除焊墊(bond pad)的需求，將之以使用氣隙蝕刻(etched-out air gaps)絕緣的多晶矽通孔來取代；采用其基礎MEMS制程，但規(guī)模約十倍大。根據(jù)ST的報告，減少了20%~30%的晶片尺寸，可抵銷采用TSV制程微增的成本，使得總成本反而降低。
MEMS結構層制造流程實例
（來源：Yole Developpement，2013年2月）
然而，因為晶片小型化有其限制，故各個研發(fā)機構正著手發(fā)展新的檢測原理(例如，Tronic的M&NEMS概念)來降低MEMS的矽晶片尺寸。此技術是基于壓阻矽奈米線(piezoresistive nanowires)而不是純電容式檢測(capacitive detection)，且著眼于裝置效能及晶片尺寸上的技術躍進。此舉將奠定新一代動作感測應用的組合式感測器基礎，且可讓多自由度感測器明顯的減少表面積及改善效能。
Yole Developpement在一系列的MEMS技術中列出數(shù)種可望在未來幾年嶄露頭角的技術，包括：矽穿孔、室溫接合、薄膜PZT、暫時性接合、Cavity SOI、CMOS MEMS。其他的MEMS 技術(如金接合)，亦可能廣泛運用于縮減晶片尺寸且同時維持晶圓級封裝的高度密封性。
下載文檔
