電子產(chǎn)業(yè)迫切需要新的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)來(lái)推動(dòng)感測(cè)器和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的發(fā)展。根據(jù)業(yè)界分析師表示，如果期望利用物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)下一輪的電子產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)，在很大程度上必須依賴MEMS和感測(cè)器技術(shù)，才能使所有的智慧物件與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行互動(dòng)。但從實(shí)現(xiàn)新的MEMS設(shè)計(jì)到量產(chǎn)，可能要花很長(zhǎng)的時(shí)間以及高昂的代價(jià)，才能滿足物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的期待——除非電子產(chǎn)業(yè)能夠找到加速M(fèi)EMS開(kāi)發(fā)之路。

采用現(xiàn)有MEMS元件的新應(yīng)用正以12%的年成長(zhǎng)率推動(dòng)MEMS市場(chǎng)進(jìn)展。然而，Yole Dveloppement執(zhí)行長(zhǎng)兼總裁Jean-Christophe Eloy表示，除非業(yè)界能夠找到如何順利將機(jī)械元件轉(zhuǎn)換為矽晶的方法，否則要加速突破性新產(chǎn)品量產(chǎn)的困難度，可能減緩未來(lái)的MEMS市場(chǎng)成長(zhǎng)。

MEMS完全創(chuàng)新產(chǎn)品缺席逾十年

透過(guò)在更多應(yīng)用中更廣泛地采納成熟的MEMS元件，可望讓這種更小體積、更高性能且更低成本的漸進(jìn)式元件創(chuàng)新，持續(xù)刺激感測(cè)器及其所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)邁向強(qiáng)勁成長(zhǎng)。去年在MEMS領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)最快速成長(zhǎng)的要算是安華高科技(Avago Technologies)和Qorvo(原Triquint)，這是因?yàn)長(zhǎng)TE的廣泛普及對(duì)于多模手機(jī)所用的體聲波(BAW)濾波器帶來(lái)了很大的需求。同樣地，更多應(yīng)用對(duì)于MEMS麥克風(fēng)和慣性感測(cè)器的強(qiáng)勁需求，有助于推動(dòng)更多的感測(cè)器供應(yīng)商進(jìn)軍2-3億年?duì)I收范圍的行列。

“這真的很重要，因?yàn)楝F(xiàn)在有多家公司都有潛力發(fā)展成為10億美元的公司，”Eloy指出。

然而，僅采用現(xiàn)有元件類型的新應(yīng)用要維持110億美元業(yè)務(wù)的兩位數(shù)成長(zhǎng)，在時(shí)間上可能無(wú)法長(zhǎng)久。“挑戰(zhàn)之一在于最近完全創(chuàng)新的產(chǎn)品還是2003年時(shí)樓氏電子(Knowles)開(kāi)發(fā)的MEMS麥克風(fēng)。”Eloy表示，“從那以后，都只是在整合度、更好的封裝等方面帶來(lái)漸進(jìn)式創(chuàng)新。雖然這些也是非常重要的創(chuàng)新，但不是突破性的新產(chǎn)品。我們?nèi)栽诘却齅EMS開(kāi)關(guān)、自動(dòng)對(duì)焦和揚(yáng)聲器等產(chǎn)品完全過(guò)渡到大量生產(chǎn)階段。”

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)找到可在競(jìng)爭(zhēng)前的研究領(lǐng)域展開(kāi)合作的方式了，而且已經(jīng)有了發(fā)展良好的商用基礎(chǔ)架構(gòu)來(lái)支持持續(xù)的成長(zhǎng)，他表示。“MEMS產(chǎn)業(yè)需要一些變革發(fā)生，以便簡(jiǎn)化與加速設(shè)計(jì)過(guò)程，并盡快投入量產(chǎn)。”

根據(jù)Yole的資料顯示，2014年全球MEMS營(yíng)收達(dá)111億美元

“隨著到處都需要感測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)、情境感知，尤其是對(duì)于新型生化與生醫(yī)感測(cè)器的新興需求，我認(rèn)為MEMS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的確才剛剛開(kāi)始，”矽谷投資業(yè)者Band of Angels SIG委員會(huì)主席Kurt Petersen表示。“價(jià)格將繼續(xù)下滑，但目前開(kāi)發(fā)中的新型感測(cè)機(jī)制將大幅提高精度，”對(duì)于發(fā)展中的壓電麥克風(fēng)、超音波手勢(shì)辨識(shí)以及新的慣性技術(shù)帶來(lái)巨大的潛在影響——以更高10倍的精確度大幅改善導(dǎo)航資訊。

Peterson認(rèn)為真正有用的穿戴裝置尚未被開(kāi)發(fā)出來(lái)，但對(duì)于其未來(lái)的發(fā)展表示樂(lè)觀。最有發(fā)展前景的是現(xiàn)正開(kāi)發(fā)中的新一類生化感測(cè)器，例如新創(chuàng)公司Profusa的可植入式葡萄糖感測(cè)器，外部光學(xué)裝置讀取，它利用一種可調(diào)式感測(cè)器平臺(tái)，在人體內(nèi)偵測(cè)化學(xué)藥物。

除了更好的生化和生醫(yī)感測(cè)器以外，能量采集器是另一個(gè)機(jī)會(huì)。“能量采集器將會(huì)變得日趨重要，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)將為其提供一個(gè)巨大的市場(chǎng)，”他說(shuō)。

MEMS新平臺(tái)推動(dòng)成長(zhǎng)

為了能以市場(chǎng)要求的最快上市時(shí)間與低成本，將這些新式的MEMS元件投入量產(chǎn)，推動(dòng)半導(dǎo)體業(yè)開(kāi)發(fā)出一些新的方法。

“過(guò)去客戶求助于我們時(shí)通常要求采用他們自己的獨(dú)特制程，但現(xiàn)在有越來(lái)越多的客戶要求我們盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，只需少量修改即可，”Teledyne Dalsa公司MEMS代工廠執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理Claude Jean表示。“一款產(chǎn)品采用一種制程的傳統(tǒng)做法還沒(méi)有被完全淘汰，但越來(lái)越多的客戶傾向于利用成熟的平臺(tái)來(lái)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，”他補(bǔ)充道。

Dalsa公司正為慣性感測(cè)器、微測(cè)輻射熱計(jì)、光學(xué)MEMS和壓電元件提供更廣泛的不同平臺(tái)，并盡可能地?cái)U(kuò)展自家的設(shè)計(jì)和測(cè)試支援業(yè)務(wù)。

新平臺(tái)技術(shù)也來(lái)自研發(fā)實(shí)驗(yàn)室。法國(guó)原子能署電子暨資訊技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(CEA-Leti)的目標(biāo)在于與代工廠合作，將其壓阻式MEMS平臺(tái)投入生產(chǎn)以提供給更多客戶。這種技術(shù)在移動(dòng)的物質(zhì)利用>10nm的厚層，而將<500nm的超薄層用于邊緣的壓阻式元件，然后透過(guò)壓縮或拉緊改變電阻來(lái)檢測(cè)其運(yùn)動(dòng)。

“這種技術(shù)為緊密地整合多個(gè)感測(cè)器提供了替代性方法，可以協(xié)助像系統(tǒng)或CMOS制造商等缺少自有技術(shù)的新公司很快地開(kāi)發(fā)出產(chǎn)品來(lái)。”CEA-Leti北美策略合作夥伴副總裁Hughes Metras并指出，CEA-Leti已經(jīng)與首家取得授權(quán)的業(yè)者Tronics迅速地將其六自由度慣性感測(cè)器推向市場(chǎng)了。

如今，這些基本技術(shù)的成熟還意味著MEMS市場(chǎng)開(kāi)始從一些基于共同利益的合作中尋找優(yōu)勢(shì)，特別是在一些設(shè)備要求或測(cè)試操作等方面。目前在測(cè)量慣性感測(cè)器性能方面還沒(méi)有被廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)，也沒(méi)有像ITRS路線圖那樣為設(shè)備制造商定義未來(lái)需求的手段，Teledyne Dalsa的Jean指出。

“目前在MEMS市場(chǎng)所要求的成本和可用的先進(jìn)CMOS設(shè)備之間存在著巨大的差距。”他認(rèn)為，“不過(guò)，相較于為先進(jìn)CMOS開(kāi)發(fā)的制程，這還需要更簡(jiǎn)單且更低成本的TSV制程等技術(shù)支援。”

Teledyne Dalsa目前正與Alchimer合作開(kāi)發(fā)低成本的濕式銅制程后鉆孔(Via-Last) MEMS TSV途徑。Teledyne DALSA的Via-Last技術(shù)采用銅鉆孔，并利用Alchimer的低溫電化學(xué)制程，形成具有5微米直徑x100微米深完美填充的穿孔，并利用銅再分布層和鎳/金UBM連接到外部。但該制程目前僅適用200mm晶圓，因此，“我們需要MEMS制造商和設(shè)備與材料供應(yīng)商之間展開(kāi)更加密切的合作，共同開(kāi)發(fā)出更低成本的方法來(lái)推動(dòng)創(chuàng)新進(jìn)展。”他表示。