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最近几年来MEMS技术在国内外得到了迅猛的发展,MEMS产品已经有了开拓性的应用,MEMS产业链将会迅速崛起,预计2007年,全球MEMS元器件销售总额将突破70亿美元。
MEMS将是半导体产业的后起之秀
目前,世界上生产MEMS 的20强公司中多数是从事集成电路的厂商,它们把MEMS当成是集成电路发展的一个分支。仅管MEMS的耗硅量不大,但其销售额非常惊人,利润远高于一般的集成电路。大多数MEMS产品全面商品化的时间将在最近5年之内,因此可以说MEMS是一个新兴的工业,现在正趋于黄金发展时期。
我国在MEMS压力传感器、加速度计、惯性传感器、温度传感器、流量传感器、热对流式多轴加速度传感器、打印机上的喷墨头传感器和手机上的MEMS麦克风等产品方面,从理论研究、产品设计到批量生产技术都已有所突破,日趋成熟。
在消费电子产品带动下,基于MEMS的麦克风和扬声器市场日渐火爆。2006年,全球麦克风市场的总销售量为25亿只,MEMS产品占据了8%的市场份额;到2008年,预计在30亿只麦克风市场中,MEMS产品将占据15%的份额,其复合增长率高达240%。
汽车电子对MEMS的需求量也在不断增加,如安全气囊需要的加速度传感器、汽车刹车系统压力传感器、发动机进气歧管压力传感器、悬挂系统双歧路压力传感器、汽车胎压监视系统(TPMS)等均已普遍采用。汽车生产厂商选用国产化产品的比率不断增加,促进了国内MEMS产品的开发和相关生产行业的发展。汽车电子将是MEMS系列产品切入的最佳机会。同样,消费电子产品的量大面广,对MEMS的需求量更加巨大,手机、笔记本电脑、数码相机、数码摄像机、胎压计、血压计、洗衣机、电冰箱、微波炉、热水器等都需要各种低成本的MEMS产品。而工业电子领域的数字压力表、数字流量表、工业配料称重等仪器仪表也正在扩大使用基于MEMS的压力、加速度等传感器产品。
传统半导体厂商转产MEMS
传统半导体厂商增加MEMS和太阳能硅片的生产是未来做大、做好、做强的革命性选择,产品多样化和应变能力的增强是保证企业成功的有力措施。
目前,传统半导体厂商的 4寸、5寸生产线正面临淘汰,即使用来生产LDO也只有非常低的利润,如果能将其中一部分转向生产MEMS则可获得较高的利润。4寸线上的每一个圆晶片可生产合格的MEMS压力传感器裸片5000个~6000个,每个裸片出售后可获得7倍~10倍于成本的毛利润。
转产MEMS时对工艺的改动不大,需要新增的辅助设备也不多,具有投资少、效益高的特点。当然新的工艺需要学习、熟练和磨合,转产需要时间,不会一蹴而就。
将MEMS与传统芯片集成、封装在一起是集成电路技术发展的新趋势,也是传统芯片厂商的新机遇。比如,GE的NPX2 TPMS传感器集成了NovaSensor的压力/加速度裸片 和飞利浦的 MCU PCH7970,英飞凌的SP30 TPMS传感器则集成了SensoNor 的压力/加速度裸片和飞利浦的 MCU PCH7970。将MEMS和ASIC封装在一个芯片内如今已成为一种成熟的技术。
车用MEMS压力传感器芯片市场
全球MEMS芯片行业目前呈专业垄断的现状,据国外资料分析,其中车用压力传感器芯片市场被GE NovaSensor占据了41%以上。2002~2008年全球及中国车用MEMS压力传感器芯片的需求量呈线性增长趋势。国内MEMS芯片供应商主要有上海微系统所、沈阳仪表所、电子部13研究所、北京微电子所等,目前形成生产化的主要是MEMS压力传感器芯片。
MEMS压力传感器的典型产品,如NovaSensor公司的P592,它是用MEMS技术在硅片上刻融一个硅杯形成压力腔,再在杯底制作一个以电阻应变计为4个桥臂的惠斯顿电桥。
MEMS与传统芯片的异同
与传统芯片行业注重二维静止的电路设计不同,MEMS是以理论力学为基础,结合电路和微机械原理设计的三维动态产品。对于在微米尺度进行的机械设计会更多地依靠经验和实践。其设计开发工具也与传统芯片有所不同。
在加工时,除使用大量传统芯片工艺外,MEMS的生产还需要一些特殊工艺,如双面刻蚀,双面光刻等,较传统芯片工艺简单,光刻步骤少,但具有一些非标准的特殊工艺。同时,MEMS的工艺参数、生产工艺过程还需按不同的产品要求进行调整。另外,MEMS的某些特殊工艺可能会污染现有的传统芯片生产线,因此需要注意环保。
由于需要产品设计、工艺设计和生产三方面的密切配合,因此,对厂商来说,IDM的模式要优于无厂设计公司+ 晶圆厂的模式。
MEMS压力传感器的设计、生产和销售链
MEMS 产品定义/设计
传统半导体厂商对MEMS 产品的定义/设计可以有三个途径:一是与已有MEMS压力传感器芯片等版图的公司合作,以尽快进入生产;二是向有关IDH购买设计方案和版图,缩短自已的开发周期;三是聘请MEMS设计专家,培养自已的人材,建立自己的设计队伍。
MEMS 生产工艺设计
目前4寸线的大多数工艺可为MEMS生产所用,只是缺少双面光刻、湿法腐蚀和键合这三项MEMS的特有工艺。
MEMS裸片的生产
目前的4寸线缺少一些MEMS生产的专用设备,主要为双面光刻机、湿法腐蚀台、键合机、压力检测设备等。另外,与传统芯片产品共用4寸生产线,一些特殊工艺存在污染生产线的可能。
MEMS产品的销售
厂商应开拓汽车电子、消费电子领域的销售经验和渠道。目前汽车电子对MEMS产品的需要量激增,如上海捷伸电子科技公司的年需求量约为200万个。■