MEMS代工厂“整装待发”
2013-09-12 18:33:36   来源：微迷   评论：0   点击：

王懿 编译

多年来，MEMS代工厂一直在耐心等待MEMS集成器件制造商（IDM）将他们部分或全部产品外包。 MEMS代工厂还在等待MEMS产业发展。由于MEMS器件是“定制化”的，需要专用的工艺流程和设备工具。IDM仍然喜欢用自己的工厂来生产产品，而不是外包给MEMS代工厂。

然而，多年来MEMS代工厂已有了大幅成长，主要贡献来源于第一波无晶圆厂（fabless）和轻晶圆厂（fab-lite）MEMS供应商，如ADI、InvenSense和Knowles。如今，一些新的fabless供应商正在兴起。

Fabless供应商，或许有朝一日IDM，需要一个可靠的MEMS代工厂作为合作伙伴，帮助其更快地开发更小、更便宜的MEMS器件。但是寻找到合适的MEMS代工厂谈何容易？事实上，MEMS代工业务就像是狂野的西部（the Wild West）。这里有大量形形色色的MEMS代工厂，并不是所有的都能存活。有些已经消失了，而其他的都在努力，避免倒下。

“MEMS代工市场将继续洗牌。”瑞典MEMS代工厂Silex市场营销和战略联盟副总裁Peter Himes认为，“全球有许多小代工厂，为了存活，你需要扩大高端生产规模。MEMS代工业务属于资本密集型行业，你需要营收达到一定水平才能生存下来。”

Silex市场营销和战略联盟副总裁Peter Himes

时间逝去，目前仍不清楚哪些MEMS代工厂将成为赢家或输家。所有MEMS代工厂都拥有一系列令人印象深刻的技术，但并非所有厂商都是在同一起跑线上。例如，一些MEMS代工厂最先进的8英寸工厂。另外，一些MEMS代工厂提供一站式服务。不仅仅有MEMS-CMOS平台，还有硅中介层、三维硅通孔技术（TSV）、晶圆级封装等（WLP）。

MEMS热潮

消费电子、工业控制和移动应用中的MEMS器件主要包括加速度计、磁力计、陀螺仪、麦克风和压力传感器。总体而言，根据IHS统计，2013年MEMS市场规模将达到90.9亿美元，相比2012年的84.1亿美元增长8.1%。去年，2家IDM（博世和意法半导体）并列全球第一，MEMS市场营收均达到7.93亿美元。

根据Yole Développement统计，意法半导体还是全球最大的MEMS代工厂，2012年的代工营收为2.03亿美元。索尼以6500万美元排名第二，但远落后于意法半导体。同时，台积电获得了ADI和InvenSense的大量订单，营收达到4200万美元，从2011年的第七名跃居2012年的第三名。

在Yole Développement发布的MEMS代工厂排行榜中，Silex从2011年的第三名退步到2012年的第五名。Teledyne Dalsa依然稳居第四名。Global Foundries则首次挤进前20名。

“全球约20%的MEMS生产业务外包给代工厂，”IHS分析师Jérémie Bouchaud表示，“但是该数字将在几年内攀升至25%。由于MEMS工艺非标准，在生产转移过程中需要花费大量精力。”

有时MEMS制造是一项非常缓慢和繁琐的工程。一般来说，IDM供应商都能完美的搞定，而其他代工厂正努力让MEMS制造变得更有效率。“过去，由于不同产品需要不同的工艺，漫长的开发周期已经阻碍了MEMS生产的顺利实施。” GlobalFoundries的MEMS高级项目总监Rakesh Kumar说，“MEMS量产设备仍然不像CMOS设备那样成熟，MEMS工艺的低吞吐量是影响制造的关键问题。”

GlobalFoundries的MEMS高级项目总监Rakesh Kumar

“对此，许多MEMS代工厂已采取行动，以加快制造工艺开发。为释放fabless供应商的增长潜力，MEMS代工厂专注于提供可重用的工艺模块，以减少开发时间，缩短商业化时间。” Kumar说道。“事实上，大部分MEMS代工业务增长来自fabless供应商，而不是IDM。目前主导MEMS产业的IDM已拥有内部的专业工厂，一般不需要外部代工厂。IDM主导市场的关键原因是他们有一整套MEMS解决方案，包括MEMS设计、制造、封装、测试和应用支持。”

随着时间推移，Kumar预测IDM将不同程度地“拥抱”MEMS代工厂。“许多IDM使用6英寸MEMS制造设备，但是相比8英寸设备，其竞争力变得越来越弱。所以为了保持成本竞争力，这些IDM将不得不投入更多资金以提升自己的设备，或者考虑外包到8英寸MEMS代工厂。”

不同的起跑线

为了吸引客户，MEMS代工厂采取不同策略。总的来说，MEMS代工厂有四种类型：（1）MEMS IDM有代工厂；（2）OEM供应商有MEMS代工厂；（3）硅晶圆代工厂提供MEMS服务；（4）纯MEMS代工厂。

“MEMS代工选择IDM或OEM均有优缺点。虽然IDM开发MEMS工艺已有20~30年，但是从代工角度看，会让客户心里不安。客户希望知识产权是安全的，担心IDM泄露招致竞争对手加入。” Silex Himes说，“硅晶圆代工厂“来势汹汹”，但是他们往往把重点放在选择工艺和客户上。而纯MEMS代工厂可以同时处理多种工艺和多个客户。我们的专长是在MEMS代工厂中管理这种多样性的能力。”

技术方面，MEMS代工厂之间还有一些关键差异。通常，MEMS器件中有一个基于CMOS的专用集成电路（ASIC）。大多情况，MEMS芯片和ASIC芯片分别制造，然后通过系统级封装或键合工艺集成在一起。“对于设计者来说，封装集成的灵活性更大。” GlobalFoundries Kumar说道，“一些MEMS代工厂提供MEMS-CMOS工艺，可将两个芯片集成为单芯片，其好处是：低功耗、高速和低寄生效应。需要权衡的是制造复杂性的增加和热预算的减少。”

还有其它考虑因素。过去MEMS主要针对工业市场，售价较高；现在MEMS应用于庞大的消费电子市场，如智能手机和平板电脑。“很多MEMS产品的售价每季度降低3%~5%，”应用材料公司MEMS专家和市场战略经理Mike Rosa认为，“因为持续的成本压力，促使MEMS产品变得更小、更薄、更便宜。为了满足市场需求，MEMS代工厂提供各种堆叠技术，如2.5D中介层、3D TSV和晶圆级封装。”

应用材料公司MEMS专家和市场战略经理Mike Rosa

为了减少污染和信号串扰，Silex还开发了TSI（Through Silicon Insulator）技术，有时也称为垂直SOI（vertical SOI），TSI可在MEMS器件内部创建介质隔离区。

工艺非标 仍有挑战

在MEMS工厂里将这些技术组合就像玩碎片拼图游戏。一般来说，MEMS工艺流程尚未标准化。光刻技术在MEMS领域起着重要作用，但是并非关键促成因素。“典型的工艺流程，MEMS器件本身需要5~10步光刻，ASIC就更多了。”应用材料公司Rosa说，“MEMS领域关键工艺包括沉积（deposition）、刻蚀（etch）和物理气相沉积（PVD）。如今，MEMS器件制造中最关键的工艺是深反应离子刻蚀（DRIE）。该工艺能‘挖’很深的槽，可用于器件封装。许多MEMS器件均使用DRIE，如加速度计、陀螺仪、麦克风。”

此外，MEMS通常需要“释放腐蚀”步骤，以去除MEMS结构的牺牲层。在该市场上，最近SPTS公司收购了一家基于XeF2释放技术的公司——Xactix。SPTS公司董事长兼首席执行官William Johnson介绍：“现在我们支持硅/钼/锗和氧化硅的牺牲层释放技术。”

SPTS公司董事长兼首席执行官William Johnson

所以，换句话说，找到合适的设备和材料仍然是MEMS领域的一大挑战。“传统的半导体有国际半导体技术蓝图（ITRS）和SEMI标准，但是MEMS还没有。”应用材料公司Rosa说道。