敢问MEMS制造之路在何方？中芯国际“指点江山”
2015-11-04 22:51:59   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

2015年10月27日，中国半导体行业协会MEMS分会一届二次会员大会暨年会在苏州国际博览中心举办，中芯国际集成电路制造（上海）有限公司咨询技术总监黄河为大家演讲了题为《MEMS及圆片系统集成代工的机遇与挑战》的演讲。 中芯国际从2008年进入MEMS产业界，发展到今天已经变成国内排名第一的MEMS代工厂，可谓是行业先驱。因此，站在中芯国际的角度，黄河博士和大家探讨了MEMS行业驱动力、MEMS技术现状和趋势、MEMS和IC集成技术、晶圆级封装和系统级封装解决方案，以及中芯国际的MEMS代工厂情况。

最早的MEMS传感器从工业和汽车应用开始，发展到智能手机和可穿戴设备，再到广阔的物联网。一路走来，未来MEMS产业真正的需求是什么？黄博士指出，低功耗、低成本、多功能化，都是未来MEMS产业的发展方向。

中芯国际技术总监黄河演讲

为了适应市场运营机制，在明确未来的市场驱动因素和即将大规模增长的产品方向上，中芯国际正努力实现每月几万圆片的产能。因为中芯国际的MEMS晶圆尺寸为8英寸，没有一个大的市场容量，很难“喂饱”MEMS工厂。所以中芯国际不可能只做特种传感器。黄博士说道“上亿万级的MEMS市场才是中芯国际要做的！”

从产业发展角度而言，除了圆片代工本身，中芯国际还关注三个方面：其一，密封封装（Sealed Package）；其二，盖帽/开孔（Cap w/Hole）；其三，光学封装盖帽（Opti Cap）。黄河博士表示，中芯国际将市场上的MEMS产品分成上述三类后，再从封装和系统集成的角度来构架完整的解决方案。真正的制造技术驱动力主要有两个：一个是传感功能，另一个是制造成本。中间出现了第三个是软件功能，如下图所示。

MEMS IC制造技术的驱动力

相比CMOS代工，MEMS代工有着截然不同的特点：1、新工艺，如深硅刻蚀、晶圆键合、真空封装、TSV WLP等。2、新材料，如合金材料、磁性材料、压电材料。3、测试方法，CMOS是平面工艺，而MEMS则是立体工艺，需要专门测试方法；MEMS最关键的是机械应力和可靠性问题。。4、供应链复杂，包括MEMS芯片、ASIC芯片、划片、封装和测试（电学和机械性能）、校准等。

黄博士：“我们需要一个定制式的MEMS工艺线，因为决不能污染传统的CMOS工艺线。我们工作了这么多年，也是苦口婆心告诉大家，中芯国际在MEMS领域投了非常多的钱，但是我们还是在‘打工’阶段。国内一些代工厂宣称可以做MEMS，但是大家明白，如果真要进入MEMS，不投入几个亿是没法玩的。”

MEMS与CMOS工艺区别综述

谈完CMOS和MEMS代工的区别，黄博士给出了一张图，显示的是过去一年间他收集的MEMS各大领域最关键的东西，具有很大的参考价值。首先是CMOS集成电路，国际上主流是0.18和0.13微米工艺，甚至达到0.11微米。但是真正先进的国际厂商，已经要走到55纳米和44纳米，而且是low power。

主要MEMS领域产品的工艺路线图

电子罗盘的要求是三轴磁力计、1度以下偏差、低功耗。现在国内有人用将GMR做在CMOS上，国际大厂已经在往8英寸TMR上走，这对所有代工厂和制造厂商都产生了很大的冲击，因为这样一条生产线需要巨大的投资。但是TMR可以实现1度以下，甚至0.01-0.05度的精度，这让国际大厂不惜血本投资TMR生产线。

惯性传感器采用8寸圆片生产3轴惯性传感器已经普及，国际大厂已经开始采用8寸生产单片集成6轴组合传感器，未来将会有12寸3轴、12寸6轴。从产业发展的角度而言，这都是有可能发生的。

RF MEMS未来的发展方向将是更高的频率、更低的成本。BAW和SAW滤波器很多是6寸，未来将以8寸为主。MEMS麦克风将来将拥有更高的信噪比、敏感度、更小的尺寸。压力传感器强调灵敏度和更小的尺寸，将来可能出现8英寸或12英寸的点。气体/化学传感器是一个综合概念，但是要求很高，需要低功耗。也许一两年以内，可以直接在CMOS上做MEMS，并且用在智能手机上。最后是光辐射传感器（包括红外探测器），必须要做小、变得低功耗、高灵敏度。因为这类传感器可以用于可穿戴设备和物联网。

从上述图表可以看出，中国做MEMS与国际大厂之间的差距，也为大家指明了未来的机遇，如果可以在这些关键应用领域拔得头筹，相信中国MEMS必将崛起。

分析完MEMS制造现状，黄博士为大家展示了处于领先地位的MEMS晶圆厂，提供传感器、3D IC和3D晶圆级封装。，第一阶段主要提供CMOS图像传感器、MEMS传感器、硅通孔晶圆级封装。现阶段，在MEMS厂商供应链参差不齐的状况下，如何改变这种局面呢？黄博士指出，MEMS和CMOS供应链需要协同合作，芯片级测试和封装、设备供应商、材料供应商、产业组织之间都可以形成合作，将中国的MEMS代工扩大，与国际抗衡，这是在座MEMS企业家需要做，也是大家参加交流会的目的所在。

中芯国际如何在未来吸引到更多世界各地的客户？黄博士给出了四个答案。

1、产品定制（Product Customization）。客户可以利用中芯国际的平台定制MEMS产品模块流程。中芯国际有自己的知识产权保护，这是中芯国际成功的关键。

2、持续发展（Sustained Development）。中心国际从2008年至今，已经走过了8年，培养了一批富有经验且专业的团队。并且有长期的投入，8年的历程，所花费的经历、时间、金钱都可以证明，中芯国际坚定地走在MEMS这条道路上的决心。

3、缩短供应链（Shortened Supply Chain）。中芯国际拥有专用设备，并与外包半导体封装测试 (OSAT)展开合作来缩短供应链，避免走专业代工厂的道路。

4、加强与终端系统之间的协议（Strengthened Bonds With End System Houses）。通过多方面的合作，来完成MEMS生产的整个过程。

中芯国际吸引国际客户的策略

最后，黄博士总结道，未来应用将朝着智能感知系统的方向发展。该概念代表了未来国际传感器大厂的主流思想。智能感知系统不仅仅是传感器，还包括无线数据处理能力。这给集成化的解决方案带来了机遇与挑战。就MEMS代工而言，中芯国际提供超越高精度、完美特性、高产量、集成化的解决方案，并将在未来持续降低成本。中芯国际拥有巨大的潜力来探索晶圆级智能感知系统集成的解决方案。目前，同等面积生产MEMS，中芯国际的产值已经跃居第一。但中芯国际又不仅仅是一家CMOS代工厂，我们的8英寸MEMS代工也是重点之一。未来，中芯国际将以CMOS代工为主导，逐渐向晶圆级集成化解决方案提供商发展，进一步和国内外客户合作，实现双赢。