MEMS技術的發(fā)展歷史

商業(yè)模式

Bourne表示：'MEMS產業(yè)呈波浪式發(fā)展，我們看到已涌現(xiàn)出壓力傳感器、加速計和鏡光學器件，下一波將是RF、微型繼電器和開關。它們需求量很大，但是價格壓力也很大。'

她認為硅片擴音器也是一個新興領域。在這類器件中，傳統(tǒng)擴音器振動膜由一個薄硅片膜制成。已經有公司如Akustica和丹麥的SonionMEMS A/S正在進行這方面的開發(fā)，Akustica同時也在研究硅發(fā)聲裝置的可能性。雖然尺寸小會限制輸0出功率，但這類元件能很好適用于助聽應用領域。例如把255只這種硅揚聲器放到一個裸片上不僅能提高揚聲器的響度，而且還可以對這種微型揚聲器進行8位數字選址。同樣，多個擴音器和擴音器陣列配置也能開發(fā)出新的應用領域，這種有方向的擴音器可以沿著一個空間排列，如汽車或家庭內部，這樣捕捉到的聲音還帶有位置信息。

Bourne表示：'我們所見到的是MEMS領域劃分得非常清晰。'的確，新興公司和老牌芯片及整機公司都在運輸、醫(yī)療、電信和消費類電子等領域競爭，新興公司只專注于其中一個應用部分。至于微電子方面，MEMS正成為一種可以服務于多個垂直市場的水平技術。

她還指出：'傳統(tǒng)半導體制造商表現(xiàn)出很大的興趣，但是這或許只是對其領域所出現(xiàn)問題的'膝跳反應'。畢竟工藝技術完全不同。'

但真的不同嗎?TIMA及其他一些機構指出，如果能使用標準工藝，即使是改進的最基本IC工藝也有很多優(yōu)點，因此硅片MEMS、MOEMS(微光機電系統(tǒng))和常規(guī)IC制造之間的區(qū)別只是程度不同。

情況確實就是這樣，進軍MEMS對小的芯片制造商來講更具吸引力，因為他們正受到上游集成器件制造商(IDM)和臺灣地區(qū)代工廠的沖擊。由于這些小芯片公司無法承擔深亞微米工藝技術開發(fā)和設立新工廠，他們必須找到市場切入點或完全放棄制造。

值得注意的是飛兆半導體和奧地利微系統(tǒng)公司已把MEMS加入到其能生產的器件范圍，位于加利福尼亞的Xicor 6英寸晶圓廠被Standard MEMS公司收購而轉向生產MEMS，而卓聯(lián)半導體把在英國普里茅斯的晶圓廠賣給了德國X-Fab Foundries公司，后者自稱是一家混合信號和MEMS器件代工廠。

但是還應看到迄今為止所出售的絕大多數MEMS都是由主要的半導體公司如摩托羅拉、模擬器件和TI所生產的，意法半導體也正在擴大在該領域的研究。

對于能負擔深亞微米CMOS工藝技術研究的大型芯片制造商來說，MEMS的吸引力在于能使舊的工藝技術和經多年制造已攤銷完了的晶圓廠產生更多利潤。換言之，微電子領域快淘汰的工藝在硅片MEMS制造中可以成為領先技術。

Bourne對此表示贊同，她說：'是的，很多常規(guī)IC工廠說他們能夠做。但這也并不容易，需要非常專業(yè)同時又很緊缺的技術，這些技術主要都在大學和新興公司里。'

她補充道，代工貿易模式的發(fā)展幫助了無晶圓廠元器件開發(fā)商，促進了專用MEMS代工廠的發(fā)展，如Standard MEMS、Intellisense和Cronos等公司。此外'50%的新興公司擁有自己的工廠設備，但還需要有了解工藝技術的人才。'由此也突出了對培訓的需求。

意法半導體公司MEMS事業(yè)部經理Benedetto Vigna介紹說：'意法對MEMS的研究是戰(zhàn)略性的,主要原因是我們要通過開發(fā)硅的不同特性來應對新的市場。因為MEMS可以用1微米工藝制造，這就是說我們能利用現(xiàn)有的生產設施。'

該公司一直是惠普公司熱式噴墨打印頭的供應商，此外它開發(fā)了系列慣性傳感器，包括角度和線性加速計，并為安捷倫開發(fā)了熱式光開關。意法半導體在表明硅片MEMS市場開發(fā)方向的同時，還與一家有雄厚財力支持的加州新興公司Onix Microsystems進行合作。2001年7月兩家公司同意共同開發(fā)制造帶有MEMS和ASIC的芯片組，用于Onix公司的光開關引擎，意法的批量產能將滿足Onix對芯片組的需求。

Vigna表示：'射頻MEMS的優(yōu)先級沒那么高，所以我們沒有進行商業(yè)開發(fā)，雖然我們感興趣的重要領域之一是用機械開關取代砷化鎵固態(tài)開關。'

按照Vigna的說法，業(yè)界演示的產品還存在可靠性問題。'如果是在手機中應用，你需要很低的啟動電壓，希望是5V以下，雖然手機制造商可能允許12～15V，如果他們再需要40V用于有機發(fā)光顯示器，我們可能就不用那么低的電壓。'

有一些新興公司如MicroLab聲稱已為市場準備好了RF開關，但這些器件是分立的還是與SoC集成在一起尚有待觀察。

等待標準

Vigna說：'我還是沒有看到像CMOS那樣的通用MEMS工藝出現(xiàn)，所以現(xiàn)在還存在各種工藝，但將來會走向統(tǒng)一，包括在EDA、設計、測試等各方面。標準一旦出現(xiàn)就能促使出現(xiàn)一些簡化工藝，我們如果能固定到2～3個工藝平臺上，將可以縮短MEMS進入市場的時間，因為通過經驗積累它們將變得更可靠。我相信最成功的方法是在封裝級集成CMOS和MEMS模塊，你可以銷售帶凸點的MEMS裸片以便進行倒裝焊集成。'

他介紹說：'我們正在推進兩三個主流工藝，最主要的是Thelma(微加速計厚外延層)，這是一個0.8微米工藝，帶有厚多晶硅層結構和薄多晶硅互連。'

該技術允許通過幾個'錨點'(anchor point)將硅片結構焊接在基底上，但可以在與基底本身平行的平面上自由移動。為了與傳統(tǒng)塑封技術兼容，在傳感元件上部放置一個封帽以避免成型時對移動部件造成污染。

微驅動部件也使用類似的工藝，但沒有封帽，而是增加一個靈活的鈍化層。Onix在微鏡部件上則使用第三種工藝，這是因為Thelma的多晶硅沒有制造鏡面拋光的單晶硅好。

那么MEMS的設計自動化工具將如何發(fā)展?Vigna的回答是'很慢'。 他認為：'當設計成為一門科學時EDA工具很有用，但是現(xiàn)在MEMS更像模擬電路，首先你需要標準工藝，然后才能得到標準的設計工具。'盡管現(xiàn)在的工藝技術有很多種，但在這方面還是涌現(xiàn)了一些第三方EDA工具供應商，如Ansys和Coventor等公司。

正如半導體設備制造商一樣，主要的EDA供應商如Cadence等正開始把MEMS當作一門截然不同的工程學科來對待。

Memscap本身是已一家MEMS設計自動化工具供應商，它還把自己轉變成為一家新一代專用MEMS制造商。該公司主要從事RF和光學應用，開發(fā)了一些支持這些應用的工藝。更引人注目的是它在法國格勒諾布爾本部附近建設了一個專門的MEMS晶圓廠，并通過許可協(xié)議資助臺灣地區(qū)的華新麗華公司建設晶圓廠。