电子产业迫切需要新的微机电系统(MEMS)来推动感测器和物联网(IoT)的发展。根据业界分析师表示,如果期望利用物联网驱动下一轮的电子产业成长,在很大程度上必须依赖MEMS和感测器技术,才能使所有的智慧物件与现实世界进行互动。但从实现新的MEMS设计到量产,可能要花很长的时间以及高昂的代价,才能满足物联网市场的期待——除非电子产业能够找到加速MEMS开发之路。
采用现有MEMS元件的新应用正以12%的年成长率推动MEMS市场进展。然而,Yole Dveloppement执行长兼总裁Jean-Christophe Eloy表示控制工程网版权所有,除非业界能够找到如何顺利将机械元件转换为矽晶的方法,否则要加速突破性新产品量产的困难度,可能减缓未来的MEMS市场成长。
MEMS完全创新产品缺席逾十年
透过在更多应用中更广泛地采纳成熟的MEMS元件,可望让这种更小体积、更高性能且更低成本的渐进式元件创新,持续刺激感测器及其所实现的系统迈向强劲成长。去年在MEMS领域实现最快速成长的要算是安华高科技(Avago Technologies)和Qorvo(原Triquint),这是因为LTE的广泛普及对于多模手机所用的体声波(BAW)滤波器带来了很大的需求。同样地,更多应用对于MEMS麦克风和惯性感测器的强劲需求,有助于推动更多的感测器供应商进军2-3亿年营收范围的行列。
“这真的很重要,因为现在有多家公司都有潜力发展成为10亿美元的公司,”Eloy指出。
然而,仅采用现有元件类型的新应用要维持110亿美元业务的两位数成长,在时间上可能无法长久。“挑战之一在于最近完全创新的产品还是2003年时楼氏电子(Knowles)开发的MEMS麦克风。”Eloy表示控制工程网版权所有,“从那以后,都只是在整合度、更好的封装等方面带来渐进式创新。虽然这些也是非常重要的创新,但不是突破性的新产品。我们仍在等待MEMS开关、自动对焦和扬声器等产品完全过渡到大量生产阶段。”
半导体产业已经找到可在竞争前的研究领域展开合作的方式了,而且已经有了发展良好的商用基础架构来支持持续的成长,他表示。“MEMS产业需要一些变革发生,以便简化与加速设计过程,并尽快投入量产。”
根据Yole的资料显示,2014年全球MEMS营收达111亿美元
“随着到处都需要感测器来实现物联网、情境感知,尤其是对于新型生化与生医感测器的新兴需求,我认为MEMS产业的发展的确才刚刚开始,”矽谷投资业者Band of Angels SIG委员会主席Kurt Petersen表示。“价格将继续下滑,但目前开发中的新型感测机制将大幅提高精度,”对于发展中的压电麦克风、超音波手势辨识以及新的惯性技术带来巨大的潜在影响——以更高10倍的精确度大幅改善导航资讯。
Peterson认为真正有用的穿戴装置尚未被开发出来,但对于其未来的发展表示乐观。最有发展前景的是现正开发中的新一类生化感测器,例如新创公司Profusa的可植入式葡萄糖感测器,外部光学装置读取,它利用一种可调式感测器平台,在人体内侦测化学药物。
除了更好的生化和生医感测器以外,能量采集器是另一个机会。“能量采集器将会变得日趋重要,因为物联网将为其提供一个巨大的市场控制工程网版权所有,”他说。
MEMS新平台推动成长
为了能以市场要求的最快上市时间与低成本,将这些新式的MEMS元件投入量产控制工程网版权所有,推动半导体业开发出一些新的方法。
“过去客户求助于我们时通常要求采用他们自己的独特制程,但现在有越来越多的客户要求我们尽可能使用标准平台控制工程网版权所有,只需少量修改即可,”Teledyne Dalsa公司MEMS代工厂执行副总裁兼总经理Claude Jean表示。“一款产品采用一种制程的传统做法还没有被完全淘汰,但越来越多的客户倾向于利用成熟的平台来开发产品,”他补充道。
Dalsa公司正为惯性感测器、微测辐射热计、光学MEMS和压电元件提供更广泛的不同平台,并尽可能地扩展自家的设计和测试支援业务。
新平台技术也来自研发实验室。法国原子能署电子暨资讯技术实验室(CEA-Leti)的目标在于与代工厂合作,将其压阻式MEMS平台投入生产以提供给更多客户。这种技术在移动的物质利用>10nm的厚层,而将<500nm的超薄层用于边缘的压阻式元件,然后透过压缩或拉紧改变电阻来检测其运动。
“这种技术为紧密地整合多个感测器提供了替代性方法,可以协助像系统或CMOS制造商等缺少自有技术的新公司很快地开发出产品来。”CEA-Leti北美策略合作夥伴副总裁Hughes Metras并指出,CEA-Leti已经与首家取得授权的业者Tronics迅速地将其六自由度惯性感测器推向市场了。
如今,这些基本技术的成熟还意味着MEMS市场开始从一些基于共同利益的合作中寻找优势,特别是在一些设备要求或测试操作等方面。目前在测量惯性感测器性能方面还没有被广泛接受的标准,也没有像ITRS路线图那样为设备制造商定义未来需求的手段,Teledyne Dalsa的Jean指出。
“目前在MEMS市场所要求的成本和可用的先进CMOS设备之间存在着巨大的差距。”他认为,“不过,相较于为先进CMOS开发的制程,这还需要更简单且更低成本的TSV制程等技术支援。”
Teledyne Dalsa目前正与Alchimer合作开发低成本的湿式铜制程后钻孔(Via-Last) MEMS TSV途径。Teledyne DALSA的Via-Last技术采用铜钻孔,并利用Alchimer的低温电化学制程,形成具有5微米直径x100微米深完美填充的穿孔,并利用铜再分布层和镍/金UBM连接到外部。但该制程目前仅适用200mm晶圆,因此,“我们需要MEMS制造商和设备与材料供应商之间展开更加密切的合作,共同开发出更低成本的方法来推动创新进展。”他表示。