微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)市場呼喚優(yōu)秀代工廠

老鷹

 微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS) 的市場機(jī)會很大，而且該技術(shù)正在走向成熟。盡管沒有一種普遍適用的代工解決方案，但尋求批量生產(chǎn)能力的客戶可以從幾家具有競爭力的代工廠進(jìn)行挑選。關(guān)鍵是要找到一個具有豐富知識、經(jīng)驗和最新設(shè)備的合作伙伴，從而能幫助它以對大多數(shù)OEM最具吸引力的價格把產(chǎn)品推向市場，同時確保可制造性和質(zhì)量。 , [ z* {1 J, g5 \/ s8 \1 v8 v

在過去10年，MEMS行業(yè)催生出眾多應(yīng)用，包括經(jīng)常被提及的汽車引擎控制器、安全氣囊加速度計以及噴墨打印機(jī)頭等，而且這些器件已經(jīng)進(jìn)入大批量商業(yè)生產(chǎn)，從而驗證了所使用的基本MEMS技術(shù)、材料及工藝。的確，這些器件的商業(yè)化促使2000年出現(xiàn)一系列與MEMS有關(guān)的收購，并誕生一批試圖滿足各種應(yīng)用需求的MEMS新興公司。其中，許多公司是嘗試為新興的電信市場提供批量制造業(yè)務(wù)的MEMS代工廠。

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但截至2003年底，大多數(shù)涉及光學(xué)MEMS業(yè)務(wù)的企業(yè)都宣告失敗，而且大約一半的獨(dú)立代工廠倒閉。那么，問題出在哪里？在某些案例(尤其在電信行業(yè))中，設(shè)計過于復(fù)雜以至于在當(dāng)時的制造條件下產(chǎn)品達(dá)不到足夠的可靠性。除此之外，失敗的代工廠具有以下一些共同點。

正如MEMS工程師所了解的，MEMS器件依賴各種工藝和許多變量。只有經(jīng)過多年的工藝改進(jìn)及測試， MEMS器件才能真正被商品化。研發(fā)團(tuán)隊一般需要大量時間來搜索有關(guān)工藝及材料物理特性方面的資料。利用單一一種材料(如多晶硅)制得的器件可能需要根據(jù)多晶硅的來源及沉積方法來標(biāo)記工藝中的變化。

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失敗的商業(yè)代工廠曾試圖憑借多種工藝來抓住多個市場的多個產(chǎn)品機(jī)會，結(jié)果導(dǎo)致他們的研發(fā)時間和樣片制造變數(shù)成指數(shù)倍增長。對于小型代工廠，這是失敗的禍端。

與此同時，這些獨(dú)立代工廠(其中很多都擁有學(xué)術(shù)研發(fā)背景)只具有很少的大批量生產(chǎn)經(jīng)驗，并缺乏批量生產(chǎn)所需的典型基礎(chǔ)設(shè)備和優(yōu)化技術(shù)。流行的態(tài)度是：如果你找到一種工藝 ，客戶將自動上門。他們幾乎不關(guān)心器件是否適合現(xiàn)有設(shè)計以及客戶是否愿意為它付錢等。在RF MEMS的案例中，一些大批量消費(fèi)類設(shè)備的制造商正在尋找當(dāng)批量為1000萬時價格在10美分左右的MEMS器件。這個價格甚至包括封裝及測試成本。顯然，這一要求超出了小型代工廠的能力范圍，因此全面出擊的業(yè)務(wù)模式注定失敗。

在評估我們調(diào)查的獨(dú)立代工廠時，我們開始看到一種代工業(yè)務(wù)模式正在形成。至少在該行業(yè)具有標(biāo)準(zhǔn)的材料定義和某些形式的半標(biāo)準(zhǔn)工藝之前，它可能會成為主流。特別地，盡管余下的設(shè)計者和制造商已經(jīng)吸取必要的經(jīng)驗，并且在可制造性設(shè)計和產(chǎn)品可靠性方面取得很大的進(jìn)步，但光有這些還不足以說服OEM進(jìn)行技術(shù)更換，哪怕只是替換簡單的分立元件。

這些集成商當(dāng)然知道這項技術(shù)的優(yōu)勢，并希望為他們的客戶提供更大的價值。問題不是“如果”(因為MEMS是一項日趨成熟的技術(shù))而是“何時”。但自從2000年以來，這些主流設(shè)備供應(yīng)商已經(jīng)習(xí)慣盡力壓低其器件供應(yīng)商的價格空間來提高他們的利潤。

在這種苛刻要求下，獨(dú)立代工廠必須制造出從技術(shù)上、成本上對主流市場具有吸引力的創(chuàng)新MEMS產(chǎn)品。這種角色盡管并不容易扮演，但它是代工廠的天然職責(zé)，因為批量生產(chǎn)的MEMS可以同時減少尺寸并降低成本。不過，以一種經(jīng)濟(jì)、高效的方式來達(dá)到減小尺寸和單位成本的目標(biāo)并不是所有代工廠都容易做到的。

首先，為達(dá)到此目標(biāo)，代工廠必須擁有一些魯棒、成熟的工藝，并具備穩(wěn)定的統(tǒng)計工藝控制體系。盡管其缺點是對某些器件意味著一些特殊化處理，但主要的優(yōu)點是這些工藝將提供一個起步的基礎(chǔ)方案。

擁有這類經(jīng)過驗證的工藝意味著：首先，代工廠了解在材料、工具及人力上的基本成本。那些研發(fā)團(tuán)隊了解材料與基礎(chǔ)技術(shù)的特性。他們熟悉沉積方法、結(jié)晶粒度、某些材料對引入其他材料的反應(yīng)、典型工藝參數(shù)范圍內(nèi)的疲勞或其他故障模式以及哪些因素將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)壓力等。

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其次，對獨(dú)立代工廠非常重要的是必須擁有足夠的專業(yè)人員及設(shè)備操作員，他們的知識能夠在減少器件成本、尺寸及功耗等方面發(fā)揮重要價值。在某些情況下，代工廠將擁有自己的可制造性設(shè)計團(tuán)隊，而且在所有情況下，代工廠還應(yīng)通過整體質(zhì)量管理來提供某些形式的連續(xù)工藝改進(jìn)。

利用這些專業(yè)人員，制造商能夠?qū)⒒贛EMS的標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器的裸片尺寸從2 x 2mm壓縮至0.65 x 0.65 mm，以實現(xiàn)在單塊6英寸晶圓上產(chǎn)出25,000多個裸片，從而幫助客戶降低成本。制造商還能將壓力傳感器與DSP集成在同樣小的裸片上，以獲得瞄準(zhǔn)汽車及醫(yī)療儀器市場的高性能器件。

此外，一家好的獨(dú)立代工廠應(yīng)該投資購買降低成本所需的基礎(chǔ)設(shè)備，包括6英寸晶圓處理設(shè)備。現(xiàn)在，6英寸晶圓已成為MEMS生產(chǎn)中獲得更高產(chǎn)量的最低標(biāo)準(zhǔn)。一旦操作員熟悉它們的使用，這些先進(jìn)設(shè)備也能提供極大的優(yōu)勢。跟蹤處理技術(shù)及高級蝕刻控制技術(shù)等不僅能以更低的成本提供改進(jìn)的MEMS器件，而且還能實現(xiàn)更復(fù)雜的幾何圖案。最新的深度反應(yīng)離子蝕刻工具可提供優(yōu)質(zhì)的垂直深度蝕刻，以獲得一致的器件性能。

最后，一家擁有多年MEMS器件生產(chǎn)經(jīng)驗的優(yōu)秀代工廠通常將開發(fā)自己的增值IP，為改進(jìn)客戶的器件提供機(jī)會。這類IP可能有助于集成額外的無源器件，以節(jié)省更多空間。通過把MEMS器件與改進(jìn)的微電子電路整合在一起，這可以獲得更快、更精確的性能。

作者：Jim Knutti，總裁兼首席執(zhí)行官，Silicon Microstructures公司

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