经过三年的研发,晶圆代工厂台积电(TSMC)表示,将IC制造工艺与微机电系统(MEMS)相融合的努力将可在2006年开始有所成效。
受到TI数字光处理(DLP)技术的成功所鼓舞,TSMC认为MEMS领域的机会在增加。市场研究公司In-Stat预计,到2009年MEMS市场将从今年的80亿美元左右增长到140亿美元以上。
“尽管DLP产品的出货量与其它(MEMS)产品相比仍然很低,但销售额却非常出色。因此许多人对该领域十分感兴趣,”台积电的主流技术营销经理Claire Chen表示,“一旦IC代工厂商进入这个领域,将使MEMS设计厂商更有利可图,并能提供更有吸引力的产品功能。”
MEMS市场一直由为喷墨打印机生产微流体组件 (microfluidic device)的惠普(HP)和意法半导体(ST)、以及感应器生产商Bosch等厂商所垄断。根据一家专门研究MEMS市场的法国市调公司Yole Developpement的资料,去年上述三家公司的MEMS销售额加起来略高于10亿美元。
不过,去年TI异军突起,以9亿美元的DLP芯片销售额成为该市场的老大。DLP芯片是新型背投电视(RPTV)和投影仪的核心,后者基于一个上有上百万个微镜的微镜阵列。
不同于TI的混合集成方案把MEMS器件闩定在CMOS电路顶部,台积电希望推出一种更高集成度的方法来整合CMOS 和 MEMS。Chen未披露该项工艺的详细情形,但承认台积电仍在攻克某些障碍以努力实现这种集成技术。
在晶体管形成之前和形成期间,由于多种因素,如从晶圆表面状况的巨大差异到材料的选择限制,要把MEMS成功引入到该工艺中是相当困难的。CMOS工艺需要做的主要改变也同样施与MEMS器件。这就是为什么像ST和TI这种公司选择混合方案的原因,这种混合方案即是在IC后端互连完成之后、装配之前进行MEMS器件集成的后CMOS技术。
“对CMOS-MEMS整合技术来说,非常重要的一点是理解管理这种工艺的方法,它在成本、开发时间等方面可能是相容的或完全是相悖的,” Yole Developpement总经理Jean-Christophe Eloy指出,“这是需要时间的,因为技术很复杂,要确定在正确应用上的正确价位也是一件复杂的事。”
台积电进行产品准备的同时,许多欧美的小型代工厂经过一些迫切需要的合并之后,也纷纷开始出击。Eloy表示,虽然未来可能仍会有一些公司失败,但总体而言今年欧美的运营商应开始赢利。
Eloy认为,MEMS制造向亚洲尤其是台湾的转移将带来大量的利益。几年前,本地几家公司曾投资建造MEMS生产线。但自那时起,推动速度减慢,主要原因是器件开发周期过长。不过台湾一直通过“先进微系统与封装技术联盟(AMPA)”等组织在致力于改进它的产品,AMPA包括了台积电、台联电、日月光半导体、南亚科技、广达和少数大学及研究实验室。例如,台湾工研院搭建了一个原型实验室,提供一个MEMS设计平台和一条生产线,为许多不能负担昂贵设备的公司降低了进入门槛。
这个实验室的另一重要项目是试图将IC和MEMS的设计流程整合起来。“目前,我们还不得不一片一片地模拟MEMS和CMOS,再把它们强加在一起,看看会发生什么事,”ITRI微系统技术部门的工程副主管Peter Chang告知,“一个可共同使用的平台将使设计流程更容易。”
如果台积电明年推出一种制造工艺,对那些主要依赖于由拥有自主工艺技术的小型晶圆代工厂商组成的分散网络的MEMS设计商来说,将会是相当重要的一步进展。台积电的丰富资源不仅能改善规模经济,而且会带来标准的基础设备。这可能有助于缩短产品投入市场的时间。目前典型的产品推出时间为5到10年。
然而,甚至在台积电介入之前,就有一些人质疑,由于MEMS的特殊性质,适合多种产品的通用工艺平台可能永远不会出现。而且,持这种意见的派系指出,该领域也不可能容下多家晶圆代工厂商。
ST的MEMS业务部门主管Benedetto Vigna表示,除非获得例如喷墨头这样的高产量产品的客户,晶圆代工厂商可能在该市场很难生存。“闪存领域需要多少晶圆？数百万,”Vigna指出,“但全球的加速器呢？可能10到20万个。而一家8英?季г渤б荒昃湍苌?产30万个。这就是我为什么不相信MEMS硅代工商业模式能够和CMOS硅代工产业一样成功的原因。”
ST有两个用于MEMS生产的标准制造工艺。一个叫做Thelma,生产、加速器、陀螺仪、滤波器/谐振器和一些定制动态组件。另一个名为VenSen的工艺则用于压力和动力感应器市场。
这种标准化在MEMS领域不同寻常。产品通常是如此专业化,“每次开发一个新产品,你就需要开发一个新制造工艺,这简直是恶梦,正在摧毁这个产业,”Yole的Eloy表示,“现有制造工艺的重复使用是关键。
意法半导体的Vigna表示,MEMS设计商以开始看到了一种标准工艺的必要性,他提到,“设计商不得不做一些真正的可用于制造的东西。”
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