SEMI在2019年發(fā)布的報告《2018至2023MEMS及傳感器產(chǎn)能報告（MEMS & Sensors Fab Report to 2023）》中指出，受到通信、運輸、醫療、移動(dòng)、工業(yè)和其他物聯(lián)網(wǎng)應用需求驅動(dòng)，2018年到2023年，全球MEMS和傳感器制造產(chǎn)能預計將增長(cháng)25％。報告預測到2023年，MEMS代工廠(chǎng)將占所有MEMS和傳感器產(chǎn)線(xiàn)的46％。
文︱蘇嵐 李嬌陽(yáng)
圖 |網(wǎng)絡(luò )
MEMS的英文全稱(chēng)是Micro-Electro-Mechanical System，即微機電系統，它的尺寸通常在幾毫米乃至更小，它是一個(gè)獨立的智能系統。MEMS是目前備受關(guān)注的技術(shù)之一，它也是一種典型的多學(xué)科交叉的前沿性研究技術(shù)，涉及多種學(xué)科領(lǐng)域，如電子、機械、材料、制造、物理、化學(xué)、生物以及信息與自動(dòng)控制等，它被認為是構建物聯(lián)網(wǎng)基礎物理感知層傳感器的最主要選擇之一。
那MEMS有哪些優(yōu)點(diǎn)讓它備受關(guān)注呢？首先當然是微型化，MEMS器件的體積都具有體積小，重量輕，慣性小，耗能低，諧振頻率高等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)對于許多領(lǐng)域的應用，尤其是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應用和發(fā)展至關(guān)重要。
第二個(gè)是集成化，可以把多個(gè)具有不同功能、不同敏感方向或制動(dòng)方向的傳感器集成于一體，形成微傳感器陣列，也可以把多種功能的器件集成在一起，形成更為復雜的微系統，為傳感器和微電子器件的集成制造出具有更高可靠性和穩定性的MEMS產(chǎn)品。
還有一個(gè)重要的特點(diǎn)就是MEMS可以批量化生產(chǎn)，采用硅微加工工藝在一片硅片上可同時(shí)制造上千個(gè)MEMS裝置或完整的MEMS器件，這可以大大降低成本。
MEMS與CMOS的關(guān)聯(lián)
提起MEMS，總會(huì )聯(lián)想到CMOS。CMOS是標準半導體制造工藝，而MEMS模塊中很多會(huì )用到CMOS器件，從某種程度上而言，MEMS可以看作是CMOS的擴展，但兩者也有很大區別。
MEMS與CMOS的根本區別在于：MEMS是帶活動(dòng)部件的三維器件，而CMOS則是二維器件。因此，雖然它們在刻蝕和沉積等許多制程工藝是相似的，但MEMS在失效機理等方面更獨特。例如，由于CMOS器件沒(méi)有活動(dòng)部件，因此它不需要釋放工藝，而MEMS器件需要在熱、靜電、磁場(chǎng)等驅動(dòng)下執行動(dòng)作，當活動(dòng)部件粘在器件表面上導致設備故障時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生靜摩擦，而CMOS沒(méi)有此類(lèi)問(wèn)題。所以CMOS封裝相對簡(jiǎn)單，但MEMS則非常復雜，不能采用CMOS的傳統方法進(jìn)行封裝，通常需要定制化。
需要在一些如熱驅動(dòng)、靜電驅動(dòng)、磁驅動(dòng)下執行動(dòng)作，不能采用CMOS傳統方法進(jìn)行封裝
一家MEMS設備公司人員在談到MEMS和CMOS的區別時(shí)表示：CMOS器件是在硅材料上逐層制作而成。雖然蝕刻和沉積是標準工藝，但它們主要使用光刻和等離子蝕刻在裸片上創(chuàng )建圖案。而MEMS則是采用體硅加工工藝嵌入到硅中，或通過(guò)表面微加工技術(shù)在硅的頂部形成。在生物和醫療領(lǐng)域，很多都采用玻璃和塑料而非硅片來(lái)作為MEMS基底從而降低成本。
MEMS市場(chǎng)狀況
SEMI在2019年發(fā)布的報告《2018至2023MEMS及傳感器產(chǎn)能報告（MEMS & Sensors Fab Report to 2023）》中指出，受到通信、運輸、醫療、移動(dòng)、工業(yè)和其他物聯(lián)網(wǎng)應用需求驅動(dòng)，2018年到2023年，全球MEMS和傳感器制造產(chǎn)能預計將增長(cháng)25％。報告預測到2023年，MEMS代工廠(chǎng)將占所有MEMS和傳感器產(chǎn)線(xiàn)的46％。
根據法國咨詢(xún)公司Yole曾公布的MEMS廠(chǎng)商銷(xiāo)售額前30名排行榜中，博通和博世名列前兩名，日本廠(chǎng)商如TDK、松下等也在MEMS領(lǐng)域表現出色。中國有兩家廠(chǎng)商入圍Yole榜單，分別為歌爾股份（Goertek）和瑞聲科技（AAC）。而耐威科技通過(guò)收購S(chǎng)ilex Microsystems AB公司后在MEMS代工領(lǐng)域處于領(lǐng)先的位置。敏芯微電子在硅麥領(lǐng)也域取得不錯進(jìn)展，近期正在謀求科創(chuàng )板上市，不過(guò)敏芯與歌爾之間因市場(chǎng)競爭而起的糾紛也是最近的行業(yè)熱點(diǎn)話(huà)題。
雖然近幾年中國在MEMS領(lǐng)域的投入不斷增加，但中國和國外的技術(shù)和產(chǎn)品差距還是相當大的。中國在MEMS應用的內部開(kāi)發(fā)方面也落后其它國家。尤其，目前中國還面臨美國對于半導體設備等方面的制裁，勢必進(jìn)一步延緩MEMS技術(shù)的研發(fā)和制造的腳步，同時(shí)其它國家還在不斷推進(jìn)對MEMS技術(shù)和設備的研究和發(fā)展，多方面的不利因素都會(huì )影響我們迎頭趕上的速度。
尤其，MEMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度非?？?，需要更強的創(chuàng )新力，而且大多數MEMS器件都是專(zhuān)用的，市場(chǎng)規模不像CMOS器件有那樣大的體量，因此，技術(shù)是關(guān)鍵，在加大生產(chǎn)投資的同時(shí)，也需要專(zhuān)注對MEMS技術(shù)的研發(fā)，只有真正在技術(shù)上持續投入，才有可能縮小與先進(jìn)國家之間的差距。
總結
隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)和5G時(shí)代來(lái)臨，對于MEMS器件的需求量肯定會(huì )越來(lái)越大。有市場(chǎng)研究公司估計，2023年僅RF MEMS市場(chǎng)規模就將達到150億美元。這是一個(gè)誘人的蛋糕，但首先得有足夠的實(shí)力才能共享市場(chǎng)紅利。在目前復雜的市場(chǎng)形勢下，專(zhuān)注技術(shù)研發(fā)才是制勝之道，投機取巧或可以一時(shí)在市場(chǎng)上賺到錢(qián)，但一直投機總會(huì )把市場(chǎng)份額都送出去。
END
