微機電系統(MEMS)市場呼喚優秀代工廠

老鷹

 微機電系統(MEMS) 的市場機會很大，而且該技術正在走向成熟。盡管沒有一種普遍適用的代工解決方案，但尋求批量生產能力的客戶可以從幾家具有競爭力的代工廠進行挑選。關鍵是要找到一個具有豐富知識、經驗和最新設備的合作伙伴，從而能幫助它以對大多數OEM最具吸引力的價格把產品推向市場，同時確保可制造性和質量。

在過去10年，MEMS行業催生出眾多應用，包括經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頭等，而且這些器件已經進入大批量商業生產，從而驗證了所使用的基本MEMS技術、材料及工藝。的確，這些器件的商業化促使2000年出現一系列與MEMS有關的收購，并誕生一批試圖滿足各種應用需求的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務的MEMS代工廠。

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但截至2003年底，大多數涉及光學MEMS業務的企業都宣告失敗，而且大約一半的獨立代工廠倒閉。那么，問題出在哪里？在某些案例(尤其在電信行業)中，設計過于復雜以至于在當時的制造條件下產品達不到足夠的可靠性。除此之外，失敗的代工廠具有以下一些共同點。

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正如MEMS工程師所了解的，MEMS器件依賴各種工藝和許多變量。只有經過多年的工藝改進及測試， MEMS器件才能真正被商品化。研發團隊一般需要大量時間來搜索有關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多晶硅的來源及沉積方法來標記工藝中的變化。

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失敗的商業代工廠曾試圖憑借多種工藝來抓住多個市場的多個產品機會，結果導致他們的研發時間和樣片制造變數成指數倍增長。對于小型代工廠，這是失敗的禍端。

與此同時，這些獨立代工廠(其中很多都擁有學術研發背景)只具有很少的大批量生產經驗，并缺乏批量生產所需的典型基礎設備和優化技術。流行的態度是：如果你找到一種工藝 ，客戶將自動上門。他們幾乎不關心器件是否適合現有設計以及客戶是否愿意為它付錢等。在RF MEMS的案例中，一些大批量消費類設備的制造商正在尋找當批量為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，因此全面出擊的業務模式注定失敗。

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在評估我們調查的獨立代工廠時，我們開始看到一種代工業務模式正在形成。至少在該行業具有標準的材料定義和某些形式的半標準工藝之前，它可能會成為主流。特別地，盡管余下的設計者和制造商已經吸取必要的經驗，并且在可制造性設計和產品可靠性方面取得很大的進步，但光有這些還不足以說服OEM進行技術更換，哪怕只是替換簡單的分立元件。

這些集成商當然知道這項技術的優勢，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)而是“何時”。但自從2000年以來，這些主流設備供應商已經習慣盡力壓低其器件供應商的價格空間來提高他們的利潤。

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在這種苛刻要求下，獨立代工廠必須制造出從技術上、成本上對主流市場具有吸引力的創新MEMS產品。這種角色盡管并不容易扮演，但它是代工廠的天然職責，因為批量生產的MEMS可以同時減少尺寸并降低成本。不過，以一種經濟、高效的方式來達到減小尺寸和單位成本的目標并不是所有代工廠都容易做到的。

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

擁有這類經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。那些研發團隊了解材料與基礎技術的特性。他們熟悉沉積方法、結晶粒度、某些材料對引入其他材料的反應、典型工藝參數范圍內的疲勞或其他故障模式以及哪些因素將導致結構壓力等。

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其次，對獨立代工廠非常重要的是必須擁有足夠的專業人員及設備操作員，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計團隊，而且在所有情況下，代工廠還應通過整體質量管理來提供某些形式的連續工藝改進。

利用這些專業人員，制造商能夠將基于MEMS的標準壓力傳感器的裸片尺寸從2 x 2mm壓縮至0.65 x 0.65 mm，以實現在單塊6英寸晶圓上產出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，以獲得瞄準汽車及醫療儀器市場的高性能器件。

此外，一家好的獨立代工廠應該投資購買降低成本所需的基礎設備，包括6英寸晶圓處理設備。現在，6英寸晶圓已成為MEMS生產中獲得更高產量的最低標準。一旦操作員熟悉它們的使用，這些先進設備也能提供極大的優勢。跟蹤處理技術及高級蝕刻控制技術等不僅能以更低的成本提供改進的MEMS器件，而且還能實現更復雜的幾何圖案。最新的深度反應離子蝕刻工具可提供優質的垂直深度蝕刻，以獲得一致的器件性能。

最后，一家擁有多年MEMS器件生產經驗的優秀代工廠通常將開發自己的增值IP，為改進客戶的器件提供機會。這類IP可能有助于集成額外的無源器件，以節省更多空間。通過把MEMS器件與改進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，總裁兼首席執行官，Silicon Microstructures公司

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