微机电系统(MEMS)市场呼唤优秀代工厂

老鹰

 微机电系统(MEMS) 的市场机会很大，而且该技术正在走向成熟。尽管没有一种普遍适用的代工解决方案，但寻求批量生产能力的客户可以从几家具有竞争力的代工厂进行挑选。关键是要找到一个具有丰富知识、经验和最新设备的合作伙伴，从而能帮助它以对大多数OEM最具吸引力的价格把产品推向市场，同时确保可制造性和质量。 / X& @+ D W# Z5 c' C {5 }! I

在过去10年，MEMS行业催生出众多应用，包括经常被提及的汽车引擎控制器、安全气囊加速度计以及喷墨打印机头等，而且这些器件已经进入大批量商业生产，从而验证了所使用的基本MEMS技术、材料及工艺。的确，这些器件的商业化促使2000年出现一系列与MEMS有关的收购，并诞生一批试图满足各种应用需求的MEMS新兴公司。其中，许多公司是尝试为新兴的电信市场提供批量制造业务的MEMS代工厂。

但截至2003年底，大多数涉及光学MEMS业务的企业都宣告失败，而且大约一半的独立代工厂倒闭。那么，问题出在哪里？在某些案例(尤其在电信行业)中，设计过于复杂以至于在当时的制造条件下产品达不到足够的可靠性。除此之外，失败的代工厂具有以下一些共同点。

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正如MEMS工程师所了解的，MEMS器件依赖各种工艺和许多变量。只有经过多年的工艺改进及测试， MEMS器件才能真正被商品化。研发团队一般需要大量时间来搜索有关工艺及材料物理特性方面的资料。利用单一一种材料(如多晶硅)制得的器件可能需要根据多晶硅的来源及沉积方法来标记工艺中的变化。

失败的商业代工厂曾试图凭借多种工艺来抓住多个市场的多个产品机会，结果导致他们的研发时间和样片制造变数成指数倍增长。对于小型代工厂，这是失败的祸端。

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与此同时，这些独立代工厂(其中很多都拥有学术研发背景)只具有很少的大批量生产经验，并缺乏批量生产所需的典型基础设备和优化技术。流行的态度是：如果你找到一种工艺 ，客户将自动上门。他们几乎不关心器件是否适合现有设计以及客户是否愿意为它付钱等。在RF MEMS的案例中，一些大批量消费类设备的制造商正在寻找当批量为1000万时价格在10美分左右的MEMS器件。这个价格甚至包括封装及测试成本。显然，这一要求超出了小型代工厂的能力范围，因此全面出击的业务模式注定失败。

在评估我们调查的独立代工厂时，我们开始看到一种代工业务模式正在形成。至少在该行业具有标准的材料定义和某些形式的半标准工艺之前，它可能会成为主流。特别地，尽管余下的设计者和制造商已经吸取必要的经验，并且在可制造性设计和产品可靠性方面取得很大的进步，但光有这些还不足以说服OEM进行技术更换，哪怕只是替换简单的分立元件。

这些集成商当然知道这项技术的优势，并希望为他们的客户提供更大的价值。问题不是“如果”(因为MEMS是一项日趋成熟的技术)而是“何时”。但自从2000年以来，这些主流设备供应商已经习惯尽力压低其器件供应商的价格空间来提高他们的利润。

在这种苛刻要求下，独立代工厂必须制造出从技术上、成本上对主流市场具有吸引力的创新MEMS产品。这种角色尽管并不容易扮演，但它是代工厂的天然职责，因为批量生产的MEMS可以同时减少尺寸并降低成本。不过，以一种经济、高效的方式来达到减小尺寸和单位成本的目标并不是所有代工厂都容易做到的。

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首先，为达到此目标，代工厂必须拥有一些鲁棒、成熟的工艺，并具备稳定的统计工艺控制体系。尽管其缺点是对某些器件意味着一些特殊化处理，但主要的优点是这些工艺将提供一个起步的基础方案。

拥有这类经过验证的工艺意味着：首先，代工厂了解在材料、工具及人力上的基本成本。那些研发团队了解材料与基础技术的特性。他们熟悉沉积方法、结晶粒度、某些材料对引入其他材料的反应、典型工艺参数范围内的疲劳或其他故障模式以及哪些因素将导致结构压力等。

其次，对独立代工厂非常重要的是必须拥有足够的专业人员及设备操作员，他们的知识能够在减少器件成本、尺寸及功耗等方面发挥重要价值。在某些情况下，代工厂将拥有自己的可制造性设计团队，而且在所有情况下，代工厂还应通过整体质量管理来提供某些形式的连续工艺改进。

利用这些专业人员，制造商能够将基于MEMS的标准压力传感器的裸片尺寸从2 x 2mm压缩至0.65 x 0.65 mm，以实现在单块6英寸晶圆上产出25,000多个裸片，从而帮助客户降低成本。制造商还能将压力传感器与DSP集成在同样小的裸片上，以获得瞄准汽车及医疗仪器市场的高性能器件。

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此外，一家好的独立代工厂应该投资购买降低成本所需的基础设备，包括6英寸晶圆处理设备。现在，6英寸晶圆已成为MEMS生产中获得更高产量的最低标准。一旦操作员熟悉它们的使用，这些先进设备也能提供极大的优势。跟踪处理技术及高级蚀刻控制技术等不仅能以更低的成本提供改进的MEMS器件，而且还能实现更复杂的几何图案。最新的深度反应离子蚀刻工具可提供优质的垂直深度蚀刻，以获得一致的器件性能。

最后，一家拥有多年MEMS器件生产经验的优秀代工厂通常将开发自己的增值IP，为改进客户的器件提供机会。这类IP可能有助于集成额外的无源器件，以节省更多空间。通过把MEMS器件与改进的微电子电路整合在一起，这可以获得更快、更精确的性能。

作者：Jim Knutti，总裁兼首席执行官，Silicon Microstructures公司

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