移動(dòng)裝置需求大MEMS封裝邁向標(biāo)準(zhǔn)化
Yole Developpement半導(dǎo)體封裝市場(chǎng)研究部門經(jīng)理Jerome Baron
隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)感測(cè)器在行動(dòng)裝置上逐漸普及，2012～2017年間，相關(guān)元件的單位出貨量年復(fù)合成長(zhǎng)率(CAGR)將達(dá)到20%(圖1)，營(yíng)收也有13%的優(yōu)異比現(xiàn)，等于是IC封裝單位數(shù)的兩倍，以及IC營(yíng)收市值的三倍以上。
盡管MEMS封裝、組裝、測(cè)試及檢驗(yàn)校對(duì)只占整體市場(chǎng)的一小部分，但今年卻將有高達(dá)14億美元的營(yíng)收，并可望在2016年提升至23億美元規(guī)模。特別是MEMS裝置現(xiàn)僅約30%由代工業(yè)者封裝，約等于全部IC封裝量的50%，因此對(duì)代工產(chǎn)業(yè)而言還有非常大的營(yíng)收成長(zhǎng)空間。
鎖定行動(dòng)裝置應(yīng)用商機(jī) MEMS業(yè)者另辟委外代工蹊徑
MEMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展正快速轉(zhuǎn)往大量消費(fèi)型的市場(chǎng)型態(tài)，雖部分特殊需求及高效能應(yīng)用仍須客制化的特殊封裝，但愈來(lái)愈多的消費(fèi)型行動(dòng)應(yīng)用很快就會(huì)主宰MEMS產(chǎn)業(yè)的營(yíng)收及數(shù)量，單在2011年MEMS產(chǎn)業(yè)的營(yíng)收就有高達(dá)一半以上來(lái)自消費(fèi)型應(yīng)用。其中四種主要裝置包括加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)和麥克風(fēng)，占2011年所有MEMS裝置數(shù)的一半以上(含汽車用)。
圖1 2010～2016年全球IC封裝與MEMS封裝出貨量預(yù)測(cè)
隨著智慧型手機(jī)需求持續(xù)成長(zhǎng)，MEMS出貨量也將隨之攀升，預(yù)估2011～2016年，將由三億顆遽增至八億顆，而目前每支智慧型手機(jī)約具備四到八個(gè)MEMS裝置的數(shù)量也會(huì)顯著成長(zhǎng)(圖2)。
圖2 MEMS元件在智慧型手機(jī)中的應(yīng)用正快速激增
舉例來(lái)說(shuō)，導(dǎo)航功能的精確度已成智慧型手機(jī)的重要功能指標(biāo)，因此三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀、三軸電子羅盤及壓力感測(cè)器將扮演更重要的角色。此外，具備四個(gè)以上麥克風(fēng)的手機(jī)亦可有效降低噪音，并在不同的環(huán)境中發(fā)出更好的音質(zhì)，亦將帶動(dòng)MEMS麥克風(fēng)導(dǎo)入需求。
至于更精密繁復(fù)的MEMS頻寬轉(zhuǎn)換器、過(guò)濾器及振蕩器則可改善手機(jī)收訊，并提供使用者轉(zhuǎn)換頻寬的選擇；手機(jī)前后的鏡頭加上MEMS影像穩(wěn)定及自動(dòng)對(duì)焦元件，亦能達(dá)到更高的照片品質(zhì)。不僅如此，手機(jī)也可望新增MEMS微投影功能，預(yù)計(jì)未來(lái)每支手機(jī)將使用超過(guò)十五個(gè)以上MEMS裝置，促進(jìn)整體MEMS元件產(chǎn)量呈現(xiàn)前所未見(jiàn)的成長(zhǎng)，而其他手機(jī)晶片用量則會(huì)顯著下降。
由于傳統(tǒng)MEMS產(chǎn)業(yè)為整合元件制造(IDM)型態(tài)，無(wú)晶圓廠MEMS業(yè)者在這些手機(jī)應(yīng)用的新感測(cè)器應(yīng)用科技上取得領(lǐng)先，后續(xù)結(jié)合委外封裝業(yè)者后將能順利供應(yīng)所需裝置。然而，消費(fèi)性電子市場(chǎng)往往訴求大量、低成本的元件，因此，IDM業(yè)者須與更多外包半導(dǎo)體組裝和封測(cè)業(yè)者結(jié)盟，才能開(kāi)辟大型產(chǎn)能需求下的次要供應(yīng)鏈。
迎合大量/低成本市場(chǎng)特性 MEMS共通性封裝平臺(tái)勢(shì)起
完全客制化封裝的MEMS元件相當(dāng)耗能費(fèi)時(shí)，很難在瞬息萬(wàn)變的消費(fèi)市場(chǎng)中生存；因此，預(yù)估MEMS封裝技術(shù)將逐漸朝具共通性的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)方向發(fā)展，至少像麥克風(fēng)、非慣性感測(cè)器及壓力計(jì)等主流元件將是如此。
而這些市場(chǎng)中，主流業(yè)者所使用的技術(shù)，將促使各種技術(shù)匯流成幾種共通性封裝平臺(tái)。如晶圓級(jí)封裝(WLP)跟直通矽穿孔(TSV)的串聯(lián)、結(jié)合微型導(dǎo)線架 (Leadframes)的系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)模組，或是運(yùn)用成型(Molded)或模穴(Cavity)封裝的晶片陣列。
舉例來(lái)說(shuō)，目前幾個(gè)封裝擴(kuò)音器的方式是在金屬蓋下將MEMS與特殊應(yīng)用積體電路(ASIC)在SiP模組上打線接合，并將這個(gè)模組置放在球閘陣列/柵格陣列 (BGA/LGA)壓合的印刷電路板(PCB)上，以空氣檢查孔連接，就是一種一般性平臺(tái)的方式。
未來(lái)，MEMS走向平臺(tái)式技術(shù)的轉(zhuǎn)變，將使原先IC領(lǐng)域的基板供應(yīng)商及封裝承包商逐步開(kāi)發(fā)出各種共通性平臺(tái)技術(shù)，讓各種需要MEMS封裝技術(shù)的產(chǎn)品更容易設(shè)計(jì)。
舉例而言，臺(tái)灣的欣興電子目前正在研發(fā)新型MEMS鉆孔制程，期能制作出適合各式各樣MEMS應(yīng)用的基板，藉此賦予BGA及LGA基板技術(shù)新的生命。無(wú)獨(dú)有偶，同欣電子同樣也在發(fā)展可重復(fù)使用的裝置，希望能加速各種需要MEMS封裝產(chǎn)品的發(fā)展。
MEMS成本議題發(fā)酵 復(fù)合式感測(cè)器需求急攀
除透過(guò)共通性封裝，加速M(fèi)EMS產(chǎn)品上市外，生產(chǎn)成本壓力也將使MEMS逐漸簡(jiǎn)化為多重晶粒一次復(fù)合封裝。盡管此種復(fù)合式封裝方式在中后段制程更加復(fù)雜， 但預(yù)估采用此一封裝的MEMS感測(cè)器數(shù)量將快速取代單獨(dú)感測(cè)器，且成為未來(lái)支撐非慣性感測(cè)器市場(chǎng)成長(zhǎng)的主要力量，預(yù)計(jì)2017年可望上看17億美元。
整合多重感測(cè)器的非慣性模組因共用同一封裝及特殊應(yīng)用積體電路(ASIC)，成本可顯著降低；同時(shí)也能交叉校正各個(gè)感測(cè)器的數(shù)據(jù)，藉此提高元件效能。但相 對(duì)來(lái)說(shuō)，要有效處理更多數(shù)據(jù)，就須具備比目前標(biāo)準(zhǔn)打線接合更簡(jiǎn)短快速的連接元件，方能降低感測(cè)器飄移，并獲得更精確的定位感測(cè)等延伸功能。
此一發(fā)展走向會(huì)驅(qū)使MEMS模組朝矽中介板(Interposer)及矽穿孔(TSV)解決方案演進(jìn)，意味著未來(lái)模組須以大量高良率的晶粒組裝，才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益，接著再測(cè)試及交叉校正模組里頭的六個(gè)、九個(gè)或十個(gè)感測(cè)器軸。
因應(yīng)此一趨勢(shì)，MEMS業(yè)者將須提供用戶這種復(fù)雜多重元件系統(tǒng)外的第二選擇。以MEMS加速計(jì)為例，封裝、組裝及檢測(cè)現(xiàn)占制造成本的35～45%左右，比起MEMS晶?；駻SIC都來(lái)的多，而復(fù)合型模組因在制作更加復(fù)雜，預(yù)計(jì)將會(huì)提升封裝及測(cè)試的價(jià)值。
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