代工/設(shè)計(jì)服務(wù)崛起　MEMS專業(yè)分工雛形漸具

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈專業(yè)分工的架構(gòu)已逐漸在MEMS市場(chǎng)發(fā)酵，其中，MEMS代工廠與設(shè)計(jì)服務(wù)角色的誕生，不僅可為Fabless設(shè)計(jì)業(yè)者營(yíng)造良好的發(fā)展環(huán)境，并協(xié)助其加快產(chǎn)品開發(fā)速度，更有機(jī)會(huì)改寫過(guò)去由IDM主導(dǎo)MEMS市場(chǎng)的局面。

微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)產(chǎn)業(yè)發(fā)展日益成熟，除MEMS元件的應(yīng)用觸角已深入各個(gè)領(lǐng)域外，產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)也開始改變，尤其在半導(dǎo)體晶圓代工廠積極跨足、利基型MEMS元件代工需求涌現(xiàn)，以及MEMS設(shè)計(jì)服務(wù)成形后，MEMS供應(yīng)鏈專業(yè)分工的態(tài)勢(shì)已更加明顯，將有助未來(lái)MEMS無(wú)晶圓廠(Fabless)商業(yè)模式的發(fā)展。  
囿于MEMS元件對(duì)制程的特殊要求，盡管目前已陸續(xù)有Fabless晶片設(shè)計(jì)業(yè)者投入MEMS元件開發(fā)，但整體市場(chǎng)仍由整合元件制造商(IDM)所掌握并囊括大部分市場(chǎng)占有率，此從市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Yole D憝eloppement所公布的2010年全球前三十大MEMS公司名單中，僅應(yīng)美盛(InvenSense)一家Fabless公司，即可看出端倪。  

不過(guò)，可喜的是，隨著半導(dǎo)體晶圓代工業(yè)者與利基型MEMS代工廠擴(kuò)大MEMS代工布局，以及MEMS設(shè)計(jì)服務(wù)逐漸興起，MEMS產(chǎn)業(yè)鏈的分工已更形完備，未來(lái)，MEMS市場(chǎng)可望循著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)由IDM走向Fabless模式的發(fā)展軌跡，進(jìn)一步壯大規(guī)模。  

搶食MEMS代工商機(jī)　半導(dǎo)體廠勢(shì)力抬頭

事實(shí)上，現(xiàn)今半導(dǎo)體晶圓代工廠跨足MEMS代工業(yè)務(wù)的比例已愈來(lái)愈高，包括臺(tái)積電、聯(lián)電、全球晶圓(GlobalFoundries)，甚至中國(guó)大陸中芯半導(dǎo)體，都已積極展開布局。  

Yole D憝eloppement認(rèn)為，盡管目前大多數(shù)MEMS元件仍由IDM內(nèi)部自行生產(chǎn)，但隨著特殊MEMS元件代工需求的增加，半導(dǎo)體業(yè)者未來(lái)在MEMS代工市場(chǎng)的重要性將日益顯著。  

以2010年前二十大MEMS晶圓代工廠的發(fā)展來(lái)看，意法半導(dǎo)體(ST)仍持續(xù)穩(wěn)居龍頭寶座，并拿下將近三分之一的產(chǎn)值比重。至于Silex Microsystems則以3,700萬(wàn)美元的營(yíng)收規(guī)模排名第二，較2009年大幅成長(zhǎng)85%，成為最大的專業(yè)MEMS代工廠。此外，亞太優(yōu)勢(shì)的營(yíng)收也比2009年增加60%，成為唯一躋身前五大MEMS代工廠的臺(tái)灣業(yè)者(圖1)。  


圖1 2010年全球前二十大MEMS代工廠營(yíng)收排名 資料來(lái)源：Yole Developpement(04/2011)
因著智慧型手機(jī)、游戲機(jī)等消費(fèi)性電子產(chǎn)品對(duì)MEMS感測(cè)元件的大量需求，讓擁有8寸晶圓制造能力與豐沛產(chǎn)能的大型IDM掌握了消費(fèi)性MEMS市場(chǎng)的主導(dǎo)權(quán)。不僅如此，汽車市場(chǎng)在2010年的強(qiáng)勁復(fù)蘇也讓IDM業(yè)者受惠。反觀Fabless MEMS元件供應(yīng)商，由于賴仰晶圓廠奧援又須與大廠爭(zhēng)搶量產(chǎn)訂單，因此成長(zhǎng)相對(duì)較慢。  

Yole D憝eloppement執(zhí)行長(zhǎng)Jean Christophe Eloy表示，未來(lái)，如博世(Bosch)、意法半導(dǎo)體和Panasonic等大型IDM將持續(xù)占有大多數(shù)消費(fèi)性MEMS市場(chǎng)，然而，來(lái)自半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、同樣具有高量產(chǎn)能力的晶圓代工業(yè)者，已逐漸開始嶄露頭角，成為MEMS代工的另一重要角色。  

以臺(tái)積電來(lái)看，其2010年的MEMS代工營(yíng)收即較2009年增長(zhǎng)兩倍之多，由原本約1,000萬(wàn)美元攀升至2,000萬(wàn)美元規(guī)模。其他如XFab、Jazz半導(dǎo)體(即現(xiàn)今的TowerJazz)和聯(lián)電，雖然MEMS代工營(yíng)收規(guī)模相對(duì)仍小，但也穩(wěn)健成長(zhǎng)。中芯雖還無(wú)法躋身前二十大MEMS代工廠之列，但MEMS代工業(yè)務(wù)也有增加。至于全球晶圓也已積極展開相關(guān)布局。  

挾豐富IP/制程技術(shù)　IMT強(qiáng)攻MEMS代工市場(chǎng)

除半導(dǎo)體晶圓代工廠外，專業(yè)MEMS代工廠也看好利基型MEMS代工市場(chǎng)成長(zhǎng)潛力，戮力深耕布局。  

以IMT(Innovative Micro Technology)為例，即透過(guò)與知名大學(xué)合作開發(fā)更先進(jìn)技術(shù)，積極累積相關(guān)矽智財(cái)(IP)，并藉由標(biāo)準(zhǔn)化、模組化和平臺(tái)化MEMS制程，來(lái)增加IP功能區(qū)塊的重復(fù)使用率，以降低客戶產(chǎn)品量產(chǎn)時(shí)程與開發(fā)成本，提升在MEMS代工市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。  


圖2 IMT業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁Craig Trautman表示，豐富的IP資料庫(kù)與技術(shù)專業(yè)，是該公司的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
IMT業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁Craig Trautman(圖2)表示，每種MEMS元件均是相當(dāng)獨(dú)特的產(chǎn)品，所需的制程與封裝技術(shù)也截然不同。因此，該公司利用建立IP功能區(qū)塊資料庫(kù)的方式，來(lái)克服MEMS元件制造缺乏標(biāo)準(zhǔn)制程的問(wèn)題，并降低產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，以滿足多元應(yīng)用市場(chǎng)的MEMS代工需求。  

目前IMT可涵蓋的MEMS代工領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，除射頻切換器(RF Switch)等一般性MEMS元件代工服務(wù)外，還包括紅外線/感測(cè)器、能源、測(cè)試、生物醫(yī)學(xué)、生物科技、光學(xué)和導(dǎo)航等不同領(lǐng)域的特殊MEMS元件制造。  

Trautman指出，IMT成立至今已11年之久，而過(guò)去所累積的長(zhǎng)足經(jīng)驗(yàn)正是該公司之所以能建立IP資料庫(kù)并將MEMS制程標(biāo)準(zhǔn)化、模組化的關(guān)鍵，憑藉深厚的工程經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)，才能開發(fā)出最佳的IP，而透過(guò)這些IP的交互運(yùn)用，亦有助下一代產(chǎn)品的開發(fā)(圖3)。  


圖3　IMT將MEMS制程工序標(biāo)準(zhǔn)化、模組化與平臺(tái)化的發(fā)展情形 資料來(lái)源：IMT
不同于IDM與半導(dǎo)體晶圓代工廠在MEMS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展定位，IMT主要系鎖定高價(jià)值的利基型MEMS元件代工商機(jī)，其中，生物醫(yī)學(xué)和生物科技領(lǐng)域更是該公司營(yíng)收成長(zhǎng)最大的來(lái)源，約占整體營(yíng)收35～40%的比重。  

Trautman分析，MEMS不僅可提供更好的一致性和可靠性，且可達(dá)到低功耗、微型化、低成本及精準(zhǔn)控制等特性，并與其他電子元件相互整合，因此未來(lái)在醫(yī)療和生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力十足，成長(zhǎng)力道也相當(dāng)強(qiáng)勁。而針對(duì)此一領(lǐng)域，該公司已掌握MEMS微幫浦(Micropump)、微流體(Microfluidic)、致動(dòng)器(Actuation)和汽門(Valving)等相關(guān)制造技術(shù)。  

盡管目前MEMS市場(chǎng)多半仍由IDM所主導(dǎo)，但Trautman認(rèn)為，MEMS代工勢(shì)必成為未來(lái)趨勢(shì)，如同現(xiàn)今許多半導(dǎo)體大廠逐漸走向輕晶圓廠(Fab-lite/Foundry-lite)的情形一般，MEMS元件開發(fā)商也不希望負(fù)擔(dān)沉重的資本支出，因此，MEMS元件委外代工的后勢(shì)發(fā)展將相當(dāng)樂(lè)觀。  

事實(shí)上，IMT現(xiàn)今約有八成的客戶均為Fabless設(shè)計(jì)業(yè)者，且自數(shù)年前開始，IMT營(yíng)運(yùn)已開始獲利。Trautman進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，身處于MEMS代工產(chǎn)業(yè)相當(dāng)令人振奮，因?yàn)镸EMS元件的應(yīng)用已無(wú)所不在，并深深影響人們的日常生活，以一輛高階汽車為例，就配備多達(dá)三十顆的MEMS元件，且就整體市場(chǎng)未來(lái)幾年的年復(fù)合成長(zhǎng)率(CAGR)來(lái)看，也可達(dá)到兩位數(shù)的成長(zhǎng)，較同時(shí)期半導(dǎo)體市場(chǎng)僅個(gè)位數(shù)的增長(zhǎng)，表現(xiàn)更為出色。  [!--empirenews.page--]

為因應(yīng)客戶不同層次的代工需求，IMT除可提供從產(chǎn)品概念到大量生產(chǎn)的完整MEMS代工服務(wù)外，亦可根據(jù)客戶要求的產(chǎn)品效能規(guī)格，來(lái)完成原型開發(fā)、制程建立與量產(chǎn)等流程，或完全按照客戶的設(shè)計(jì)和指定的制造流程進(jìn)行代工生產(chǎn)。  

據(jù)了解，IMT現(xiàn)有位于加州圣巴巴拉(Santa Barbara)的廠房占地約13萬(wàn)平方尺，主要以6寸晶圓進(jìn)行生產(chǎn)，目前已開始有少量的8寸晶圓產(chǎn)能。  
設(shè)計(jì)服務(wù)興起　MEMS供應(yīng)鏈更完備
MEMS市場(chǎng)的蓬勃，除帶動(dòng)專業(yè)MEMS代工商機(jī)外，亦讓MEMS設(shè)計(jì)服務(wù)的商業(yè)模式應(yīng)運(yùn)而生，讓MEMS產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的發(fā)展，逐漸朝向類似半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)專業(yè)分工明確的架構(gòu)邁進(jìn)，除可降低MEMS元件開發(fā)的進(jìn)入門檻外，亦有助擴(kuò)大MEMS市場(chǎng)的規(guī)模。 


圖4　AMFitzgerald創(chuàng)辦人Alissa M. Fitzgerald認(rèn)為，MEMS設(shè)計(jì)服務(wù)可協(xié)助相關(guān)元件開發(fā)商降低研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。
2003年成立并專注于MEMS設(shè)計(jì)服務(wù)的AMFitzgerald創(chuàng)辦人Alissa M. Fitzgerald(圖4)表示，并非所有公司都能具備開發(fā)MEMS元件的專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)，因此，透過(guò)該公司的服務(wù)，可協(xié)助需要MEMS方案卻缺乏相關(guān)人才與技術(shù)的公司快速切入，并降低每個(gè)技術(shù)研發(fā)階段的風(fēng)險(xiǎn)。 

現(xiàn)階段，AMFitzgerald所提供的服務(wù)，包括完整設(shè)計(jì)和專案管理、可制造性與成本分析、設(shè)計(jì)模擬與最佳化、4寸或6寸晶圓制程研發(fā)、測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)、封裝和系統(tǒng)整合，以及將技術(shù)轉(zhuǎn)移至量產(chǎn)晶圓廠等。 

Fitzgerald指出，至今AMFitzgerald已服務(wù)超過(guò)七十家以上的客戶，涵蓋規(guī)模較小的新創(chuàng)公司至財(cái)星(Fortune)雜志前五百大企業(yè)，其中，大部分是不熟悉MEMS專業(yè)知識(shí)的客戶，但也有少數(shù)具備MEMS技術(shù)能力的廠商為將研發(fā)資源聚焦產(chǎn)品制造，因而委由AMFitzgerald進(jìn)行設(shè)計(jì)。至于客戶的應(yīng)用領(lǐng)域則相當(dāng)多元，主要以工業(yè)用感測(cè)器、醫(yī)療、半導(dǎo)體、生物科技、影像、太陽(yáng)能和材料等范疇居多(圖5)。 


圖5　AMFitzgerald主要客戶群分布 資料來(lái)源：AMFitzgerald
然而，不可諱言的，MEMS設(shè)計(jì)服務(wù)或晶圓代工市場(chǎng)規(guī)模若要進(jìn)一步擴(kuò)大，F(xiàn)abless設(shè)計(jì)業(yè)者將是不可或缺的關(guān)鍵觸媒，但以目前MEMS元件制造商通常須耗費(fèi)4,000～6,000萬(wàn)美元，并投入4～7年的時(shí)間才能開發(fā)出一款產(chǎn)品的情況來(lái)看，非常不利Fabless設(shè)計(jì)業(yè)者的發(fā)展。 

對(duì)此，F(xiàn)itzgerald分析，由于MEMS缺乏標(biāo)準(zhǔn)制程，因此，元件制造商必須在建立完制程后，才能進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證，導(dǎo)致研發(fā)時(shí)間與費(fèi)用大幅增加。不過(guò)，一旦未來(lái)MEMS制程逐漸標(biāo)準(zhǔn)化，且相關(guān)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)工具更加成熟，這個(gè)問(wèn)題即可獲得改善，并促成Fabless設(shè)計(jì)公司在MEMS市場(chǎng)更加活躍，而屆時(shí)，MEMS產(chǎn)品的數(shù)量也將大量激增。 

值得注意的是，所謂MEMS制程的標(biāo)準(zhǔn)化，并非如互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)制程一般適用多種產(chǎn)品制造，而是將MEMS不同制程工序標(biāo)準(zhǔn)化、模組化，讓制造商可根據(jù)產(chǎn)品的需要配置適合的制程。Fitzgerald進(jìn)一步解釋，每種MEMS元件的制程工序的排列組合不盡相同，因此，透過(guò)將微影(Lithography)、深蝕刻(Deep Silicon Etch)或沉積(Deposition)等制程工序加以標(biāo)準(zhǔn)化，即可像樂(lè)高積木一樣，按照MEMS元件的需求，隨意組合調(diào)整，這與半導(dǎo)體制程的開發(fā)概念截然不同。 

此外，針對(duì)市場(chǎng)人士提出將產(chǎn)品發(fā)展已相當(dāng)成熟的加速度計(jì)(Accelerometer)制程標(biāo)準(zhǔn)化的看法，F(xiàn)itzgerald則認(rèn)為，專利問(wèn)題將是首要須克服的問(wèn)題。她表示，仔細(xì)觀察意法半導(dǎo)體、Bosch Sensortec和飛思卡爾(Freescale)等加速度計(jì)大廠的產(chǎn)品規(guī)格即可發(fā)現(xiàn)，三家產(chǎn)品外觀與封裝雖大同小異，但內(nèi)部構(gòu)造卻天差地別，這意味同樣的加速度計(jì)產(chǎn)品，可以許多技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，因此，在如此激烈競(jìng)爭(zhēng)的產(chǎn)品市場(chǎng)中，很容易面臨專利侵權(quán)的問(wèn)題，即便是采取全新制程技術(shù)的產(chǎn)品，亦不可不慎。 

除代工廠、設(shè)計(jì)服務(wù)商的出現(xiàn)可刺激MEMS市場(chǎng)的蓬勃外，致力推動(dòng)MEMS發(fā)展的MEMS產(chǎn)業(yè)小組(MIG)亦積極整合相關(guān)技術(shù)、市場(chǎng)與產(chǎn)品資源，以協(xié)助更多業(yè)者進(jìn)入MEMS領(lǐng)域。目前，MEMS產(chǎn)業(yè)小組已有一百家多家MEMS相關(guān)業(yè)者加入，除訊息分享交流外，也會(huì)提供可靠的產(chǎn)業(yè)資料協(xié)助MEMS技術(shù)的演進(jìn)，同時(shí)促進(jìn)MEMS技術(shù)和產(chǎn)品的商業(yè)應(yīng)用與發(fā)展。 

由此可見(jiàn)，MEMS產(chǎn)品與制程的特殊性，并未局限相關(guān)業(yè)者的發(fā)展空間，反而在更多廠商加入后，讓整體供應(yīng)鏈更加完備，再加上產(chǎn)業(yè)組織的共同推動(dòng)，MEMS產(chǎn)業(yè)將大有可為。