高價(jià)值應(yīng)用推波助瀾 MEMS市場(chǎng)版圖持續(xù)擴(kuò)大
[導(dǎo)讀]MEMS成功挺進(jìn)消費(fèi)性電子應(yīng)用后，更加受到矚目。矽谷也掀一股MEMS風(fēng)潮，除可見MEMS新創(chuàng)公司如雨后春筍冒出，創(chuàng)立多時(shí)的MEMS晶圓代工廠也因訂單的增加，新興應(yīng)用的崛起，加上制程技術(shù)的突破，明顯感受MEMS產(chǎn)業(yè)倒吃甘蔗
MEMS成功挺進(jìn)消費(fèi)性電子應(yīng)用后，更加受到矚目。矽谷也掀一股MEMS風(fēng)潮，除可見MEMS新創(chuàng)公司如雨后春筍冒出，創(chuàng)立多時(shí)的MEMS晶圓代工廠也因訂單的增加，新興應(yīng)用的崛起，加上制程技術(shù)的突破，明顯感受MEMS產(chǎn)業(yè)倒吃甘蔗的滋味。
根據(jù)iSuppli資料顯示，2006～2014年MEMS產(chǎn)業(yè)的年復(fù)合成長(zhǎng)率(CAGR)達(dá)11.6%，其中，雖然行動(dòng)與消費(fèi)性電子應(yīng)用仍蔚為大宗，但是諸如工業(yè)/處理控制、醫(yī)療電子、航太、國防、保全與有線通訊等高價(jià)值的應(yīng)用也貢獻(xiàn)良多。
圖1 IMT事業(yè)發(fā)展副總裁Craig T. Trautman表示，IMT將持續(xù)投資與開發(fā)可重復(fù)使用的MEMS標(biāo)準(zhǔn)化制程、模組與平臺(tái)。
成立于2000年的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)晶圓代工廠IMT，因未在亞洲設(shè)立據(jù)點(diǎn)，讓亞洲媒體誤以為是新公司，然該公司已成立逾10年，IMT事業(yè)發(fā)展副總裁Craig T. Trautman(圖1)表示，事實(shí)上，IMT是全美最大的純MEMS晶圓代工廠，不但擁有自家的廠房與設(shè)備，且是獲利多年的公司。
目前擁有一百名員工的IMT，仍持續(xù)擴(kuò)大人員編置，有關(guān)該公司的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，Trautman強(qiáng)調(diào)，IMT是全球最精確、最快、最靈敏與最復(fù)雜的MEMS晶圓代工廠，同時(shí)也在大量生產(chǎn)上擁有領(lǐng)導(dǎo)地位，目前已交貨逾六千二百萬顆MEMS交換器。此外，透過與客戶共同合作，IMT亦可提供量身訂制的解決方案。
回顧1995年的MEMS市場(chǎng)，當(dāng)時(shí)市場(chǎng)產(chǎn)值僅15億美元，在市場(chǎng)規(guī)模如此小的情況下，不但純MEMS晶圓代工廠很難存活，技術(shù)的投資也只注重如何將感測(cè)器做得更好，應(yīng)用領(lǐng)域則局限于安全氣囊加速度計(jì)、噴墨印表機(jī)讀寫頭與壓力感測(cè)器等。
MEMS產(chǎn)值15年漲四倍
Trautman指出，2010年MEMS產(chǎn)值躍升為60億美元，其中，晶圓代工廠產(chǎn)值即占5億美元，各種技術(shù)的投資已相當(dāng)廣泛，包括晶圓級(jí)封裝(WLP)、矽穿孔(TSV)、三維(3D)結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)化模組與平臺(tái)等。而應(yīng)用范圍也已包羅萬象，舉凡多軸加速度計(jì)、陀螺儀、光學(xué)轉(zhuǎn)換的鏡片陣列、整合機(jī)械振蕩器的半導(dǎo)體晶片、用于制造、保全與醫(yī)藥的生化感測(cè)器等皆相當(dāng)普遍。
MEMS元件技術(shù)迭有突破
擁有MEMS時(shí)脈市場(chǎng)高達(dá)85%市占率的SiTime，也在MEMS市場(chǎng)逐漸擴(kuò)大與相關(guān)技術(shù)不斷精進(jìn)下，營(yíng)收迅速增加。
SiTime執(zhí)行長(zhǎng)Rajesh Vashist表示，截至2010年10月，SiTime已出貨三億顆產(chǎn)品，預(yù)估2009～2015年的年復(fù)合成長(zhǎng)率(CAGR)將高達(dá)99%。該公司善用矽的特性，不斷提升MEMS元件在性能、品質(zhì)與成本的優(yōu)勢(shì)。與石英元件相比較，SiTime的振蕩器無論在產(chǎn)品供貨期、可編程的靈活性、成本、耐用性與可靠性皆略勝一籌。
繼全矽振蕩器，SiTime于日前又推出業(yè)界第一顆全矽 MEMS諧振器(Resonator)，再度驗(yàn)證半導(dǎo)體優(yōu)于石英的特質(zhì)。由于利用標(biāo)準(zhǔn)IC塑膠封裝整合在主晶片中，可去除電子系統(tǒng)外所有外掛即時(shí)計(jì)時(shí)元件，不僅提升不少成本效益，且創(chuàng)下全矽時(shí)脈±5PPM頻率穩(wěn)定性的紀(jì)錄，目標(biāo)瞄準(zhǔn)20億美元的諧振器市場(chǎng)。
SiTime時(shí)脈產(chǎn)品必須經(jīng)過該公司實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)格測(cè)試，確保頻率穩(wěn)定性。
Vashist指出，SiTime是業(yè)界唯一成功針對(duì)時(shí)脈市場(chǎng)中振諧器、振蕩器與時(shí)脈產(chǎn)生器提出全面解決方案的公司。在成功打入15億美元的振蕩器市場(chǎng)后，該公司于日前再接再厲推出適用于即時(shí)時(shí)脈晶片與即時(shí)計(jì)時(shí)應(yīng)用的MEMS諧振器，進(jìn)軍年產(chǎn)量一百二十億顆、產(chǎn)值高達(dá)20億美元的諧振器市場(chǎng)。
SiTime晶片目標(biāo)取代石英元件
圖2 SiTime行銷副總裁Piyush Sevalia強(qiáng)調(diào)，未來的時(shí)脈產(chǎn)品將同時(shí)擁有性能、品質(zhì)與成本等優(yōu)勢(shì)。
SiTime行銷副總裁Piyush Sevalia(圖2)則補(bǔ)充說明，透過打線或覆晶的方式，該諧振器可與系統(tǒng)單晶片(SoC)、特定應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)與特定應(yīng)用積體電路(ASIC)等主晶片裸片整合，并采用標(biāo)準(zhǔn)塑膠晶片封裝，有助于系統(tǒng)廠商縮小產(chǎn)品尺寸，尤其減少其他的元件，不但可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，加快產(chǎn)品上市時(shí)程，更可降低成本。該諧振器的尺寸也是一大優(yōu)勢(shì)，僅為最小的32.768kHz傳統(tǒng)石英諧振器的十分之一。
針對(duì)矽諧振器與傳統(tǒng)石英產(chǎn)品的比較，SiTime首席科學(xué)官Aaron Patridge(圖3)分析，SiTime的矽諧振器具有更佳的頻率穩(wěn)定性，可在不同溫度范圍、不同電壓變化與不同制程下保持±5PPM頻率的穩(wěn)定性，反觀石英諧振器，受焊接與回流焊等影響所造成的頻率誤差則是眾所周知的事實(shí)。無庸置疑，矽諧振器將可提升終端產(chǎn)品效能與可靠性，同時(shí)也減輕系統(tǒng)商的設(shè)計(jì)與采購元件等工作。
欠缺標(biāo)準(zhǔn)/EDA工具 MEMS挑戰(zhàn)重重
圖3 SiTime首席科學(xué)官Aaron Patridge指出，該公司全矽MEMS諧振器可替代32kHz石英晶體。
盡管MEMS產(chǎn)業(yè)逐漸拓展版圖，眼前面臨的挑戰(zhàn)仍不少，Trautman不諱言，由于MEMS產(chǎn)業(yè)缺乏標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致目前針對(duì)每一種產(chǎn)品皆需要自成一格的制程與封裝，再加上相對(duì)于互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)產(chǎn)業(yè)，MEMS的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)工具也較不成熟，在在影響未來的發(fā)展。Trautman預(yù)測(cè)，MEMS產(chǎn)業(yè)未來將走向更完全的整合，屆時(shí)，勢(shì)必更增加其復(fù)雜性且需要更多軟體。
除了上述簡(jiǎn)化發(fā)展與制造的挑戰(zhàn)外，Trautman認(rèn)為，MEMS因涉及多元的科學(xué)與學(xué)術(shù)如電子、物理、機(jī)械、生物、化學(xué)等，相當(dāng)復(fù)雜，需要各種專業(yè)的研發(fā)人員通力合作，難度確實(shí)很高。此外，在沒有成熟技術(shù)的支撐下，面對(duì)客戶的要求，MEMS尚須克服持續(xù)降低開發(fā)與制造成本的難題。
歷經(jīng)10年的摸索，IMT已累積豐富的經(jīng)驗(yàn)與專業(yè)，Trautman強(qiáng)調(diào)，IMT擁有最佳的戰(zhàn)斗位置，憑藉建立的技術(shù)模組、平臺(tái)，加上善于讓不同應(yīng)用的制程可以互相運(yùn)用，IMT已明顯實(shí)現(xiàn)降低開發(fā)時(shí)間與成本的目標(biāo)。
IMT新增TSV利器
事實(shí)上，相當(dāng)重視研發(fā)的IMT于日前又有另一新突破。在加入銅填充15～60微米(μm)深度的TSV結(jié)構(gòu)生產(chǎn)近兩年后，IMT已完成50～250微米銅填充TSV的樣品，預(yù)計(jì)于今年上半年后隨即進(jìn)行生產(chǎn)。 [!--empirenews.page--]
為達(dá)到新系統(tǒng)要求的性能水準(zhǔn)，RF應(yīng)用正利用透過垂直整合、更短的單一訊號(hào)路徑，而銅填充TSV引起的插入損耗、阻抗可以忽略不計(jì)。TSV的整合已蔓延至其他功能開發(fā)且?guī)碛嵦?hào)損失最小化與縮小裝置空間的好處，后者主要的驅(qū)動(dòng)力量即來自于行動(dòng)應(yīng)用。輔以晶圓級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的組裝和封裝，TSV為實(shí)現(xiàn)下一代3D整合的關(guān)鍵角色。
Trautman指出，IMT致力于多晶矽的TSV技術(shù)，最近的研發(fā)重點(diǎn)則是以具有高性能的銅材料為主。IMT的銅填充TSV展示品具有小于0.01歐姆(Ω)的電阻，在6GHz頻寬下，插入損耗僅0.01。因應(yīng)市場(chǎng)需求，IMT將持續(xù)發(fā)展金屬填充TSV，同時(shí)計(jì)劃于2011年下半年推出寬高比為10：1的TSV。
觀察過去兩年，由于IMT在射頻市場(chǎng)的積極推動(dòng)，使用該公司TSV技術(shù)的客戶正穩(wěn)定增加中，Trautman透露，包括光學(xué)、生命科學(xué)等矽材基板(Interposer)應(yīng)用與市場(chǎng)已發(fā)現(xiàn)可使用該公司的TSV技術(shù)，以達(dá)到整合的目的，IMT目前另有生產(chǎn)專案可導(dǎo)入超過十四萬TSV在單一晶圓上，該公司預(yù)期TSV技術(shù)的使用將繼續(xù)精益求精。
根據(jù)iSuppli資料顯示，2006～2014年MEMS產(chǎn)業(yè)的年復(fù)合成長(zhǎng)率(CAGR)達(dá)11.6%，其中，雖然行動(dòng)與消費(fèi)性電子應(yīng)用仍蔚為大宗，但是諸如工業(yè)/處理控制、醫(yī)療電子、航太、國防、保全與有線通訊等高價(jià)值的應(yīng)用也貢獻(xiàn)良多。
圖1 IMT事業(yè)發(fā)展副總裁Craig T. Trautman表示，IMT將持續(xù)投資與開發(fā)可重復(fù)使用的MEMS標(biāo)準(zhǔn)化制程、模組與平臺(tái)。
成立于2000年的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)晶圓代工廠IMT，因未在亞洲設(shè)立據(jù)點(diǎn)，讓亞洲媒體誤以為是新公司，然該公司已成立逾10年，IMT事業(yè)發(fā)展副總裁Craig T. Trautman(圖1)表示，事實(shí)上，IMT是全美最大的純MEMS晶圓代工廠，不但擁有自家的廠房與設(shè)備，且是獲利多年的公司。
目前擁有一百名員工的IMT，仍持續(xù)擴(kuò)大人員編置，有關(guān)該公司的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，Trautman強(qiáng)調(diào)，IMT是全球最精確、最快、最靈敏與最復(fù)雜的MEMS晶圓代工廠，同時(shí)也在大量生產(chǎn)上擁有領(lǐng)導(dǎo)地位，目前已交貨逾六千二百萬顆MEMS交換器。此外，透過與客戶共同合作，IMT亦可提供量身訂制的解決方案。
回顧1995年的MEMS市場(chǎng)，當(dāng)時(shí)市場(chǎng)產(chǎn)值僅15億美元，在市場(chǎng)規(guī)模如此小的情況下，不但純MEMS晶圓代工廠很難存活，技術(shù)的投資也只注重如何將感測(cè)器做得更好，應(yīng)用領(lǐng)域則局限于安全氣囊加速度計(jì)、噴墨印表機(jī)讀寫頭與壓力感測(cè)器等。
MEMS產(chǎn)值15年漲四倍
Trautman指出，2010年MEMS產(chǎn)值躍升為60億美元，其中，晶圓代工廠產(chǎn)值即占5億美元，各種技術(shù)的投資已相當(dāng)廣泛，包括晶圓級(jí)封裝(WLP)、矽穿孔(TSV)、三維(3D)結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)化模組與平臺(tái)等。而應(yīng)用范圍也已包羅萬象，舉凡多軸加速度計(jì)、陀螺儀、光學(xué)轉(zhuǎn)換的鏡片陣列、整合機(jī)械振蕩器的半導(dǎo)體晶片、用于制造、保全與醫(yī)藥的生化感測(cè)器等皆相當(dāng)普遍。
MEMS元件技術(shù)迭有突破
擁有MEMS時(shí)脈市場(chǎng)高達(dá)85%市占率的SiTime，也在MEMS市場(chǎng)逐漸擴(kuò)大與相關(guān)技術(shù)不斷精進(jìn)下，營(yíng)收迅速增加。
SiTime執(zhí)行長(zhǎng)Rajesh Vashist表示，截至2010年10月，SiTime已出貨三億顆產(chǎn)品，預(yù)估2009～2015年的年復(fù)合成長(zhǎng)率(CAGR)將高達(dá)99%。該公司善用矽的特性，不斷提升MEMS元件在性能、品質(zhì)與成本的優(yōu)勢(shì)。與石英元件相比較，SiTime的振蕩器無論在產(chǎn)品供貨期、可編程的靈活性、成本、耐用性與可靠性皆略勝一籌。
繼全矽振蕩器，SiTime于日前又推出業(yè)界第一顆全矽 MEMS諧振器(Resonator)，再度驗(yàn)證半導(dǎo)體優(yōu)于石英的特質(zhì)。由于利用標(biāo)準(zhǔn)IC塑膠封裝整合在主晶片中，可去除電子系統(tǒng)外所有外掛即時(shí)計(jì)時(shí)元件，不僅提升不少成本效益，且創(chuàng)下全矽時(shí)脈±5PPM頻率穩(wěn)定性的紀(jì)錄，目標(biāo)瞄準(zhǔn)20億美元的諧振器市場(chǎng)。
SiTime時(shí)脈產(chǎn)品必須經(jīng)過該公司實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)格測(cè)試，確保頻率穩(wěn)定性。
Vashist指出，SiTime是業(yè)界唯一成功針對(duì)時(shí)脈市場(chǎng)中振諧器、振蕩器與時(shí)脈產(chǎn)生器提出全面解決方案的公司。在成功打入15億美元的振蕩器市場(chǎng)后，該公司于日前再接再厲推出適用于即時(shí)時(shí)脈晶片與即時(shí)計(jì)時(shí)應(yīng)用的MEMS諧振器，進(jìn)軍年產(chǎn)量一百二十億顆、產(chǎn)值高達(dá)20億美元的諧振器市場(chǎng)。
SiTime晶片目標(biāo)取代石英元件
圖2 SiTime行銷副總裁Piyush Sevalia強(qiáng)調(diào)，未來的時(shí)脈產(chǎn)品將同時(shí)擁有性能、品質(zhì)與成本等優(yōu)勢(shì)。
SiTime行銷副總裁Piyush Sevalia(圖2)則補(bǔ)充說明，透過打線或覆晶的方式，該諧振器可與系統(tǒng)單晶片(SoC)、特定應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)與特定應(yīng)用積體電路(ASIC)等主晶片裸片整合，并采用標(biāo)準(zhǔn)塑膠晶片封裝，有助于系統(tǒng)廠商縮小產(chǎn)品尺寸，尤其減少其他的元件，不但可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，加快產(chǎn)品上市時(shí)程，更可降低成本。該諧振器的尺寸也是一大優(yōu)勢(shì)，僅為最小的32.768kHz傳統(tǒng)石英諧振器的十分之一。
針對(duì)矽諧振器與傳統(tǒng)石英產(chǎn)品的比較，SiTime首席科學(xué)官Aaron Patridge(圖3)分析，SiTime的矽諧振器具有更佳的頻率穩(wěn)定性，可在不同溫度范圍、不同電壓變化與不同制程下保持±5PPM頻率的穩(wěn)定性，反觀石英諧振器，受焊接與回流焊等影響所造成的頻率誤差則是眾所周知的事實(shí)。無庸置疑，矽諧振器將可提升終端產(chǎn)品效能與可靠性，同時(shí)也減輕系統(tǒng)商的設(shè)計(jì)與采購元件等工作。
欠缺標(biāo)準(zhǔn)/EDA工具 MEMS挑戰(zhàn)重重
圖3 SiTime首席科學(xué)官Aaron Patridge指出，該公司全矽MEMS諧振器可替代32kHz石英晶體。
盡管MEMS產(chǎn)業(yè)逐漸拓展版圖，眼前面臨的挑戰(zhàn)仍不少，Trautman不諱言，由于MEMS產(chǎn)業(yè)缺乏標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致目前針對(duì)每一種產(chǎn)品皆需要自成一格的制程與封裝，再加上相對(duì)于互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)產(chǎn)業(yè)，MEMS的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)工具也較不成熟，在在影響未來的發(fā)展。Trautman預(yù)測(cè)，MEMS產(chǎn)業(yè)未來將走向更完全的整合，屆時(shí)，勢(shì)必更增加其復(fù)雜性且需要更多軟體。
除了上述簡(jiǎn)化發(fā)展與制造的挑戰(zhàn)外，Trautman認(rèn)為，MEMS因涉及多元的科學(xué)與學(xué)術(shù)如電子、物理、機(jī)械、生物、化學(xué)等，相當(dāng)復(fù)雜，需要各種專業(yè)的研發(fā)人員通力合作，難度確實(shí)很高。此外，在沒有成熟技術(shù)的支撐下，面對(duì)客戶的要求，MEMS尚須克服持續(xù)降低開發(fā)與制造成本的難題。
歷經(jīng)10年的摸索，IMT已累積豐富的經(jīng)驗(yàn)與專業(yè)，Trautman強(qiáng)調(diào)，IMT擁有最佳的戰(zhàn)斗位置，憑藉建立的技術(shù)模組、平臺(tái)，加上善于讓不同應(yīng)用的制程可以互相運(yùn)用，IMT已明顯實(shí)現(xiàn)降低開發(fā)時(shí)間與成本的目標(biāo)。
IMT新增TSV利器
事實(shí)上，相當(dāng)重視研發(fā)的IMT于日前又有另一新突破。在加入銅填充15～60微米(μm)深度的TSV結(jié)構(gòu)生產(chǎn)近兩年后，IMT已完成50～250微米銅填充TSV的樣品，預(yù)計(jì)于今年上半年后隨即進(jìn)行生產(chǎn)。 [!--empirenews.page--]
為達(dá)到新系統(tǒng)要求的性能水準(zhǔn)，RF應(yīng)用正利用透過垂直整合、更短的單一訊號(hào)路徑，而銅填充TSV引起的插入損耗、阻抗可以忽略不計(jì)。TSV的整合已蔓延至其他功能開發(fā)且?guī)碛嵦?hào)損失最小化與縮小裝置空間的好處，后者主要的驅(qū)動(dòng)力量即來自于行動(dòng)應(yīng)用。輔以晶圓級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的組裝和封裝，TSV為實(shí)現(xiàn)下一代3D整合的關(guān)鍵角色。
Trautman指出，IMT致力于多晶矽的TSV技術(shù)，最近的研發(fā)重點(diǎn)則是以具有高性能的銅材料為主。IMT的銅填充TSV展示品具有小于0.01歐姆(Ω)的電阻，在6GHz頻寬下，插入損耗僅0.01。因應(yīng)市場(chǎng)需求，IMT將持續(xù)發(fā)展金屬填充TSV，同時(shí)計(jì)劃于2011年下半年推出寬高比為10：1的TSV。
觀察過去兩年，由于IMT在射頻市場(chǎng)的積極推動(dòng)，使用該公司TSV技術(shù)的客戶正穩(wěn)定增加中，Trautman透露，包括光學(xué)、生命科學(xué)等矽材基板(Interposer)應(yīng)用與市場(chǎng)已發(fā)現(xiàn)可使用該公司的TSV技術(shù)，以達(dá)到整合的目的，IMT目前另有生產(chǎn)專案可導(dǎo)入超過十四萬TSV在單一晶圓上，該公司預(yù)期TSV技術(shù)的使用將繼續(xù)精益求精。
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