MEMS蓬勃發(fā)展 我國應(yīng)跟緊步伐

MEMS技術(shù)運用開始于上世紀(jì)70年代末期的歐美等國家，用于以蝕刻硅片結(jié)構(gòu)制作壓力傳感器、電容式感應(yīng)移動質(zhì)量加速計和定位陀螺儀。上世紀(jì)90年代起，圍繞著PC和信息技術(shù)，微光學(xué)器件成為MEMS運用的主要領(lǐng)域。本世紀(jì)初，隨著工藝技術(shù)的不斷完善與創(chuàng)新，面向射頻無源元件，在硅片上制作的音頻、生物和神經(jīng)元探針，以及所謂的“片上實驗室”生化藥品開發(fā)系統(tǒng)和微型藥品輸送系統(tǒng)的靜態(tài)和移動器件，開始廣泛啟用MEMS工藝技術(shù)。我國在科研方面與國際幾乎同步，但產(chǎn)業(yè)化技術(shù)工藝和應(yīng)用與國際相比，具有近10年的差距。

由于MEMS技術(shù)工藝具有較大的分散性和差異性，其運用方式不同，使得產(chǎn)品設(shè)計、材料、加工、系統(tǒng)集成、封裝、測試等都面臨諸多復(fù)雜問題。例如，CMOS和MEMS集成問題，MEMS器件大批量、低成本、高可靠性的工業(yè)化生產(chǎn)問題，封裝工藝的標(biāo)準(zhǔn)化問題，適應(yīng)性較廣泛、穩(wěn)定、成品率和可靠性較高的工藝流程問題，封裝設(shè)計和工藝規(guī)范模塊化問題等等，都是MEMS技術(shù)發(fā)展過程中亟待解決的問題。

此外，商業(yè)模式也是制約技術(shù)發(fā)展的重要因素。成本壓力增大，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，投資力度不足，市場集中度不高，難于形成整體性運行與服務(wù)的商業(yè)模式，迫使應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)選擇離散型較大，工藝劃分清晰導(dǎo)致技術(shù)差異較大，難以發(fā)揮專業(yè)化、規(guī)模化效益，很難真正成為一種可以服務(wù)于多個垂直市場的規(guī)模商業(yè)化模式。很多IC企業(yè)希望進(jìn)入MEMS領(lǐng)域，但缺乏專業(yè)技術(shù)和人才，技術(shù)往往都在大專院校和科研機構(gòu)，缺乏成果轉(zhuǎn)化與商業(yè)開發(fā)。

市場需求增加推動產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴大

隨著電子產(chǎn)品在醫(yī)療、家庭、汽車、環(huán)境和安防系統(tǒng)等領(lǐng)域得到應(yīng)用，同時在日常生活中更加普及，MEMS產(chǎn)業(yè)對新型封裝技術(shù)和封裝材料的需求變得愈加迫切。

產(chǎn)品規(guī)模化生產(chǎn)中的協(xié)同設(shè)計、低成本材料和高可靠性互連技術(shù)方面的創(chuàng)新，以及產(chǎn)業(yè)化、個性化的創(chuàng)新型封裝解決方案也顯得至關(guān)重要。

據(jù)國際權(quán)威機構(gòu)統(tǒng)計，2011年全球MEMS器件銷售額突破80億美元，比2010年的71億美元約增長12.8%。不同的MEMS應(yīng)用領(lǐng)域增長速度有快有慢，凸顯器件的應(yīng)用領(lǐng)域更加多樣化，也越來越廣泛。其中，汽車傳感器、消費與移動MEMS領(lǐng)域產(chǎn)品銷售額增長遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平均增長速度。工業(yè)、航空和醫(yī)療等高附加值傳感器產(chǎn)品銷售額增長大于30%，并且未來5年內(nèi)還將會持續(xù)保持一定的增長速度。這將促使許多MEMS廠商在看好不斷增長的高端市場同時，著手調(diào)研其他市場，拓展其他相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域，擴大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，追求穩(wěn)定的增長和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

封裝工藝多樣化技術(shù)發(fā)展趨于成熟

由于半導(dǎo)體集成電路工藝對MEMS形成了較大的支持，使得以單晶硅Si、Si02、SiN、SOI等為主要材料，在納米到毫米量級制作電子和機械元器件，成為微電子系統(tǒng)集成發(fā)展的新方向。與IC芯片不同，MEMS封裝一般要與外界接觸，需要滿足適應(yīng)特殊情況的信號界面、外殼、內(nèi)腔、可靠性、降低成本等要求。因此，劃片、燒結(jié)、互連、密封等工藝都需要特殊的處理方法。而IC恰好相反，其封裝是采用裹槨式的密封隔離來保護(hù)芯片的。

在不同的產(chǎn)品中，MEMS封裝通常采用多種技術(shù)結(jié)合，如高密度封裝、大腔體管殼與氣密封裝、晶片鍵合、芯片的隔離與通道、倒裝芯片、熱學(xué)加工、柔性化凸點、準(zhǔn)密封封裝等技術(shù)。在材料選用上大多采用陶瓷、金屬、鑄模塑料，以及陶瓷與金屬、陶瓷與玻璃、金屬與玻璃等結(jié)合的方式來滿足對特殊界面和外殼性能的要求。這些技術(shù)的運用已經(jīng)基本趨于成熟。

另從國外發(fā)展趨勢看，MEMS封裝類別幾乎都沿用標(biāo)準(zhǔn)IC封裝結(jié)構(gòu)形式，力求使其更規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，以便于低成本和規(guī)?；a(chǎn)。

產(chǎn)業(yè)集中度提升促進(jìn)商業(yè)化模式創(chuàng)新

眾所周知，MEMS涉及技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域廣泛而復(fù)雜，難以形成一種統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)模式，但需要對每種應(yīng)用確定一種標(biāo)準(zhǔn)封裝及其發(fā)展方向。比如在電路工藝制作、測試和封裝結(jié)構(gòu)上力求實現(xiàn)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。行業(yè)機構(gòu)已著手制定封裝和制造工藝的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，正在嘗試商業(yè)化模式，引入風(fēng)險投資參與具體產(chǎn)品的基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)，拉近和縮小與平面工藝的差距與距離，降低生產(chǎn)難度，逐步形成通用工藝技術(shù)平臺。同時，引導(dǎo)和吸引傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造商參與MEMS工藝產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)，特別是參與到醫(yī)療、安防、汽車和環(huán)境領(lǐng)域中(力敏、磁敏、光敏傳感器和生物醫(yī)學(xué)的各種執(zhí)行器等需求大、價值高，是具有良好經(jīng)濟(jì)效益的高端產(chǎn)品)，以促進(jìn)MEMS產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。

總而言之，MEMS是當(dāng)今國際共同關(guān)注的重大科技前沿技術(shù)，已不同程度地被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)元器件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝過程中，成為基礎(chǔ)產(chǎn)品創(chuàng)新的技術(shù)平臺。該技術(shù)的應(yīng)用，使得創(chuàng)新功能與結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，發(fā)揮了無可比擬的作用。從敏感元件到通信器件、移動通信前端的RF、微流體系統(tǒng)等，無一不存在MEMS技術(shù)，誕生出新型微型開關(guān)、衰減器、耦合器、連接器以及電容器、電感器、諧振器、濾波器、移相器、天線等關(guān)鍵元器件;在微流體系統(tǒng)中有微泵、微閥、微混合器、微流體傳感器等一大批新型元器件，大大提升了應(yīng)用系統(tǒng)的在線測控水平。

國際MEMS產(chǎn)業(yè)正處在蓬勃發(fā)展時期，產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈正趨于穩(wěn)定與成熟。國內(nèi)企業(yè)在科研方面已躋身世界前列，在部分領(lǐng)域有了一些成果，例如傳感器，光開關(guān)、RF、微流體系統(tǒng)、小型化結(jié)構(gòu)創(chuàng)新類產(chǎn)品等可以形成小批量生產(chǎn)或多種原理性樣品。但從總體水平上看，與國外存在一定的差距，主要體現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)化工藝水平上。需要在工藝技術(shù)研究、裝備投入、產(chǎn)業(yè)化模式創(chuàng)新、基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)鏈的完善、高端人才的集中與培養(yǎng)等方面更進(jìn)一步加強，同時，應(yīng)集中資源，創(chuàng)立國家MEMS技術(shù)工程研究中心，選擇一些應(yīng)用量大、面廣的產(chǎn)品作為技術(shù)發(fā)展和市場切人點，形成科研-產(chǎn)品-產(chǎn)業(yè)的完整規(guī)劃和協(xié)調(diào)發(fā)展，不斷創(chuàng)新工藝技術(shù)和產(chǎn)品以滿足市場需求，尋求與探索商業(yè)模式與規(guī)律，構(gòu)建并形成市場引導(dǎo)下的完整產(chǎn)業(yè)鏈，用扎實的基礎(chǔ)來迎接和面對MEMS技術(shù)發(fā)展中存在的機遇和挑戰(zhàn)。