在過(guò)去10年，MEMS行業(yè)催生出眾多應(yīng)用,，包括經(jīng)常被提及的汽車(chē)引擎控制器,、安全氣囊加速度計(jì)以及噴墨打印機(jī)頭等，而且這些器件已經(jīng)進(jìn)入大批量商業(yè)生產(chǎn),，從而驗(yàn)證了所使用的基本MEMS技術(shù),、材料及工藝。的確,，這些器件的商業(yè)化促使2000年出現(xiàn)一系列與MEMS有關(guān)的收購(gòu),，并誕生一批試圖滿(mǎn)足各種應(yīng)用需求的MEMS新興公司。其中，許多公司是嘗試為新興的電信市場(chǎng)提供批量制造業(yè)務(wù)的MEMS代工廠,。
但截至2003年底,，大多數(shù)涉及光學(xué)MEMS業(yè)務(wù)的企業(yè)都宣告失敗，而且大約一半的獨(dú)立代工廠倒閉,。那么,，問(wèn)題出在哪里？在某些案例(尤其在電信行業(yè))中,，設(shè)計(jì)過(guò)于復(fù)雜以至于在當(dāng)時(shí)的制造條件下產(chǎn)品達(dá)不到足夠的可靠性,。除此之外，失敗的代工廠具有以下一些共同點(diǎn),。
$ W, ~4 V2 A4 E2 K' Y6 K! E. D正如MEMS工程師所了解的,，MEMS器件依賴(lài)各種工藝和許多變量。只有經(jīng)過(guò)多年的工藝改進(jìn)及測(cè)試,， MEMS器件才能真正被商品化,。研發(fā)團(tuán)隊(duì)一般需要大量時(shí)間來(lái)搜索有關(guān)工藝及材料物理特性方面的資料。利用單一一種材料(如多晶硅)制得的器件可能需要根據(jù)多晶硅的來(lái)源及沉積方法來(lái)標(biāo)記工藝中的變化,。
/ B: `/ {+ R ~- n4 |失敗的商業(yè)代工廠曾試圖憑借多種工藝來(lái)抓住多個(gè)市場(chǎng)的多個(gè)產(chǎn)品機(jī)會(huì),，結(jié)果導(dǎo)致他們的研發(fā)時(shí)間和樣片制造變數(shù)成指數(shù)倍增長(zhǎng)。對(duì)于小型代工廠,，這是失敗的禍端,。
$ G& N' T- O* r" v" J與此同時(shí)，這些獨(dú)立代工廠(其中很多都擁有學(xué)術(shù)研發(fā)背景)只具有很少的大批量生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),，并缺乏批量生產(chǎn)所需的典型基礎(chǔ)設(shè)備和優(yōu)化技術(shù)。流行的態(tài)度是：如果你找到一種工藝 ,，客戶(hù)將自動(dòng)上門(mén),。他們幾乎不關(guān)心器件是否適合現(xiàn)有設(shè)計(jì)以及客戶(hù)是否愿意為它付錢(qián)等。在RF MEMS的案例中,，一些大批量消費(fèi)類(lèi)設(shè)備的制造商正在尋找當(dāng)批量為1000萬(wàn)時(shí)價(jià)格在10美分左右的MEMS器件,。這個(gè)價(jià)格甚至包括封裝及測(cè)試成本。顯然,，這一要求超出了小型代工廠的能力范圍,，因此全面出擊的業(yè)務(wù)模式注定失敗。
2 u( k0 f; T" `) C0 n在評(píng)估我們調(diào)查的獨(dú)立代工廠時(shí),，我們開(kāi)始看到一種代工業(yè)務(wù)模式正在形成,。至少在該行業(yè)具有標(biāo)準(zhǔn)的材料定義和某些形式的半標(biāo)準(zhǔn)工藝之前，它可能會(huì)成為主流,。特別地,，盡管余下的設(shè)計(jì)者和制造商已經(jīng)吸取必要的經(jīng)驗(yàn)，并且在可制造性設(shè)計(jì)和產(chǎn)品可靠性方面取得很大的進(jìn)步，但光有這些還不足以說(shuō)服OEM進(jìn)行技術(shù)更換,，哪怕只是替換簡(jiǎn)單的分立元件,。
! p8 N' C7 |, Y- I q$ }4 T& z這些集成商當(dāng)然知道這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并希望為他們的客戶(hù)提供更大的價(jià)值,。問(wèn)題不是“如果”(因?yàn)镸EMS是一項(xiàng)日趨成熟的技術(shù))而是“何時(shí)”,。但自從2000年以來(lái)，這些主流設(shè)備供應(yīng)商已經(jīng)習(xí)慣盡力壓低其器件供應(yīng)商的價(jià)格空間來(lái)提高他們的利潤(rùn),。
V* }2 |8 y* F3 R1 u& [1 X在這種苛刻要求下,，獨(dú)立代工廠必須制造出從技術(shù)上、成本上對(duì)主流市場(chǎng)具有吸引力的創(chuàng)新MEMS產(chǎn)品,。這種角色盡管并不容易扮演,，但它是代工廠的天然職責(zé)，因?yàn)榕可a(chǎn)的MEMS可以同時(shí)減少尺寸并降低成本,。不過(guò),，以一種經(jīng)濟(jì)、高效的方式來(lái)達(dá)到減小尺寸和單位成本的目標(biāo)并不是所有代工廠都容易做到的,。
" r; r! r, I1 p2 D首先,，為達(dá)到此目標(biāo)，代工廠必須擁有一些魯棒,、成熟的工藝,，并具備穩(wěn)定的統(tǒng)計(jì)工藝控制體系。盡管其缺點(diǎn)是對(duì)某些器件意味著一些特殊化處理,，但主要的優(yōu)點(diǎn)是這些工藝將提供一個(gè)起步的基礎(chǔ)方案,。
擁有這類(lèi)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的工藝意味著：首先，代工廠了解在材料,、工具及人力上的基本成本,。那些研發(fā)團(tuán)隊(duì)了解材料與基礎(chǔ)技術(shù)的特性。他們熟悉沉積方法,、結(jié)晶粒度,、某些材料對(duì)引入其他材料的反應(yīng)、典型工藝參數(shù)范圍內(nèi)的疲勞或其他故障模式以及哪些因素將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)壓力等,。
! W$ v }) Z% K) m; ~9 @其次,，對(duì)獨(dú)立代工廠非常重要的是必須擁有足夠的專(zhuān)業(yè)人員及設(shè)備操作員，他們的知識(shí)能夠在減少器件成本,、尺寸及功耗等方面發(fā)揮重要價(jià)值,。在某些情況下，代工廠將擁有自己的可制造性設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì),，而且在所有情況下,，代工廠還應(yīng)通過(guò)整體質(zhì)量管理來(lái)提供某些形式的連續(xù)工藝改進(jìn)。
M; w* `' |& q' E利用這些專(zhuān)業(yè)人員，制造商能夠?qū)⒒贛EMS的標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器的裸片尺寸從2 x 2mm壓縮至0.65 x 0.65 mm,，以實(shí)現(xiàn)在單塊6英寸晶圓上產(chǎn)出25,000多個(gè)裸片,，從而幫助客戶(hù)降低成本。制造商還能將壓力傳感器與DSP集成在同樣小的裸片上,，以獲得瞄準(zhǔn)汽車(chē)及醫(yī)療儀器市場(chǎng)的高性能器件,。
此外，一家好的獨(dú)立代工廠應(yīng)該投資購(gòu)買(mǎi)降低成本所需的基礎(chǔ)設(shè)備,，包括6英寸晶圓處理設(shè)備�,，F(xiàn)在，6英寸晶圓已成為MEMS生產(chǎn)中獲得更高產(chǎn)量的最低標(biāo)準(zhǔn),。一旦操作員熟悉它們的使用,，這些先進(jìn)設(shè)備也能提供極大的優(yōu)勢(shì)。跟蹤處理技術(shù)及高級(jí)蝕刻控制技術(shù)等不僅能以更低的成本提供改進(jìn)的MEMS器件,，而且還能實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的幾何圖案,。最新的深度反應(yīng)離子蝕刻工具可提供優(yōu)質(zhì)的垂直深度蝕刻，以獲得一致的器件性能,。
6 u2 |" j( Y' F3 C O( G- O1 i# q# |最后,，一家擁有多年MEMS器件生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)秀代工廠通常將開(kāi)發(fā)自己的增值IP，為改進(jìn)客戶(hù)的器件提供機(jī)會(huì),。這類(lèi)IP可能有助于集成額外的無(wú)源器件,，以節(jié)省更多空間。通過(guò)把MEMS器件與改進(jìn)的微電子電路整合在一起,，這可以獲得更快,、更精確的性能。
作者：Jim Knutti,，總裁兼首席執(zhí)行官,，Silicon Microstructures公司
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