传统半导体厂商对MEMS的思考

摘要：从技术角度分析传统半导体厂商生产MEMS的可行性，综合分析其市场、技术、工艺、成本。MEMS芯片在设计、工艺、生产方面与IC的异同，MEMS压力传感器Die的设计、生产、销售链。
MEMS将是半导体产业的后起之秀
最近几年来MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）技术在国内外得到了迅猛的发展，MEMS产品已经有了开拓性的应用，MEMS产业链将会迅速掘起，预计2007年全球MEMS元器件销售总额将突破70亿美元。
目前世界上生产MEMS 的20强中多数是从事集成电路的厂家。它们把MEMS当成是集成电路发展的一个分支。仅管耗硅量不大，但是销售额非常惊人，利润远高于一般的集成电路。大多数MEMS产品全面商品化的时间在最近5年之内，因此可以说MEMS是一个新兴的工业，现在正趋于黄金发展时期。
我国在MEMS的压力传感器、加速度计、惯性传感器、温度传感器、流量传感器、热对流式多轴加速度传感器、打印机上的喷墨头传感器和手机上的MEMS麦克风等产品方面，从理论研究、产品设计和批量生产技术方面都已有所突破，日趋成熟。
在消费电子产品带动下，基于MEMS的麦克风和扬声器市场日渐火爆。预计2006年，全球市场麦克风销售量为25亿只，MEMS产品占据其中8%的市场份额。到2008年，预计在30亿只麦克风市场中MEMS产品占据15%，复合增长率高达240%。
汽车电子对MEMS的需求量也在不断地增长，如安全气囊需要的加速度传感器、汽车刹车系统压力传感器、发动机进气歧管压力传感器、悬挂系统双歧路压力传感器、汽车胎压监视系统（TPMS）等均已普遍采用，汽车生产厂家选用国产化率不断增高，促进国内的MEMS产品的开发和相关生产产业发展。汽车电子将是MEMS系列产品切入的最佳机会。同样，消费电子产品的量大面广，对MEMS的需求量将达天文数字，如手机、笔记本电脑、数码相机、数码摄像机、胎压计、血压计、橱用秤、健康秤、洗衣机、洗碗机、电冰箱、微波炉、烤箱、热水器等需要低成本的各种MEMS Die。而工业电子如数字压力表、数字流量表、工业配料称重等仪器仪表也正在扩大使用MEMS的压力、加速度等传感器。
传统半导体厂商对MEMS的思考
传统半导体厂商增加MEMS生产和太阳能硅片的生产是未来做大、做好、做强的革命性选择，产品多样化和加强企业的应变能力是做赢的有力措施。
传统半导体厂商的4” 、5” 生产线正面临淘汰，即使用来生产LDO也只有非常低的利润，如将其中一部分转而生产MEMS则可获较高的利润。
4” 线上的每一个圆晶片可生产合格的MEMS压力传感器Die 5-6K个，每个Die出售后可获成本7-10倍的毛利。
转产MEMS改动工艺不大、新增辅助设备有限，投资少、效益高，当然新的工艺需要学习、熟练和磨合，转产需要时间，不会一蹴而就。
MEMS芯片与IC芯片整合、封装在一起是集成电路技术发展的新趋势，也是传统IC厂商的新机遇，企业只有做新才能获取更多的利润。GE的NPX2 TPMS传感器是NovaSenso的压力/加速度Die +PHILIPS的MCU（PCH7970）Die，英飞凌(Infineon）的SP30 TPMS传感器是SensoNor的压力/加速度Die +PHILIPS的MCU（PCH7970）Die。将MEMS Die和ASIC Die封装在一个芯片内在当今已经是一种成熟的技术。
汽车用MEMS压力传感器芯片市场
全球MEMS芯片行业目前呈专业垄断的现状，据国外资料分析，其中车用压力传感器芯片市场被GE Novasensor占据41%以上。但是要不了多久，中国的份额一定会扩大。
网上2002—2008年全球及中国车用MEMS压力传感器芯片（Die）销售预测如图1所示。需求量呈线性增长趋势。
国内MEMS芯片（Die）供应商主要有：上海微系统所、沈阳仪表所、电子部13研究所、北京微电子所等，目前形成生产的主要是MEMS压力传感器芯片（Die）。据有关部门调研国内几家主要生产厂家与美国GE公司车用MEMS压力传感器Die的成本、批量售价如表1所示。由此可见MEMS的毛利是相当高的。


图1 2002—2008年车用MEMS压力传感器芯片（Die）销售预测


表1 国内外车用MEMS压力芯片供应商情况对比
MEMS压力传感器Die的典型产品如P592，它是用MEMS技术在硅片上刻融一硅杯形成一压力腔，在其杯底制作一个以电阻应变计为四个桥臂的惠斯顿电桥。其电原理图和Die上的硅电路如图2。MEMS压力传感器Die 实物如图3，邦定在PCB板上如图4，邦定在压力传感器腔内如图5，图6是工业用压力变送器MEMS Die局部图。