MEMS设备暨材料市场稳定成长　标准化是一大挑战

市场研究机构Yole Developpement的最新报告指出，仅管微机电系统(MEMS)产业的标准化尚未落实，各大公司仍致力于让自己的技术平台最佳化；这方面的制程革新也将驱动 MEMS 设备及材料在2012到2018年间达到7%的年复合成长率。
制程革新将点燃MEMS的设备与材料市场，Yole Developpement预期 MEMS相关制造设备市场将在接下来五年内，以5.2%的年复合成长率从2012年的3亿7,800万美元，在2018年成长至5亿1,000万美元以上；值得注意的是，Yole Developpement预期MEMS的设备市场的循环周期模式将与主流IC设备市场相当。

而在接下来五年，MEMS材料与相关的消耗品之需求将以10.5%的年复合成长率，从2012年的1亿3,600万美元成长到2018年的2亿4,800万美元以上。


全球MEMS设备与材料需求 (单位：百万美元)
（来源：Yole Developpement，2013年2月）

目前，MEMS的制造仍相当多元且欠缺标准化；仍采用Yole Developpement所形容的「一种产品，一套制程」规则。其实MEMS的历史与一般IC产业不同，且其技术蓝图也与半导体产业有所不同。因此，以完全不同制造方式制作相同MEMS装置的业者处处可见，有时还甚至来自同一家公司(例如，CMOS MEMS及混合途径方法都可用于惯性感测器或麦克风)。

然而，当MEMS与前代产品相比成为可快速攻入市场的商品化产品时，任何能够加速商业化流程的事宜也都会广受欢迎。MEMS的封装正朝向与前端制程不同的方向演进，且Yole Developpement已经注意到，封装标准化对于支援产量大幅成长的产品出货之重要性将会提高，而与MEMS与感测器内容相关的整体成本将会降低(例如，制造商之间的麦克风封装方式大都相同)。此外，这份报告也显示在前端制程方面，各大公司都正在发展针对不同MEMS装置的独家技术平台。


MEMS的前端制造发展趋势
（来源：Yole Developpement，2013年2月；图表显示新MEMS制程采用的时间表。箭头左侧表示技术的开始采用时间--例如，DRIE是从96年时开始运用于Bosch惯性MEMS--Yole Developpement预测在未来将可看到越来越多创新的MEMS制程:TSV、微影步进机、薄晶圆的暂时性接合、室温接合）

Yole Developpement的报告中，也揭示当MEMS从制程技术性的竞争移转到功能及系统性的竞争时，就有必要采用标准途径来降低封装尺寸及成本。目前，MEMS代工厂仍处于制程技术性的竞争阶段，且必须以更广泛的制程技术来因应新的MEMS设计及结构。

这种技术途径与通常只专注于单一类型MEMS设计的无晶圆厂公司是不同的，该种公司的主要任务是找到最有经验与可靠的代工夥伴来说服客户自己的强项所在；同时，整合元件大厂(IDM)则通常是仰赖已制式化运作的MEMS制程来制造其产品(如ST的THELMA)。由于总是必须面对MEMS制造技术前景的最前线变革，故代工厂的挑战也往往是最大的。

Yole Developpement的MEMS的前端制造发展趋势报告也清楚点出了主要的前端制造技术改革；例如，晶片尺寸封装(CSP)技术中的矽穿孔(TSV)也正逐渐渗透到MEMS产业。在此方面，该机构分析了意法半导体(STMicroelectronics)自家工厂采用TSV来接合MEMS晶片与主机板的独家方法。

ST的方法免除焊垫(bond pad)的需求，将之以使用气隙蚀刻(etched-out air gaps)绝缘的多晶矽通孔来取代；采用其基础MEMS制程，但规模约十倍大。根据ST的报告，减少了20%~30%的晶片尺寸，可抵销采用TSV制程微增的成本，使得总成本反而降低。


MEMS结构层制造流程实例
（来源：Yole Developpement，2013年2月）

然而，因为晶片小型化有其限制，故各个研发机构正着手发展新的检测原理(例如，Tronic的M&NEMS概念)来降低MEMS的矽晶片尺寸。此技术是基于压阻矽奈米线(piezoresistive nanowires)而不是纯电容式检测(capacitive detection)，且着眼于装置效能及晶片尺寸上的技术跃进。此举将奠定新一代动作感测应用的组合式感测器基础，且可让多自由度感测器明显的减少表面积及改善效能。

Yole Developpement在一系列的MEMS技术中列出数种可望在未来几年崭露头角的技术，包括：矽穿孔、室温接合、薄膜PZT、暂时性接合、Cavity SOI、CMOS MEMS。其他的MEMS 技术(如金接合)，亦可能广泛运用于缩减晶片尺寸且同时维持晶圆级封装的高度密封性。