代工/设计服务崛起　MEMS专业分工雏形渐具

半导体产业链专业分工的架构已逐渐在MEMS市场发酵，其中，MEMS代工厂与设计服务角色的诞生，不仅可为Fabless设计业者营造良好的发展环境，并协助其加快产品开发速度，更有机会改写过去由IDM主导MEMS市场的局面。

微机电系统(MEMS)产业发展日益成熟，除MEMS元件的应用触角已深入各个领域外，产业供应链结构也开始改变，尤其在半导体晶圆代工厂积极跨足、利基型MEMS元件代工需求涌现，以及MEMS设计服务成形后，MEMS供应链专业分工的态势已更加明显，将有助未来MEMS无晶圆厂(Fabless)商业模式的发展。  
囿于MEMS元件对制程的特殊要求，尽管目前已陆续有Fabless晶片设计业者投入MEMS元件开发，但整体市场仍由整合元件制造商(IDM)所掌握并囊括大部分市场占有率，此从市场研究机构Yole D憝eloppement所公布的2010年全球前三十大MEMS公司名单中，仅应美盛(InvenSense)一家Fabless公司，即可看出端倪。  

不过，可喜的是，随着半导体晶圆代工业者与利基型MEMS代工厂扩大MEMS代工布局，以及MEMS设计服务逐渐兴起，MEMS产业链的分工已更形完备，未来，MEMS市场可望循着半导体产业由IDM走向Fabless模式的发展轨迹，进一步壮大规模。  

抢食MEMS代工商机　半导体厂势力抬头

事实上，现今半导体晶圆代工厂跨足MEMS代工业务的比例已愈来愈高，包括台积电、联电、全球晶圆(GlobalFoundries)，甚至中国大陆中芯半导体，都已积极展开布局。  

Yole D憝eloppement认为，尽管目前大多数MEMS元件仍由IDM内部自行生产，但随着特殊MEMS元件代工需求的增加，半导体业者未来在MEMS代工市场的重要性将日益显著。  

以2010年前二十大MEMS晶圆代工厂的发展来看，意法半导体(ST)仍持续稳居龙头宝座，并拿下将近三分之一的产值比重。至于Silex Microsystems则以3,700万美元的营收规模排名第二，较2009年大幅成长85%，成为最大的专业MEMS代工厂。此外，亚太优势的营收也比2009年增加60%，成为唯一跻身前五大MEMS代工厂的台湾业者(图1)。  


图1 2010年全球前二十大MEMS代工厂营收排名 资料来源：Yole Developpement(04/2011)
因着智慧型手机、游戏机等消费性电子产品对MEMS感测元件的大量需求，让拥有8寸晶圆制造能力与丰沛产能的大型IDM掌握了消费性MEMS市场的主导权。不仅如此，汽车市场在2010年的强劲复苏也让IDM业者受惠。反观Fabless MEMS元件供应商，由于赖仰晶圆厂奥援又须与大厂争抢量产订单，因此成长相对较慢。  

Yole D憝eloppement执行长Jean Christophe Eloy表示，未来，如博世(Bosch)、意法半导体和Panasonic等大型IDM将持续占有大多数消费性MEMS市场，然而，来自半导体产业、同样具有高量产能力的晶圆代工业者，已逐渐开始崭露头角，成为MEMS代工的另一重要角色。  

以台积电来看，其2010年的MEMS代工营收即较2009年增长两倍之多，由原本约1,000万美元攀升至2,000万美元规模。其他如XFab、Jazz半导体(即现今的TowerJazz)和联电，虽然MEMS代工营收规模相对仍小，但也稳健成长。中芯虽还无法跻身前二十大MEMS代工厂之列，但MEMS代工业务也有增加。至于全球晶圆也已积极展开相关布局。  

挟丰富IP/制程技术　IMT强攻MEMS代工市场

除半导体晶圆代工厂外，专业MEMS代工厂也看好利基型MEMS代工市场成长潜力，戮力深耕布局。  

以IMT(Innovative Micro Technology)为例，即透过与知名大学合作开发更先进技术，积极累积相关矽智财(IP)，并藉由标准化、模组化和平台化MEMS制程，来增加IP功能区块的重复使用率，以降低客户产品量产时程与开发成本，提升在MEMS代工市场的竞争力。  


图2 IMT业务发展副总裁Craig Trautman表示，丰富的IP资料库与技术专业，是该公司的核心竞争力。
IMT业务发展副总裁Craig Trautman(图2)表示，每种MEMS元件均是相当独特的产品，所需的制程与封装技术也截然不同。因此，该公司利用建立IP功能区块资料库的方式，来克服MEMS元件制造缺乏标准制程的问题，并降低产品开发风险，以满足多元应用市场的MEMS代工需求。  

目前IMT可涵盖的MEMS代工领域相当广泛，除射频切换器(RF Switch)等一般性MEMS元件代工服务外，还包括红外线/感测器、能源、测试、生物医学、生物科技、光学和导航等不同领域的特殊MEMS元件制造。  

Trautman指出，IMT成立至今已11年之久，而过去所累积的长足经验正是该公司之所以能建立IP资料库并将MEMS制程标准化、模组化的关键，凭藉深厚的工程经验和专业领域的知识，才能开发出最佳的IP，而透过这些IP的交互运用，亦有助下一代产品的开发(图3)。  


图3　IMT将MEMS制程工序标准化、模组化与平台化的发展情形 资料来源：IMT
不同于IDM与半导体晶圆代工厂在MEMS产业的发展定位，IMT主要系锁定高价值的利基型MEMS元件代工商机，其中，生物医学和生物科技领域更是该公司营收成长最大的来源，约占整体营收35～40%的比重。  

Trautman分析，MEMS不仅可提供更好的一致性和可靠性，且可达到低功耗、微型化、低成本及精准控制等特性，并与其他电子元件相互整合，因此未来在医疗和生命科学领域的应用潜力十足，成长力道也相当强劲。而针对此一领域，该公司已掌握MEMS微帮浦(Micropump)、微流体(Microfluidic)、致动器(Actuation)和汽门(Valving)等相关制造技术。  

尽管目前MEMS市场多半仍由IDM所主导，但Trautman认为，MEMS代工势必成为未来趋势，如同现今许多半导体大厂逐渐走向轻晶圆厂(Fab-lite/Foundry-lite)的情形一般，MEMS元件开发商也不希望负担沉重的资本支出，因此，MEMS元件委外代工的后势发展将相当乐观。  

事实上，IMT现今约有八成的客户均为Fabless设计业者，且自数年前开始，IMT营运已开始获利。Trautman进一步强调，身处于MEMS代工产业相当令人振奋，因为MEMS元件的应用已无所不在，并深深影响人们的日常生活，以一辆高阶汽车为例，就配备多达三十颗的MEMS元件，且就整体市场未来几年的年复合成长率(CAGR)来看，也可达到两位数的成长，较同时期半导体市场仅个位数的增长，表现更为出色。  [!--empirenews.page--]

为因应客户不同层次的代工需求，IMT除可提供从产品概念到大量生产的完整MEMS代工服务外，亦可根据客户要求的产品效能规格，来完成原型开发、制程建立与量产等流程，或完全按照客户的设计和指定的制造流程进行代工生产。  

据了解，IMT现有位于加州圣巴巴拉(Santa Barbara)的厂房占地约13万平方尺，主要以6寸晶圆进行生产，目前已开始有少量的8寸晶圆产能。  
设计服务兴起　MEMS供应链更完备
MEMS市场的蓬勃，除带动专业MEMS代工商机外，亦让MEMS设计服务的商业模式应运而生，让MEMS产业供应链的发展，逐渐朝向类似半导体产业专业分工明确的架构迈进，除可降低MEMS元件开发的进入门槛外，亦有助扩大MEMS市场的规模。 


图4　AMFitzgerald创办人Alissa M. Fitzgerald认为，MEMS设计服务可协助相关元件开发商降低研发风险。
2003年成立并专注于MEMS设计服务的AMFitzgerald创办人Alissa M. Fitzgerald(图4)表示，并非所有公司都能具备开发MEMS元件的专业领域知识，因此，透过该公司的服务，可协助需要MEMS方案却缺乏相关人才与技术的公司快速切入，并降低每个技术研发阶段的风险。 

现阶段，AMFitzgerald所提供的服务，包括完整设计和专案管理、可制造性与成本分析、设计模拟与最佳化、4寸或6寸晶圆制程研发、测试系统开发、封装和系统整合，以及将技术转移至量产晶圆厂等。 

Fitzgerald指出，至今AMFitzgerald已服务超过七十家以上的客户，涵盖规模较小的新创公司至财星(Fortune)杂志前五百大企业，其中，大部分是不熟悉MEMS专业知识的客户，但也有少数具备MEMS技术能力的厂商为将研发资源聚焦产品制造，因而委由AMFitzgerald进行设计。至于客户的应用领域则相当多元，主要以工业用感测器、医疗、半导体、生物科技、影像、太阳能和材料等范畴居多(图5)。 


图5　AMFitzgerald主要客户群分布 资料来源：AMFitzgerald
然而，不可讳言的，MEMS设计服务或晶圆代工市场规模若要进一步扩大，Fabless设计业者将是不可或缺的关键触媒，但以目前MEMS元件制造商通常须耗费4,000～6,000万美元，并投入4～7年的时间才能开发出一款产品的情况来看，非常不利Fabless设计业者的发展。 

对此，Fitzgerald分析，由于MEMS缺乏标准制程，因此，元件制造商必须在建立完制程后，才能进行产品验证，导致研发时间与费用大幅增加。不过，一旦未来MEMS制程逐渐标准化，且相关电子设计自动化(EDA)工具更加成熟，这个问题即可获得改善，并促成Fabless设计公司在MEMS市场更加活跃，而届时，MEMS产品的数量也将大量激增。 

值得注意的是，所谓MEMS制程的标准化，并非如互补式金属氧化物半导体(CMOS)制程一般适用多种产品制造，而是将MEMS不同制程工序标准化、模组化，让制造商可根据产品的需要配置适合的制程。Fitzgerald进一步解释，每种MEMS元件的制程工序的排列组合不尽相同，因此，透过将微影(Lithography)、深蚀刻(Deep Silicon Etch)或沉积(Deposition)等制程工序加以标准化，即可像乐高积木一样，按照MEMS元件的需求，随意组合调整，这与半导体制程的开发概念截然不同。 

此外，针对市场人士提出将产品发展已相当成熟的加速度计(Accelerometer)制程标准化的看法，Fitzgerald则认为，专利问题将是首要须克服的问题。她表示，仔细观察意法半导体、Bosch Sensortec和飞思卡尔(Freescale)等加速度计大厂的产品规格即可发现，三家产品外观与封装虽大同小异，但内部构造却天差地别，这意味同样的加速度计产品，可以许多技术方案实现，因此，在如此激烈竞争的产品市场中，很容易面临专利侵权的问题，即便是采取全新制程技术的产品，亦不可不慎。 

除代工厂、设计服务商的出现可刺激MEMS市场的蓬勃外，致力推动MEMS发展的MEMS产业小组(MIG)亦积极整合相关技术、市场与产品资源，以协助更多业者进入MEMS领域。目前，MEMS产业小组已有一百家多家MEMS相关业者加入，除讯息分享交流外，也会提供可靠的产业资料协助MEMS技术的演进，同时促进MEMS技术和产品的商业应用与发展。 

由此可见，MEMS产品与制程的特殊性，并未局限相关业者的发展空间，反而在更多厂商加入后，让整体供应链更加完备，再加上产业组织的共同推动，MEMS产业将大有可为。