高价值应用推波助澜　MEMS市场版图持续扩大

MEMS成功挺进消费性电子应用后，更加受到瞩目。矽谷也掀一股MEMS风潮，除可见MEMS新创公司如雨后春笋冒出，创立多时的MEMS晶圆代工厂也因订单的增加，新兴应用的崛起，加上制程技术的突破，明显感受MEMS产业倒吃甘蔗的滋味。
根据iSuppli资料显示，2006～2014年MEMS产业的年复合成长率(CAGR)达11.6%，其中，虽然行动与消费性电子应用仍蔚为大宗，但是诸如工业/处理控制、医疗电子、航太、国防、保全与有线通讯等高价值的应用也贡献良多。 

图1 IMT事业发展副总裁Craig T. Trautman表示，IMT将持续投资与开发可重复使用的MEMS标准化制程、模组与平台。
成立于2000年的微机电系统(MEMS)晶圆代工厂IMT，因未在亚洲设立据点，让亚洲媒体误以为是新公司，然该公司已成立逾10年，IMT事业发展副总裁Craig T. Trautman(图1)表示，事实上，IMT是全美最大的纯MEMS晶圆代工厂，不但拥有自家的厂房与设备，且是获利多年的公司。 

目前拥有一百名员工的IMT，仍持续扩大人员编置，有关该公司的竞争优势，Trautman强调，IMT是全球最精确、最快、最灵敏与最复杂的MEMS晶圆代工厂，同时也在大量生产上拥有领导地位，目前已交货逾六千二百万颗MEMS交换器。此外，透过与客户共同合作，IMT亦可提供量身订制的解决方案。 

回顾1995年的MEMS市场，当时市场产值仅15亿美元，在市场规模如此小的情况下，不但纯MEMS晶圆代工厂很难存活，技术的投资也只注重如何将感测器做得更好，应用领域则局限于安全气囊加速度计、喷墨印表机读写头与压力感测器等。 

MEMS产值15年涨四倍

Trautman指出，2010年MEMS产值跃升为60亿美元，其中，晶圆代工厂产值即占5亿美元，各种技术的投资已相当广泛，包括晶圆级封装(WLP)、矽穿孔(TSV)、三维(3D)结构、标准化模组与平台等。而应用范围也已包罗万象，举凡多轴加速度计、陀螺仪、光学转换的镜片阵列、整合机械振荡器的半导体晶片、用于制造、保全与医药的生化感测器等皆相当普遍。 

MEMS元件技术迭有突破

拥有MEMS时脉市场高达85%市占率的SiTime，也在MEMS市场逐渐扩大与相关技术不断精进下，营收迅速增加。 

SiTime执行长Rajesh Vashist表示，截至2010年10月，SiTime已出货三亿颗产品，预估2009～2015年的年复合成长率(CAGR)将高达99%。该公司善用矽的特性，不断提升MEMS元件在性能、品质与成本的优势。与石英元件相比较，SiTime的振荡器无论在产品供货期、可编程的灵活性、成本、耐用性与可靠性皆略胜一筹。 

继全矽振荡器，SiTime于日前又推出业界第一颗全矽 MEMS谐振器(Resonator)，再度验证半导体优于石英的特质。由于利用标准IC塑胶封装整合在主晶片中，可去除电子系统外所有外挂即时计时元件，不仅提升不少成本效益，且创下全矽时脉±5PPM频率稳定性的纪录，目标瞄准20亿美元的谐振器市场。 

SiTime时脉产品必须经过该公司实验室严格测试，确保频率稳定性。
Vashist指出，SiTime是业界唯一成功针对时脉市场中振谐器、振荡器与时脉产生器提出全面解决方案的公司。在成功打入15亿美元的振荡器市场后，该公司于日前再接再厉推出适用于即时时脉晶片与即时计时应用的MEMS谐振器，进军年产量一百二十亿颗、产值高达20亿美元的谐振器市场。 

SiTime晶片目标取代石英元件

图2 SiTime行销副总裁Piyush Sevalia强调，未来的时脉产品将同时拥有性能、品质与成本等优势。
SiTime行销副总裁Piyush Sevalia(图2)则补充说明，透过打线或覆晶的方式，该谐振器可与系统单晶片(SoC)、特定应用标准产品(ASSP)与特定应用积体电路(ASIC)等主晶片裸片整合，并采用标准塑胶晶片封装，有助于系统厂商缩小产品尺寸，尤其减少其他的元件，不但可以简化系统的设计，加快产品上市时程，更可降低成本。该谐振器的尺寸也是一大优势，仅为最小的32.768kHz传统石英谐振器的十分之一。 

针对矽谐振器与传统石英产品的比较，SiTime首席科学官Aaron Patridge(图3)分析，SiTime的矽谐振器具有更佳的频率稳定性，可在不同温度范围、不同电压变化与不同制程下保持±5PPM频率的稳定性，反观石英谐振器，受焊接与回流焊等影响所造成的频率误差则是众所周知的事实。无庸置疑，矽谐振器将可提升终端产品效能与可靠性，同时也减轻系统商的设计与采购元件等工作。 

欠缺标准/EDA工具　MEMS挑战重重 

图3 SiTime首席科学官Aaron Patridge指出，该公司全矽MEMS谐振器可替代32kHz石英晶体。
尽管MEMS产业逐渐拓展版图，眼前面临的挑战仍不少，Trautman不讳言，由于MEMS产业缺乏标准，导致目前针对每一种产品皆需要自成一格的制程与封装，再加上相对于互补式金属氧化物半导体(CMOS)产业，MEMS的电子设计自动化(EDA)工具也较不成熟，在在影响未来的发展。Trautman预测，MEMS产业未来将走向更完全的整合，届时，势必更增加其复杂性且需要更多软体。 

除了上述简化发展与制造的挑战外，Trautman认为，MEMS因涉及多元的科学与学术如电子、物理、机械、生物、化学等，相当复杂，需要各种专业的研发人员通力合作，难度确实很高。此外，在没有成熟技术的支撑下，面对客户的要求，MEMS尚须克服持续降低开发与制造成本的难题。 

历经10年的摸索，IMT已累积丰富的经验与专业，Trautman强调，IMT拥有最佳的战斗位置，凭藉建立的技术模组、平台，加上善于让不同应用的制程可以互相运用，IMT已明显实现降低开发时间与成本的目标。 

IMT新增TSV利器

事实上，相当重视研发的IMT于日前又有另一新突破。在加入铜填充15～60微米(μm)深度的TSV结构生产近两年后，IMT已完成50～250微米铜填充TSV的样品，预计于今年上半年后随即进行生产。  [!--empirenews.page--]

为达到新系统要求的性能水准，RF应用正利用透过垂直整合、更短的单一讯号路径，而铜填充TSV引起的插入损耗、阻抗可以忽略不计。TSV的整合已蔓延至其他功能开发且带来讯号损失最小化与缩小装置空间的好处，后者主要的驱动力量即来自于行动应用。辅以晶圆级和系统级的组装和封装，TSV为实现下一代3D整合的关键角色。 

Trautman指出，IMT致力于多晶矽的TSV技术，最近的研发重点则是以具有高性能的铜材料为主。IMT的铜填充TSV展示品具有小于0.01欧姆(Ω)的电阻，在6GHz频宽下，插入损耗仅0.01。因应市场需求，IMT将持续发展金属填充TSV，同时计划于2011年下半年推出宽高比为10：1的TSV。 

观察过去两年，由于IMT在射频市场的积极推动，使用该公司TSV技术的客户正稳定增加中，Trautman透露，包括光学、生命科学等矽材基板(Interposer)应用与市场已发现可使用该公司的TSV技术，以达到整合的目的，IMT目前另有生产专案可导入超过十四万TSV在单一晶圆上，该公司预期TSV技术的使用将继续精益求精。