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mems的麻烦

严重的价格侵蚀正在需求增长的时候将整个部门放在压力下。

受欢迎程度

物联网的出现将为基于mems的传感器带来一系列新的机遇,但芯片制造商仍在谨慎前行。

克制有许多原因。微机电系统难以设计,制造和测试,这在MEMS生态系统中最初促进了乐观的乐观,该市场将指挥模拟设计能够维护的相同类型的保费。MEMS芯片是定制专为特定应用而设计的,许多都是具有微机器移动部件和先进电子控制的定制工程奇迹。

然而,定价并不总是与开发这些设备的重要性或难度成正比。例如,加速度计、陀螺仪和电容式触摸传感器在智能手机中已经变得非常普遍,以至于大型系统公司能够通过让一个小供应商与另一个供应商竞争来降低平均销售价格。虽然成交量巨大,但平均售价却大幅下跌。

“如果你看看陀螺仪和加速计,价格每季度下降3%到5%,”技术营销总监Mike Rosa说应用材料200毫米。MEMS领域的连续创业者都在谈论一个摊子。系统供应商已经能够推动大量的增长,但他们已经把价格压低到难以维持业务的地步。而且,每一代新设备的制造都不是那么容易。”

该观点是由铸造厂兴起的。“这些都是MEMS的挑战时间,”联盟商业管理副总裁Walter Ng表示。“即使它实际上是自定义开发,系统也希望将MEMS驱动到商品水平。如果我们将其推向商品水平,这是一个困难的企业,这就是为什么努力带来标准化的原因。但随之而来,还有许多定制进程的要求。“

这些定价压力在最受欢迎的市场中的创新量下降了,因为没有足够的保证金来支持它,同时触发了寻找成本压力较低的新市场。“MEMS市场的新进入者是麦克风,他们使用多个麦克风进行更高质量的音频输入,”工程工程副总裁Stephen Breit说Coventor。“我们还看到了用于指纹识别和手势检测的微型超声传感器的新市场。与电容式MEMS相比,它们的噪声灵敏度更低。汽车也有很多新功能,比如安全功能。”

什么是MEMS设备?
MEMS,顾名思义,是由机械和电气工程结合而成的系统。它们可以包括一些活动部件,或者根本没有,它们的范围从相对简单到极其复杂。直到2006年,在安全气囊和喷墨墨盒等狭小的市场之外,它们基本上是闻所未闻的。那一年,任天堂推出了控制器内置加速计的Wii。MEMS市场在那之后出现了爆炸式增长,向各个方向扩展,包括智能手机和其他便携式设备。

MEMS芯片如今被广泛应用于各个领域,从微阀、微镜、麦克风的压力传感器,到芯片上的实验室,例如可以在几分钟内检测一滴血,而不是几小时。

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MEMS芯片上的齿轮。来源:导师图形

制造这些设备通常要利用现有的制造技术,但其中一些技术是从设计的前沿提取的。这包括一系列先进的技术,包括多种类型的沉积(化学汽相淀积,PVD.低压化学汽相淀积,“肾上腺脑白质退化症”)他们还利用了一系列光刻技术,许多蚀刻方法,包括深反应离子蚀刻,以及从SOI基板到钪薄膜的材料。

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资料来源:MEMS与纳米技术交流中心

MEMS芯片通常分为四类:

•电容。这项技术可以用来检测任何传导的东西。它们可以在触摸屏和指纹传感器中找到。
•陀螺。这些设备使用一个振荡分量来检测任意方向的加速度。
•压电。这些基于薄膜的器件仍处于早期推出阶段,但预计将用于各种应用,包括能量收集。它们响应机械应力产生电信号。
•激光。这些设备也处于发展阶段。其基本前提是,他们可以对激光器进行多种用途的微调,从先进的汽车前灯到声光滤波器。

根据MEMS和纳米技术交易所的说法,MEMS通常由四个基本组件组成:微传感器、微致动器、微电子学和微架构。

在取决于定价压力的组合的情况下使用的是什么,这可以影响研发和制造,以及技术的成熟度以及特定应用需要多少性能。

新方法
虽然MEMS确实在手机市场上大受欢迎,但它在物联网领域的作用可能会大得多。物联网要想成功,到处都需要传感器。其中许多传感器将是MEMS芯片。其中一些将被标准化和商品化,而另一些将获得溢价,因为MEMS客户将不会在市场上有太多的锁定,或者至少在最初不会。

“麦克风是数十亿美元的五个设备之一,超过10亿美元,”应用的罗莎说。“有什么不同的是麦克风占据了毛利率。手机有很多酷炫的功能,但如果麦克风不起作用,那么它基本上是一块砖块。随着性能改善,将有新的应用程序。汽车中有多个应用程序,噪音消除。“

他指出,用于麦克风的微机电系统正从电容式过渡到压电式,新材料也带来了性能的改善。

SOI就是这样一种材料。其优点是晶圆更厚,这使得它们更容易使用,因此可能更便宜。一些早期的MEMS芯片是基于只有2到4微米的晶片。

“即使对于惯性传感器而言,仍有大量的余地可以提高性能 - 尤其是工业和军事应用,”Coventor的Breit说。“对于消费者市场来说,现有技术是”足够好“。但对于IOT和可穿戴物,他们需要更小的形状因素,因此它们必须与其他技术集成。这基本上是IP播放,但在与芯片的其余部分相同,因此它需要晶片键合或某种类型的包装。这些设备将在数十或数百微米中,因此使用芯片上的区域对MEMS没有意义。“

测试
测试MEMS需要一系列的方法。由于这些芯片中有些涉及到带有运动部件的机械设备,测试可以涉及到对其进行物理震动,并测量运动范围或部件的结构完整性。但这部分测试市场有其自身的问题,包括成本。

“大铁吃了矫枉过正,对成本敏感的MEMS零件的误用,”joey·锡·王国首席市场发展经理国家仪器。“但标准化程度也非常低。每一家半导体公司都将MEMS作为重要的IP,并参与到测试中。这是一个完全不同的物理刺激世界。这需要大量的垂直知识。”

TUN表示,包装本身可能需要线性加速器或旋转测试。但还有许多基于开放平台的DO-IT方法,这有助于定制。

他说:“终端客户将决定如何测试设备。”“因此,以汽车为例,测试将更加严格。目前,MEMS大约30%到50%的成本与测试有关。这一比例正在下降,但现实世界仍然给测试带来了困难。物理刺激本身有不确定性。它需要微调和校准,如果你真的需要微调的话,可能会花很多时间。”

技术的改进
随着MEMS行业开始为下一代射频滤波器和喷墨打印机中基于压电的MEMS加入钪和掺杂氮化铝等新材料,微调和测试将变得更加普遍。

“喷墨最初是溶剂型墨水,但今天它们是以蜡为基础的,”Applied公司的罗莎说。“要喷射它,你需要将蜡融化到100°c。但要喷射更粘稠的材料,你还需要一个可以提供更高力的驱动器。”压电驱动装置可以提供更高的力。”

罗莎说,钪正在通过这些天进入RF过滤器和指纹传感器,同时占5%至40%的浓度。每5%相当于信号到噪声比的一个分贝。“如果您查看RF过滤器,那么基本上是一个响应频率的钟曲线。什么钪确实拧紧曲线的侧壁,因此对其他信号的干扰较小。“

到目前为止,几乎所有MEMS的制造都使用200mm晶圆。但由于汽车零部件和物联网设备的需求不断上升,200mm晶圆厂的利用率不断提高,MEMS晶圆厂开始考虑300mm晶圆厂。这里的关键问题是,它能否产生足够的盈利能力,使这些投资物有所值。

联华电子的Ng表示:“在这个领域,流量的规模化和再利用是不可能的,因为没有标准化。”“我们在专注于特定应用上取得了一些成功,以获得规模经济。但这对一些设备来说也是一个挑战。它们的体型很小。这并不像一个巨大的应用程序处理器。由于其面积小,所以晶圆的聚集体积不大。”

然而,200毫米是限制性的。一个在200mm发展的陀螺仪没有足够的空间来进行一个大的侧壁倾斜。这个问题在300mm工具中消失了。此外,Rosa说,由于asic(许多采用300mm工艺制造)和MEMS芯片之间的相互作用日益增强,将两个300mm晶圆连接在一起要简单得多,成本效益也更高。

" ASIC正变得越来越复杂,输出也越来越多,客户正致力于将更多集成到单片芯片上," Rosa说。我们在MEMS中继续看到的三件事是:驱动设备的新设备,现有设备的新应用,以及持续的价格侵蚀,这迫使企业创造性地思考定价策略。”

这些创新策略包括晶圆键合,ASIC和MEMS在一个高级封装中堆叠,或完全集成单片ASIC和MEMS,其中MEMS直接堆叠在CMOS上。它还包括在PVD室中添加更多的材料来制造新的薄膜。

结论
毫无疑问,MEMS将在各种市场中发挥越来越重要的作用。压力和运动传感器是物联网和连接设备的关键部件,而MEMS是其核心技术。

但价格侵蚀将继续困扰这个市场,直到有足够的整合来创造更大的球员 - 或足够的需求来掩盖这些筹码的供应,并保证更高的投资回报以及对新技术的投资增加,但方法流程。

至少目前,许多公司都在权衡他们的选择。目前仍有大量MEMS芯片在设计和制造中,但未来几年将会发生什么尚不清楚。

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