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微機電系統(tǒng)(MEMS)制造技術(shù)發(fā)展趨勢及展望(一)

發(fā)布時間:2011-10-19     來源:日經(jīng)BP社

微機電系統(tǒng)(MEMS)制造技術(shù)的基礎(chǔ)是近似于半導(dǎo)體技術(shù)的微加工技術(shù)。但在業(yè)務(wù)的開展上卻不能采用和半導(dǎo)體一樣的觀點。這是因為MEMS具有兩面性。

一、半導(dǎo)體與MEMS的區(qū)別

MEMS技術(shù)與產(chǎn)品作為可誕生附加值的新一代產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。“三星、索尼和京瓷的MEMS的專利申請數(shù)量正在不斷增加”。但另一方面也有人指出“好是好,但靠它賺不到錢”,其原因就在于這項業(yè)務(wù)開展起來的難度很大。

MEMS業(yè)務(wù)的開展之所以難度大,一是因為其對象技術(shù)和產(chǎn)品種類繁多,二是廠商與用戶開展業(yè)務(wù)的方式不同。在形式多樣的業(yè)務(wù)開展中,除了從宏觀上對“MEMS”進行把握以外,還必須要有針對單個MEMS相關(guān)產(chǎn)品的“微觀”認(rèn)識。

對于這一點,下面將做進一步的詳細(xì)解釋。概括起來講,MEMS就是基于微加工技術(shù)的產(chǎn)品與技術(shù)的總稱,而微加工技術(shù)的基礎(chǔ)則是半導(dǎo)體制造技術(shù)。因此從宏觀上講,業(yè)界期望在半導(dǎo)體產(chǎn)品的延長線上開展產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)業(yè)務(wù)。這一點和半導(dǎo)體業(yè)務(wù)一樣容易制訂開發(fā)藍圖,對半導(dǎo)體廠商和業(yè)界分析師來說很容易理解。

另一方面,假如把MEMS技術(shù)看作基礎(chǔ)性微加工及各種集成技術(shù)的集大成,那么我們就能夠?qū)⑺暈楝F(xiàn)實世界中所有領(lǐng)域現(xiàn)有產(chǎn)品的超小型化,以及由此綜合而成的系統(tǒng)化手段。由此來講,可以說存在著大量具有潛在應(yīng)用前景的產(chǎn)品。從業(yè)務(wù)開展來說,重要的是能夠發(fā)現(xiàn)市場需求高且可產(chǎn)生附加值的應(yīng)用產(chǎn)品的業(yè)務(wù)眼光。此時,對應(yīng)于不同的應(yīng)用產(chǎn)品,存在著大量有關(guān)MEMS產(chǎn)品的開發(fā)藍圖,用半導(dǎo)體業(yè)務(wù)的觀點很難理解這個側(cè)面下的MEMS

按照上述觀點,大體上可將MEMS產(chǎn)品劃分為2大類。一類是類似于半導(dǎo)體元件的“大批量生產(chǎn)類型”,另一種是能夠在各種領(lǐng)域推廣應(yīng)用、具有極大發(fā)展?jié)摿Φ摹靶∨慷嗥贩N類型”(圖1)。半導(dǎo)體制造商等大型企業(yè)一般適用于大批量生產(chǎn)類型。而小批量多品種類型則適合于中小型風(fēng)險企業(yè)。從這個方面來看,在MEMS的產(chǎn)業(yè)化過程中也必須要有兩種觀點。

二、MEMS路線圖的制訂

本文作者出川通(日本)認(rèn)為,使用MEMS技術(shù)的產(chǎn)品分布領(lǐng)域極為廣泛,對這樣的“MEMS產(chǎn)品群”顯然無法一概而論。所以筆者建議,應(yīng)該以“應(yīng)用”和“實用化階段”為主線,提出MEMS的分類法。應(yīng)用方面,主要是指汽車、生物、RF(無線射頻)等領(lǐng)域MEMS產(chǎn)品,以及加速度傳感器和光開關(guān)等元器件。而實用化階段則是指從研究到投產(chǎn)的整個過程,包括“研究”、“開發(fā)”、“商用化”、“產(chǎn)業(yè)化”。

要想整體上把握MEMS,就需要首先從具體的領(lǐng)域出發(fā),關(guān)注每種元件的開發(fā)現(xiàn)狀。從這一角度出發(fā),按應(yīng)用領(lǐng)域的不同對商用開發(fā)進展(實用化階段)進行分類,就可以得出相當(dāng)于半導(dǎo)體開發(fā)藍圖的路線圖。從具體的應(yīng)用案例來看,以滿足多樣化需求為目標(biāo)、各種領(lǐng)域都在獨立向?qū)嵱没较蜻~進。

MOT的角度看,要想達到實用化,以下4個實用化階段有利于提高效率。分別是:研究階段、開發(fā)階段、商業(yè)化階段、產(chǎn)業(yè)化階段。如果在MEMS實用化方面套用這些階段的話,主要就是指:

1.研究階段:微加工工藝種子技術(shù)的自主開發(fā)、基于非細(xì)化需求的關(guān)鍵技術(shù)的革新階段。也可以說,這是一個不針對具體應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)散階段。種子技術(shù)主要以大學(xué)為主來培育。

2.開發(fā)階段:從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)角度了解客戶需求,分階段進行特定用途的產(chǎn)品實用化開發(fā),這是一個收縮階段。這個階段提高試制速度非常重要。

3.商業(yè)化階段:給開發(fā)階段試制的元器件賦予“商品”所必需的附加值的階段。需要把握好可收回投資成本的價格和元器件標(biāo)準(zhǔn)之間的平衡。這個階段如何在產(chǎn)品中實現(xiàn)客戶需求十分重要。

4.產(chǎn)業(yè)化階段:通過工廠批量生產(chǎn)、通過銷售渠道開始銷售推廣元器件的階段。這個階段,需要在加快商品開發(fā)速度的同時,在必要時與其它企業(yè)和大學(xué)等展開合作。

從技術(shù)潛力角度看,MEMS相關(guān)產(chǎn)品非常豐富,但必須從上述技術(shù)管理的角度出發(fā),高效率地進行實用化開發(fā)。

三、準(zhǔn)確的市場定位

首先,將采用MEMS技術(shù)的“MEMS用戶”分為5類。

1.將MEMS作為通用元件嵌入到現(xiàn)有產(chǎn)品中。

2.定制MEMS作為次核心技術(shù)和替代型部件使用。

3.將MEMS作為核心部件,采用自主開發(fā)的產(chǎn)品推出新產(chǎn)品。

4.利用MEMS組件更新現(xiàn)有產(chǎn)品和系統(tǒng)。

5.利用MEMS組件創(chuàng)造全新概念。

其中,13是將MEMS組件作為部件使用的用戶采用的商務(wù)模式,45則是將MEMS作為系統(tǒng)部件使用的用戶采用的商務(wù)模式。

此處需要注意一點,一般來說,MEMS元件的應(yīng)用范圍很廣,用戶的用法也各種各樣。當(dāng)然,應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?/SPAN>MEMS技術(shù)的要求也是多種多樣的。另外,根據(jù)MEMS技術(shù)的成熟度及成本等能在多大程度上滿足應(yīng)用需求,業(yè)務(wù)的開拓方式也大不相同。因此,MEMS元件的開發(fā)商必須與MEMS用戶進行充分的交流。

此外,考慮用戶的規(guī)模也至關(guān)重要。大型企業(yè)一般從面向現(xiàn)有產(chǎn)品的應(yīng)用開始。也就是說,從1這種模式(嵌入到具有可靠性的通用元件)開始,再按照243的順序逐漸開展業(yè)務(wù)。中小企業(yè)和風(fēng)險企業(yè)則不僅可應(yīng)用到現(xiàn)有產(chǎn)品,還可以迅速地將其應(yīng)用到35等附加值較高的產(chǎn)品中。

四、有關(guān)MEMS構(gòu)想

日本的生產(chǎn)行業(yè)大都將技術(shù)開發(fā)的重點放在“工藝創(chuàng)新”上,以便生產(chǎn)高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品。在這種開發(fā)模式下,“如何實現(xiàn)高質(zhì)量”至關(guān)重要。這也是日本廠商在全球立于不敗之地的關(guān)鍵所在。不過,近年來,海外企業(yè)也已經(jīng)能夠以低價格提供高質(zhì)量產(chǎn)品,這一模式開始不再適用。

在這一形勢下,日本的生產(chǎn)行業(yè)開始轉(zhuǎn)換思路。廠商應(yīng)重視的問題已經(jīng)從“工藝創(chuàng)新=怎樣生產(chǎn)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮に噭?chuàng)新=創(chuàng)造什么”。也就是說,通過盡快為顧客提供所需商品來獲取附加價值的新時代已經(jīng)到來。

迄今以來,半導(dǎo)體領(lǐng)域經(jīng)歷了從晶體管到IC再到LSI的技術(shù)革新,從產(chǎn)品和工藝兩個方面主導(dǎo)了半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)新進程。在技術(shù)進步的推動下,系統(tǒng)及軟件產(chǎn)業(yè)得以飛速發(fā)展,軟硬件的融合也得到不斷加強。然而,隨著半導(dǎo)體元器件的不斷進步和日趨成熟,微細(xì)加工技術(shù)逐漸走向模式化、成為一項通用技術(shù),所有的技術(shù)經(jīng)驗都融合在了生產(chǎn)設(shè)備中。因此,通過購買生產(chǎn)設(shè)備,許多企業(yè)都能夠從事半導(dǎo)體生產(chǎn)。然而,即使是在半導(dǎo)體領(lǐng)域這種“模式化”技術(shù)也已不再適用,現(xiàn)在需要的是“非模式化”(個別支持)技術(shù)。也就是說,需要通過SoC和多功能LSI,去滿足每位客戶及市場的個別需求。

MEMS雖然基于生產(chǎn)模式化產(chǎn)品的半導(dǎo)體工藝技術(shù),但完全可以實現(xiàn)非模式化的個別支持。也就是說,MEMS可以模式化的微細(xì)加工技術(shù)為核心,通過組裝技術(shù)實現(xiàn)對用戶的個別支持。我們將其稱為“MEMS構(gòu)想”。利用MEMS構(gòu)想,就可實現(xiàn)低價生產(chǎn)、高價銷售。

今后,在各種設(shè)備和元器件的開發(fā)中,軟硬件的融合將變得至關(guān)重要。這是因為,應(yīng)用要求(軟件)必須要嵌入到元器件(硬件)中。MEMS雖然是硬件,但它還可作為滿足應(yīng)用需求的軟件使用。因此,將MEMS嵌入到產(chǎn)品中是可以提高產(chǎn)品附加價值的。這就意味著,MEMS可作為一項產(chǎn)品創(chuàng)新工具來使用。

那么,如何來引導(dǎo)這種產(chǎn)品創(chuàng)新呢?答案就是利用“MEMS構(gòu)想”,從根本上滿足應(yīng)用一方的要求。這樣一來,定能創(chuàng)造一個像泛在社會(一直以來只是個夢想)一樣的新世界。即使達不到上述水平,MEMS也已開始在工廠、企業(yè)等的安全及維護系統(tǒng)、防災(zāi)系統(tǒng)等領(lǐng)域普及。也就是說,MEMS可以發(fā)掘出由于受到技術(shù)限制而尚未顯現(xiàn)的應(yīng)用需求。這時,MEMS本身將不再出現(xiàn)而是融入到設(shè)備中去。當(dāng)然,產(chǎn)品創(chuàng)新的方法不止采用MEMS這一種,作為商務(wù)戰(zhàn)略的第一步,首先應(yīng)該在大幅提高設(shè)備性能的同時通過量產(chǎn)降低成本。

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