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微機電系統(MEMS)制造技術發展趨勢及展望(二)

發布時間:2011-10-19     來源:日經BP社

一、五種MEMS業務模式

作為MEMS技術與產品,從它的應用前景及靈活性來講,堪稱通過開拓市場,認清需要創造什么產品的最佳手段。那么,誰能夠引導產品創新呢?從利基市場來講,當屬中小型及風險企業。可以說絕大多數MEMS應用最初幾乎都屬于這類情況。下面就以各MEMS廠商的業務模式為例做一探討。

對于MEMS廠商而言,各廠商采取的業務模式有若干類型。最普遍的為以下5種業務模式。

1.利用電子廠商的半導體閑置設備的設備轉用型制造與銷售廠商

通常來講,從生產設備的關系來說,大企業的半導體設備轉用型屬于大批量生產型,具有發展成為通用元件量產型的產品創新型業務模式的傾向。當然,大企業也可將目標鎖定在自有產品的優勢上進行生產,也同樣屬于產品創新的范疇。說到日本,擁有半導體閑置設備的大企業就屬于這種情況,前者就是在半導體內存領域具有優勢特征的眾多大型半導體企業,而后者則是自身擁有最終產品的愛普生和索尼等企業。

2.專門從事設計和工程業務的無工廠企業

這類企業自身并沒有制造設備,而是根據用戶方面的需求,提供工程服務。日本沒有這類企業。

3MEMS代工(專門提供受托生產業務的公司)

作為代工企業,這類公司并不進行研發,而主要從事受托生產。主要以臺灣的DRAM代工業務模式為基礎,臺灣企業是此類企業的典范。

4.以MEMS的研究開發為主,開展受托業務的企業

可進行小批量生產,主要是一些從歐洲MEMS研發機構獨立出來的風險企業。日本的東北大學風險企業Mems Core公司等就屬于這一類。

5.瞄準MEMS核心技術,從開發到量產工作都由自己承擔的企業

率先把握MEMS領域的需求,在確保知識產權的條件下獨自組織生產。作為在特定元件領域具有絕對優勢的公司,美國Analog Devices、美國STMicroelectronics和日本Wako等公司就屬于這一類。

在產品創新中,由于附加值并不依賴于成本削減和少品種大批量生產,因此假如最初就將目標鎖定于采取LSIDRAM)業務模式的產品創新型“薄利多銷方式”,恐怕就很難把業務做起來。作為MEMS來說,假如能大量生產,那么與過去的積累式制造工藝相比,確實有產生出劃時代的低價產品的可能性,但并不是從一開始就便宜的。另外,暫且不論產品尺寸,考慮到設備投資等問題,應該說是還是需要經過一個高造價的過程的。

作為MEMS制造商的業務模式,從現實來說,1中的MEMS生產適合于大企業。而作為24兩種業務模式,盡管銷售規模不大,但由于需要同時平行推進多個品種的開發,因此適合于中小企業及風險企業。剩余的35兩種模式,根據市場情況以及技術上的難易程度,有的適合于大企業,有的則適合于中小型及風險企業。

看看管理層如何把握MEMS,就能判斷出該公司的發展方向。從技術管理的角度來講,作為“MEMS元件”形成市場的產品,可以說是在量產型產品的創新過程中加入了削減成本階段而已。從這個意義來說,在具有量產性的MEMS元件中,現已迅速發展成通用產品的“加速度傳感器”就是一種半導體產品,它就屬于產品創新。而用途明顯正在不斷拓展的噴墨頭尚不能算做MEMS元件,可以說遠未脫離產品創新的過程。從技術管理的角度來說,不僅是大企業,能夠經營得好的中小型及風險企業,都是在上述應用中明確業務模式,將自身優勢與MEMS的附加值統一起來,并率先付諸行動的企業。

二、利用低風險打造新業務

技術管理的關鍵詞中有一個非常重要的“高科技管理”。現實生活中,有時會發生一些誤解,認為“高科技=高級且完成度高”,“低科技=低級且完成度低”。實際上則完全相反,越是“低科技”,技術上越成熟,完成度越高,換句話說,就是低風險、高水平。這樣的例子在已經非常成熟的傳統基礎產業中隨處可見。

雖說如此,由于制造業的創新主要來自于技術革新,因此就需要有能夠推動技術革新的高風險的高新技術。不僅如此,還需要與“低科技”的傳統技術結合起來,很好地加以運用。MEMS可以說是微加工尖端技術的集大成,即高科技,因此從MOT上來說假如不能很好地與低科技相結合,就無法快速地實現低風險的商品化。

MEMS工藝技術是建立在半導體工藝技術基礎上的。盡管如此,在基本加工方面,與“低科技”的現有機械加工等材料加工技術仍有共通點。二者盡管看起來區別很大,但在“切、粘、層疊、成形、削”等方面則完全相同。MEMS可以說是現有機械加工的微細化。

一般而言,假如材料相同,即使工具不同,也能使用相同手法的就是工藝。不過,MEMS加工由于屬于微細化技術,因此很多場合無法使用與現有機械加工相同的工具。比如,機械加工一般結合使用各種刀具和熱能,而半導體工藝則運用等離子和分子·原子級化學反應。

而且,MEMS的定義方式也各種各樣。有的公司將微加工技術稱為MEMS。而其他公司則做了進一步的限制,假如沒有激勵器等驅動部分,就不會稱之為MEMS。但假如以應用于現有產品為前提的話,除發現了全新的用途,或者與半導體元件實現一體化的情況之外,必須與現有加工技術相結合。

在現有技術與MEMS的結合中,現有加工技術與微加工技術的接口也能稱為MEMS。這也是低科技與高科技的結合點。從這個意義上來講,只要使用了MEMS,就能在低科技(現有技術和產業)領域運用MEMS,反過來也可通過高科技(尖端技術與產業)領域達到MEMS元件的實用化目標。只要很好地運用MEMS,無論是從高科技方面,還是從低科技方面,都能達到目的。在通過將高科技的MEMS運用于現有成熟技術來提高附加值的例子中包括汽車和手機等產品,今后將會自然而然地向基礎產業和電氣產品等領域逐步普及。

接著從加工尺寸這個角度來分析一下二者的交匯點。過去的半導體工藝主要擅長10μm以下的微加工,而傳統的機械精加工技術在100μm上還可以,再往下就不行了。為了使MEMS達到實用水平,或者說實現一種使低科技與高科技相結合的手段,10μm100μm之間的過渡性加工技術將顯得越來越重要。

三、MEMS所必須的兩個接口

為了實現泛在系統或傳感器網絡系統,作為以分散方式對硬件進行處理的元件,MEMS模塊的運用必不可少。在這種情況下,MEMS模塊通常被定位于實現分散處理的工具。

現有的設備和電子系統均由CPU對信息進行集中處理。但在運用MEMS技術后,則可變成分散處理。所以,眾所周知,用于實現分散處理的MEMS技術必須具有無線功能,自我修復功能,以及能量(電池)功能。下面,將從硬件和軟件2個方面,對用于連接具有上述功能的MEMS和現實社會的技術,即接口進行說明。從技術管理的角度來講,這個領域的業務有可能向各種方向發展。僅就目前的成本和可能性來說,還存在著很難說清楚的不連續性與不確定因素。這也是無法定量探討MEMS的結果與預測的原因之一。

1.硬件方面的接口:封裝問題

MEMS模塊在使用上的課題主要是封裝問題。在實際環境中使用MEMS技術,存在著諸多困難。即使已經有了最合適的MEMS模塊,也必須要有與模塊的使用場所和環境相應的接口。這就是封裝與布線,同時這也是與能量源之間的接口。在此由于不能使用標準產品,因此必須單獨進行處理。反過來講,需要我們關注的是,假如各企業能夠把自己的技術與知識運用到這里來,將會產生巨大的高附加值。

2.軟件方面的接口:目的是為了綜合運用MEMS

作為使用多個MEMS模塊的應用課題,可以舉出的是在利用插件將各MEMS模塊連接起來時的難度。這可以說是MEMS模塊的生產廠商與用戶共同面臨的課題。考慮到MEMS模塊本身的變更難度,在綜合使用多個MEMS模塊時,必將為模塊之間的連線與網絡化付出艱苦的努力。

為了解決這一問題,必須簡化各種MEMS的連接及處理,開發和運用便于MEMS使用的通用的插座型接口(接口平臺)。圖中給出了MEMS在使用方面的課題,以及與高附加值的關聯性和定位。

四、企業聯盟的重要性

對于聯盟來說,具備不同于網絡化的難度,其手法具有各種模式。從技術管理的角度來看,最具效率的是客戶與廠商組成的聯盟。這種關系如能實現“雙贏”,就能完全跨越“死亡之谷”。此次,在MEMS中就這種聯盟進行探討。

首先,必須注意的是廠商與客戶對完成度的認識。對于產業化階段,客戶希望在認識上與廠商保持一致。比如,研究開發階段的聯盟將以技術為主導。而到了產業化階段的聯盟,就要有一個明確觀點,知道廠商怎么做才能滿足客戶的要求。必須對二者加以區分。也就是說,假如用戶考慮的應用階段和廠商具備的MEMS元件的完成度不一致,工作就無法順利地開展。尤其是企業規模和行業不同,造成各部門在速度上的感覺不同,因此雙方必須從時間上協調好。

一般來說,只要廠商能夠由開發階段過渡到產業化階段,與此相應的市場特性就會逐漸顯現出來。因此,受競爭意識的影響,就希望將業務攬入公司內部。從此以后,產品化進程就只能在廠商的封閉世界里進行。在這種情況下,假如不能明確地了解MEMS商品開發的難度,以及在開發階段反復試制MEMS產品,即反復試驗的重要性(從技術管理來說,“跨越死亡之谷”就等于將產品變成了商品),就會陷入產業化困境。

結果是花費的財力和人力越大,風險也越大,對于廠商與用戶雙方而言,就會在內部產生沖突和爭吵。廠商內部不解地稱“東西是搞出來了,為何銷不出去呢?”而用戶內部則埋怨說“通過各種努力,得到的卻是不實用的玩具”。另外,此時假如廠商的設備不齊備,還有可能無法迅速做出反應。

為了將MEMS投入實際應用,用戶和廠商都需要能夠共同承擔風險的多個聯盟,而不僅僅是擁有網絡。通過對MEMS用戶和廠商聯盟的必要性及效率進行研究,根據不同的業務模式,可以考慮各種方式的聯盟。廠商和用戶如能在明確聯盟目的的情況下開展協作,就能盡快取得成功。下面舉出的可以說是成功的聯盟模式:

1.雙方均具有經營自主產品的推廣欲望,能夠利用MEMS技術在高附加值產品和高級產品的開發中實現產品特色化的企業。比如,索尼、松下電器產業、佳能和美國邏輯器件。

2.雙方均希望利用MEMS技術實現獨家商品且充分掌握現有技術的核心企業。比如,奧林巴斯、愛普生、日本電裝和瑞士COLIBRYS SA

3.雙方均希望利用MEMS技術發展成新興企業或實現新的應用的風險企業。比如,日本MEMS-Core、日本Wako,以及從事其他各種應用開發的風險企業。

4.盡管MEMS技術不是主業,但雙方均希望通過將MEMS技術及現有技術與產品進行綜合運用,來推動技術開展的企業。比如,歐姆龍、日立制作所、東芝等大型電子和大型機型廠商,以及著名設備工程公司。

一般來說,在由用戶和廠商組成的聯盟中,大企業之間很難開展工作。總的說來,靈活性強的中小和風險企業之間的結合往往最容易開展工作。而在中小和風險企業中,尤其是現已擁有各種獨特產品的企業,以及采用MEMS技術開發高科技產品的企業所組成的聯盟就更好了。

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