與美國、歐洲、臺灣等相比,在作為產業基礎的試產線、企業承擔開發風險的體制與速度方面日本處于落后狀態。從這個角度來說,政府部門僅僅了解現狀是不夠的。政府研究機構和高校在產業支援上的導向,以及由地方自治團體提供全面支援,實現“知識產權與通用硬件”的“公共化”非常重要。
一、如何在試制階段使試驗更具效率
與官、學有關的,甚至可以說是必不可少的,就是研究與開發階段。假如在產業化階段有官學參與進來的話,那就說明該項目的實施內容又回到了開發階段。MEMS元件如能順利邁入產業化階段,企業一般就會逐漸認清商品的市場特性,因此出于競爭的考慮,就會逐漸將其攬入公司內部。這是理所當然的一個過程,自此以后將變成一個封閉的世界,反過來說,到這里大門已經關上了。
問題在于開發階段需要反復進行MEMS試制的摸索試驗。在這個階段,需要花費人力和財力,而且風險很大。需要配備一整套設備,這會成為廠商的巨大負擔。對于應用廠商而言,如若在試制與開發階段處理不好,就無法進入下一階段;對于廠商而言也將無法量產,因此也就沒有銷售和收益。
在這一點上,美歐等已經形成了這樣的局面:美國由以大學為中心的機構承擔這方面的風險,德國和瑞士則以自治團體為主導的半官半民機構,法國以國家為主導的機構來承擔此類風險。而日本目前在MEMS方面,無論是經濟產業省的基本政策、還是產業綜合研究所,以及屬于外圍團體的日本微機電中心、文部科學省、高校、自治團體的知識產權組織等等,各組織都無法完全承擔上述責任。在MEMS邁向產業化的過程中,包括產、官、學在內,必須使各領域有效地組織起來,希望能有一個戰略定位。
下圖給出了各國在MEMS產業化方面由高校和政府機構對MEMS試制活動提供支援的案例。


二、美國產、官、學協作對于MEMS的實用化情況
MEMS這種綜合性的叫法是從美國開始使用的。尤其是上世紀90年代以后,MEMS已被看作必需的軍用技術。因此,美國軍事研究機構DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency,國防高級研究計劃局)至今仍在進行MEMS的研究項目。各主要大學和研究機構也在試制優秀的MEMS。在航天、生物與醫療領域正在進行積極的應用活動。美國相當多的大學(包括麻省理工學院(MIT)、斯坦福大學、加利福尼亞大學伯克利分校、凱斯西儲大學、密歇根大學等)正在大力擴充試制設備。與日本的大學和國立公立研究所等機構相比,可以看出日美兩國在試制基礎方面存在著驚人的巨大差距。在美國,MEMS的開發階段,即試制與開發均由大學承擔。
下面具體介紹一下這方面的情況。在美國的大學中,MEMS的研究開發在上世紀60年代首先從斯坦福大學開始,逐步擴展到其他大學。盡管同樣都是MEMS研究開發,但各大學在領域和工藝上具有各自不同的特點。在設備投資中最低也進行了數十億日元的初期投入,并且正在不斷充實相關設備。不只是研究開發,為了使生產達到量產水平,實現晶圓尺寸的大口徑化,正在積極地籌措資金。美國佐治亞理工學院和美國加利福尼亞大學洛杉磯分校等,眾多的美國大學都充實了相關設備。每一所大學都擁有100~150mm晶圓生產線。不過,單靠這一點,“技術向產業界的轉移需要很長時間,大學的附加值較低”,因此為了推進大口徑化向200mm晶圓發展,計劃籌備數十億日元的資金,盡快完成設備引進。下圖從技術管理的角度對其作用進行了分類。

三、法國產、官、學協作對于MEMS的實用化情況
法國有關MEMS的研發基地較為集中。研發活動由國立研究所法國LETI(Laboratoire dElectronique de Technologie de lInformation,電子和信息技術實驗室)承擔。他們在該機構配備了大型無塵室和MEMS相關工藝設備,基本上有一半的經費是靠政府資金維持的。法國有關MEMS的研發活動屬于單極集中型。而德國則分散在全國各地,兩國正好形成了鮮明對比。尤其是在半導體領域,認識到與日美之間的巨大差距后,作為“法國硅谷”正在努力地將MEMS和半導體相關研發機構和產業向格勒諾布爾地區進行集中。在此,縣和市均發揮了巨大的作用。
對于開發階段之后的業務推廣階段來說,在格勒諾布爾市效有近10家源自LETI的MEMS風險企業,呈現出集群態勢。比如,TRONIC&apos、Microsystems S.A.、MEMSCAP, S.A.和PHSMEMS等公司。而在市場運作方面,與美國市場協作緊密,有在美國建廠的,有收購美國公司的。現已瞄準美國航天與軍用市場,希望以此為立足點向民用產品、汽車和新領域進行拓展。然而,給人的總體印象是正在利用新設備,積極地擴大經營,開展一場財力游戲,同時還可看到先期投資的特征。
在法國,在研發階段由國立研究所一手承擔產官學協作,說起來在基礎研究中很難見到大學的影子(見下圖)。在業務推廣階段,源自研究所的風險企業正在使用民間資金,積極地進行設備投資。由此表明,其目標是發展美國式的風險企業,同時又有國家和地方團體的熱心扶持。

三、德國和瑞士產、官、學協作對于MEMS的實用化情況
德國的MEMS研究開發與應用工作主要集中在非營利性的半官半民研究機構德國弗朗霍夫學會(Fraunhofer-Gesellschaft)和德國美因茲微技術研究所(Institut fuer Mikrotechnik Mainz GmbH,IMM)等。其中,包括MEMS在內的微電子研究開發正以柏林和慕尼黑(IZM)為中心來展開。2003年度的研究預算約為33億日元,其中政府與公共基金約出資40%,另外約60%來自企業的委托研究費。另外,弗朗霍夫學會雖說是半官半民性質,不過研究網絡遍布全球,正在與地方設立的非營利研究機構共同展開研究。
從業務形成過程的分工來說,大學在基礎研究方面擁有研究平臺,而類似弗朗霍夫學會這樣的研究機構不僅擁有開發平臺,還擁有業務形成平臺(見下圖)。盡管分工明確,但價格昂貴的設備是與大學共用的。MEMS相關的獨立子公司或風險公司基本上都源自上述研究機構,包括德國Pac Tech GmbH等共有十幾家,據稱今后將會逐漸增加。MEMS在德國國內的應用主體是汽車,其次是化學設備等領域。與美國的關系密切也已成為德國半導體與電子領域的特點之一。對于日本,則看重的是MEMS在各民用產品領域的應用。
而瑞士在重振該國精密工業即鐘表產業的目標指導下,地方經濟日趨活躍,已經形成產學協作的基礎,在聯邦政府的扶持下現已形成以CESM(Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique)為主導、以MEMS等技術為基礎的“瑞士版硅谷”。CESM已經和Université de Neuchâtel,洛桑聯邦理工大學、蘇黎世聯邦理工大學,以及法國LETI建立了協作體制。對于CSEM中有望形成業務的研究項目,一般會成立風險企業,并將其獨立出來。截至目前已經成立13家企業,比如,瑞士COLIBRYS SA、瑞士CSEM(Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA)等,主要進行各種高性能MEMS的開發,制造與材料表面評價設備,以及各種光元件和定位傳感器等各種MEMS產品的開發、生產和銷售。其中有7家公司接受了CSEM的出資。

三、亞洲產、官、學協作對于MEMS的實用化情況
亞洲的MEMS研究開發,中國、中國臺灣、韓國和新加坡等地,作為政府的技術戰略決策都在大力發展MEMS。此外,近年來越南等也已把MEMS看作未來的商機,正在密切關注它的發展。尤其是臺灣,現已確立了這樣的體制:由政府研究機構率先投入實用化的試制開發,然后再將研發成果向私營企業中的MEMS代工廠商進行技術轉移,逐步地向量產階段推進。在基礎研究方面,主要依賴日美歐等國的大學和研究機構取得的成果,MEMS代工則逐步向實用化方面進行集中。
中國臺灣正在實施這樣的戰略:由政府研究機構率先推進實用化研究開發,然后將研發成果向私營企業的代工廠商進行技術轉移,逐步向量產階段推進。其中的主角就是政府研究機構ITRI(工業技術研究院)。作為未來的“戰略產業技術”,該院正在積極地推進面向產業化的研究開發。并在內部設立了風險企業孵化機構,誕生了很多新的風險企業,而且不僅限于MEMS領域,比如臺灣亞太優勢微系統股份有限公司(Asia Pacific Microsystems,APM),臺灣華新麗華公司(Walsin Lihwa Corp.)。
根據現實情況確定的開發領域包括(1)尖端封裝技術;(2)顯示器技術;(3)MEMS和MST技術等。由于初期投資金額都很大,因此各領域的設備都是作為公用試驗設備使用的,以便加快業務的形成。雖說實用化研究精簡為上述3大類,其實(1)和(3)實質上都屬于MEMS相關技術,因而都在獨立地承擔與MEMS相關的研究開發工作,以便加快研發效率。
上述試制與研究工作正是日本的MEMS研發工作所欠缺的部分。而在基礎研究方面則基本全部依賴日美歐等國的大學和研究機構的成果,MEMS代工則全面接受ITRI的技術,正在集中確立量產技術。但不可否認的是僅靠代工這類出口難以得到附加值,聽說正在對現有的開發和業務體制進行新的探討。
從日本國內來看,MEMS在軍用與航天領域的應用比較少。因而,就日本來說,希望能在產業與民用領域形成自己的優勢。當然,在研發人員的層次上存在著各種各樣的觀點。但對企業而言,由于無法預見到市場形成后的規模有多大,因此還不可能迅速進入實用階段。這就意味著,還很難寄希望于通過大量生產擴大銷售。
而在日本經濟產業省制定的國家級項目“Focus 21”中,針對有望快速形成大市場的RF(無線頻率)MEMS、光學MEMS和傳感器MEMS,現已啟動相關開發與試制設備的開發項目。這些項目的主題都是著眼于實用化的制造技術開發,5年的扶持資金總計達20億日元。另外,作為知識與產業群構想,在仙臺地區、多摩地區和關西地區(以東京為中心)現已具體展開。設備正在逐步充實,但尚存在不足之處。雖說半導體代工廠商有設備,但因融合及可生產性方面的問題,難以用于研究開發。這種情況目前已經成為MEMS的實用化落后于開發和業務化階段的原因之一。
就MEMS業務來說,在投產之前需要巨額投資,因此更適合風險企業而不是中小企業來做。所以說,在利基市場上一向擁有作為頂級企業才具備的優勢的歐洲中小企業,在MEMS領域已經將這種優勢作為其優點發揮出來。像承包企業這樣以成本削減為目標的工藝創新型日本中小企業,也許從本質上就不適合采用這種體制。
另一方面,眾多日本企業仍認為只要跨越試制與開發階段,“由于日本存在大量的應用領域,因而就能通過創造,很好地加以應用。日本的優勢就在于此”,竟然尚未認識到日本的長處所在。而如果改變一下角度,也許就能發現MEMS業務成功的秘訣。
正在積極想辦法發揮日本優勢的是汽車、通信與影像等業界。進一步仔細分析,會發現如下三個特點:
1.新的民用產品(家電產品)不斷涌現;
2.不僅投入量產的時間快(結束的也快),而且經常會有小的改進;
3.目標市場日趨豐富(只要有特點,就會嘗試著采用)。
這些都是由日本人的性格特點來決定的,比如,不固守舊的東西,喜歡新的東西,對使用具有新功能的產品很少有抵觸情緒,物品一旦損壞,通常都會丟棄掉(選擇更換而不是修理)。再一個原因就是日本人的生活中紙和木材的使用量很大,一直就沒有結實耐用的想法。也就是說,新業務并非全都源自技術。















