市場分析：MEMS封裝朝向晶圓級發展

傳統的MEMS長期依賴陶瓷封裝，雖然行之有效，但MEMS產業已經醞釀向晶圓級封裝（WLP）技術轉變，而這一轉變的部分驅動力則來自于越來越多的晶圓代工廠開始涉足于MEMS領域。

??? “TSMC（***新竹）和一些其他的晶圓代工廠已經在談論在未來制造MEMS部件，” MEMS封裝專家、ET-Trends（羅德島，West Greenwich）的創始人Ken Gilleo這樣介紹，“他們也同樣擁有制作封裝所需的資源。如果他們決定進入這一領域，他們會更傾向于直接進行晶圓級封裝。因而大型晶圓代工廠可能最終成為創新型MEMS封裝的主角。”

??? Yole Développement（法國，里昂）的一名分析師Jerome Baron說：“當前的MEMS封裝市場主要由TSV和WLP技術驅動，此外從6英寸到8英寸晶圓的轉變也帶來了額外的推動力。”制造商可以在一個8英寸晶圓上封裝數量巨大的傳感器。舉例來說，加速度計廣泛應用于iPhone或Wii游戲機中，其中的慣性傳感器面積只有5-7 mm2.Baron介紹說，使用TSV的WLP可以在一個晶圓上封裝大約5000個傳感器，而且這一數據在未來還會增加。

??? 目前存在很多種類的MEMS應用，比如MEMS陀螺儀、微鏡、RF、微探針、壓力傳感器和一些IR傳感器。MEMS微流體和微冷卻等應用也即將上馬。Baron預測說，“在未來的MEMS產業中，使用三維WLP對MEMS器件進行封帽操作將占很大一部分”。

??? 根據Yole Développement的觀點，這一領域最積極的參與者正是那些已經擁有200 mm fab或那些計劃轉型的公司。這包括Bosch（德國，Gerlingen）、STMicroelectronics（日內瓦）等IDM公司，Silex（瑞典，Jrflla）、Touch Micro-system Technology Corp.（***，楊梅鎮）和Dalsa（加拿大，安大略）等MEMS代工廠，以及ASE（***，臺北）、Xintec（***，中壢市）和 Nemotek（摩洛哥，Rabat Technolopolis Park）等提供封裝服務的公司。

? 物流問題

??? Gilleo說，與傳統電子電路相比，MEMS的物流存在著很大問題。加工完的MEMS晶圓尺寸可能比較大、易碎且對污染敏感，使得很難對其進行劃片操作。在切割之前對表面進行覆蓋或進行封帽操作則非常必要。“雖然這樣保護之后并非絕對安全，但至少與沒有封帽的晶圓要穩定得多”,Gilleo接著說，“經晶圓代工廠封帽過的晶圓可被運輸到封裝企業進行引線鍵合及模塑等操作，因為這時候MEMS芯片與標準的電子芯片是一樣的，可進行模塑操作。封帽保護著內部的機械結構。這種方式效果相當好，以至于阻礙了晶圓級封裝的發展。盡管如此，我們最終還將使用晶圓級封裝，因為它可以節省成本并實現更小尺寸的封裝。”

??? 包括加速度計和微麥克風等產品在內的很多MEMS芯片，只有四到六個引腳。這將MEMS產品歸入到獨特的低端封裝范疇，但與此同時，MEMS卻對氣密性有著特別的要求。“加速度計就是這樣的情況”,Gilleo補充說，“在運動檢測器封裝方面，我想不會有太大變化，因為它們現在已經足夠小巧，可以很好地放入智能手機內部”。

??? Gilleo建議一些在太陽能電池方面遭受損失的一些半導體公司，可以考慮引入MEMS業務。“我想我們將會看到一些跳入太陽能電池領域的人員開始關注MEMS.既然我們已經擁有一些較大晶圓代工廠來進行MEMS器件的制作，為何不同時也進行測試和封裝呢？如果在未來存在全晶圓級封裝的驅動因素，那么變成更大的fab將會是一個必然趨勢。”他接著說。

??? Yole還提到一個朝CMOS-MEMS集成方向發展的趨勢，這牽涉到在純CMOS工藝中加入MEMS結構層，這是由計劃進入MEMS市場的TSMC和UMC（***，新竹）等晶圓代工廠推動的。CMOS集成是“一個真正的突破，因為這使得可以在單芯片上實現MEMS與ASIC的集成”,Baron說，“在現今的大多數情況下，使用體微機械加工制作的MEMS與相關的ASIC芯片是相互分離的（兩個芯片的方案），因為兩者的工藝差異太大，無法兼容。然而，這些CMOS晶圓代工廠正在改變MEMS與CMOS的集成方式，很快將會實現有效的CMOS-MEMS集成。”

??? 朝著MEMS-CMOS兼容的方向，目前已經開發了一些關鍵技術，這包括使用XeF2刻蝕或O2等離子刻蝕在CMOS工藝中實現有效結構釋放的低溫、無損傷表面微機械工藝，Baron接著說。

??? 在CMOS晶圓中采用這些工藝可以有效地集成MEMS器件，同時單個芯片可以在晶圓級使用TSV進行封裝，因而最終的封裝也會變得更簡單，Baron這樣介紹。他接著說，“如果將ASIC與MEMS集成在單個芯片上，將會降低成本和封裝尺寸，同時在集成方面也實現了真正的突破”。

??? 而另一個出現發展趨勢的領域是RF MEMS.據Gilleo介紹，為使RF MEMS進入市場已經進行了10年的努力，但很多器件目前依不可靠。“對于大多數RF MEMS器件來說，在其開關位置有一個點對點的接觸”,Gilleo解釋說，“當你反復開關電流時，通常會有金屬在接觸點位置發生遷移，這會引起MEMS器件的機械磨損。”

??? 在空間中使用的繼電器也曾面臨這一問題，但經過不斷改進后已經變得足夠可靠了。RF器件在智能手機中轉向多頻率應用，并朝向WiMAX和其他新型G4系統發展，因此工業界會在合適的時期采用成熟的RF MEMS（可能是一個天線開關）技術。RF MEMS需要氣密性封裝，整個器件需要密封，因而器件商采用傳統的陶瓷封裝。Gilleo介紹說，“這一領域將會發展，同時我認為傳統的封裝形式還會繼續存在。但在未來幾年里，將會發展到晶圓級封裝。”

??? 測試是另一個值得關注的領域。“我們最終將會在MEMS測試領域看到一些動作”,Gilleo說。“盡管電子測試朝向更多晶體管和更多引腳數的趨勢發展，但MEMS卻恰恰相反。可能只需要四個連接，因而對于MEMS來說，不會特別需要自動測試設備（ATE）。這將是一個問題。”晶圓代工廠可能選擇在進行封裝的同時進行測試工作。“如果你決定做整個工作，你必須也得做測試，”他表示。

?? 批量封裝的改變

??? MEMS噴墨器件需要最小的封裝，根據Gilleo介紹，該器件只需電學連接而不用芯片保護。“在這20年里，表現優異的最常見的客戶定制載式自動焊（TAB）技術。該技術不需要任何新的東西，因此我們近期內在噴墨頭領域將不會看到什么變化或真正的創新”,他說。

??? 在加速度計、陀螺儀領域，Gilleo說，他相信在兩三年前相應的封裝已經開發得比較完備。“如果只是用于安全氣囊控制，你可以將對應芯片放入陶瓷封裝中，花費大約是幾個美元，這對于汽車工業來說已經很好了，在具備救命潛力的安全氣囊中，你不會有機會為節約一毛錢而改變封裝形式，因而它們還將使用行之有效的陶瓷封裝”,他這樣介紹。

??? 通過使用改進的陶瓷技術，可以進一步降低成本，工業界將采用在軍品中使用了數十年的無引腳陶瓷封裝載體（LCCC）技術并對其進行改進。“所發生的情況是，他們會持續地降低成本，并在最后轉向使用晶圓級封帽操作，這解決了很多問題。一些公司使用塑料QFN封裝，但芯片是經過氣密性封帽操作的，” Gilleo介紹說。

??? 最后，微光機電系統（MOEMS）領域也將迎來新一輪的加速發展。“高檔影院將朝數字3D方向發展，這將給MOEMS帶來一些驅動力。2010年將有一些使用MOEMS的手持微投影儀問世，還有可能直接在手機中嵌入微投影儀。而且，由于照相手機變得越來越復雜，我想可以看到手機相機封裝和MOEMS封裝的一些融合。盡管照相機并不一定需要像MEMS那樣的氣密性，但這兩者采用的技術是相似的，”Gilleo這樣介紹。

??? 好消息是，用于MEMS封裝的所有技術都已經存在，只是在目前還沒有經濟因素推動這個變化。“我想我們還會看到更多的舊封裝形式，并未發生變化，然而當時間合適時，將會出現很多看起來非常好的晶圓級封裝IP,”Gilleo這樣總結。現在，我們必須等待大型fab進入這一領域，并驗證MEMS領域是否真會發生向晶圓級封裝的轉變。