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物联网产业亟需MEMS传感器创新

导读: 根据业界分析师表示,如果期望利用物联网驱动下一轮的电子产业成长,在很大程度上必须依赖MEMS和传感器技术,才能使所有的智能物件与现实世界进行互动。

   电子产业迫切需要新的微机电系统(MEMS)来推动传感器和物联网(IoT)的发展。根据业界分析师表示,如果期望利用物联网驱动下一轮的电子产业成长,在很大程度上必须依赖MEMS和传感器技术,才能使所有的智能物件与现实世界进行互动。但从实现新的MEMS设计到量产,可能要花很长的时间以及高昂的代价,才能满足物联网市场的期待——除非电子产业能够找到加速MEMS开发之路。

  采用现有MEMS元件的新应用正以12%的年成长率推动MEMS市场进展。然而,Yole Dveloppement执行长兼总裁Jean-ChristopheEloy表示,除非业界能够找到如何顺利将机械元件转换为矽晶的方法,否则要加速突破性新产品量产的困难度,可能减缓未来的MEMS市场成长。

  MEMS完全创新产品缺席逾十年

  透过在更多应用中更广泛地采纳成熟的MEMS元件,可望让这种更小体积、更高性能且更低成本的渐进式元件创新,持续刺激传感器及其所实现的系统迈向强劲成长。去年在MEMS领域实现最快速成长的要算是安华高科技(Avago Technologies)和Qorvo(原Triquint),这是因为LTE的广泛普及对于多模手机所用的体声波(BAW)滤波器带来了很大的需求。同样地,更多应用对于MEMS麦克风和惯性传感器的强劲需求,有助于推动更多的传感器供应商进军2-3亿年营收范围的行列。

  “这真的很重要,因为现在有多家公司都有潜力发展成为10亿美元的公司,”Eloy指出。

  然而,仅采用现有元件类型的新应用要维持110亿美元业务的两位数成长,在时间上可能无法长久。“挑战之一在于最近完全创新的产品还是2003年时楼氏电子(Knowles)开发的MEMS麦克风。”Eloy表示,“从那以后,都只是在整合度、更好的封装等方面带来渐进式创新。虽然这些也是非常重要的创新,但不是突破性的新产品。我们仍在等待MEMS开关、自动对焦和扬声器等产品完全过渡到大量生产阶段。”

  半导体产业已经找到可在竞争前的研究领域展开合作的方式了,而且已经有了发展良好的商用基础架构来支持持续的成长,他表示。“MEMS产业需要一些变革发生,以便简化与加速设计过程,并尽快投入量产。”

  2014年全球MEMS营收达111亿美元

  根据Yole的资料显示,2014年全球MEMS营收达111亿美元。

  “随着到处都需要传感器来实现物联网、情境感知,尤其是对于新型生化与生医传感器的新兴需求,我认为MEMS产业的发展的确才刚刚开始,”矽谷投资业者Bandof AngelsSIG委员会主席Kurt Petersen表示。“价格将继续下滑,但目前开发中的新型感测机制将大幅提高精度,”对于发展中的压电麦克风、超音波手势辨识以及新的惯性技术带来巨大的潜在影响——以更高10倍的精确度大幅改善导航资讯。

  Peterson认为真正有用的穿戴装置尚未被开发出来,但对于其未来的发展表示乐观。最有发展前景的是现正开发中的新一类生化传感器,例如新创公司Profusa的可植入式葡萄糖传感器,外部光学装置读取,它利用一种可调式传感器平台,在人体内侦测化学药物。

  除了更好的生化和生医传感器以外,能量采集器是另一个机会。“能量采集器将会变得日趋重要,因为物联网将为其提供一个巨大的市场,”他说。

  MEMS新平台推动成长

  为了能以市场要求的最快上市时间与低成本,将这些新式的MEMS元件投入量产,推动半导体业开发出一些新的方法。

  “过去客户求助于我们时通常要求采用他们自己的独特制程,但现在有越来越多的客户要求我们尽可能使用标准平台,只需少量修改即可,”TeledyneDalsa公司MEMS代工厂执行副总裁兼总经理Claude Jean表示。“一款产品采用一种制程的传统做法还没有被完全淘汰,但越来越多的客户倾向于利用成熟的平台来开发产品,”他补充道。

  Dalsa公司正为惯性传感器、微测辐射热计、光学MEMS和压电元件提供更广泛的不同平台,并尽可能地扩展自家的设计和测试支援业务。

  新平台技术也来自研发实验室。法国原子能署电子暨资讯技术实验室(CEA-Leti)的目标在于与代工厂合作,将其压阻式MEMS平台投入生产以提供给更多客户。这种技术在移动的物质利用》10?m的厚层,而将《500nm的超薄层用于边缘的压阻式元件,然后透过压缩或拉紧改变电阻来检测其运动。

  “这种技术为紧密地整合多个传感器提供了替代性方法,可以协助像系统或CMOS制造商等缺少自有技术的新公司很快地开发出产品来。”CEA-Leti北美策略合作夥伴副总裁HughesMetras并指出,CEA-Leti已经与首家取得授权的业者Tronics迅速地将其六自由度惯性传感器推向市场了。

  如今,这些基本技术的成熟还意味着MEMS市场开始从一些基于共同利益的合作中寻找优势,特别是在一些设备要求或测试操作等方面。目前在测量惯性传感器性能方面还没有被广泛接受的标准,也没有像ITRS路线图那样为设备制造商定义未来需求的手段,Teledyne Dalsa的Jean指出。

  “目前在MEMS市场所要求的成本和可用的先进CMOS设备之间存在着巨大的差距。”他认为,“不过,相较于为先进CMOS开发的制程,这还需要更简单且更低成本的TSV制程等技术支援。”

  Teledyne Dalsa目前正与Alchimer合作开发低成本的湿式铜制程后钻孔(Via-Last)MEMSTSV途径。Teledyne DALSA的Via-Last技术采用铜钻孔,并利用Alchimer的低温电化学制程,形成具有5微米直径x100微米深完美填充的穿孔,并利用铜再分布层和镍/金UBM连接到外部。但该制程目前仅适用200mm晶圆,因此,“我们需要MEMS制造商和设备与材料供应商之间展开更加密切的合作,共同开发出更低成本的方法来推动创新进展。”他表示。

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