MEMS蓬勃發展 我國應跟緊步伐
2012-12-09 21:44:56 本站原創MEMS技術運用開始于上世紀70年代末期的歐美等國家，用于以蝕刻硅片結構制作壓力傳感器、電容式感應移動質量加速計和定位陀螺儀。上世紀90年代起，圍繞著PC和信息技術，微光學器件成為MEMS運用的主要領域。本世紀初，隨著工藝技術的不斷完善與創新，面向射頻無源元件，在硅片上制作的音頻、生物和神經元探針，以及所謂的“片上實驗室”生化藥品開發系統和微型藥品輸送系統的靜態和移動器件，開始廣泛啟用MEMS工藝技術。我國在科研方面與國際幾乎同步，但產業化技術工藝和應用與國際相比，具有近10年的差距。
由于MEMS技術工藝具有較大的分散性和差異性，其運用方式不同，使得產品設計、材料、加工、系統集成、封裝、測試等都面臨諸多復雜問題。例如，CMOS和MEMS集成問題，MEMS器件大批量、低成本、高可靠性的工業化生產問題，封裝工藝的標準化問題，適應性較廣泛、穩定、成品率和可靠性較高的工藝流程問題，封裝設計和工藝規范模塊化問題等等，都是MEMS技術發展過程中亟待解決的問題。
此外，商業模式也是制約技術發展的重要因素。成本壓力增大，產業基礎薄弱，投資力度不足，市場集中度不高，難于形成整體性運行與服務的商業模式，迫使應用領域和技術選擇離散型較大，工藝劃分清晰導致技術差異較大，難以發揮專業化、規模化效益，很難真正成為一種可以服務于多個垂直市場的規模商業化模式。很多IC企業希望進入MEMS領域，但缺乏專業技術和人才，技術往往都在大專院校和科研機構，缺乏成果轉化與商業開發。
市場需求增加推動產業規模擴大
隨著電子產品在醫療、家庭、汽車、環境和安防系統等領域得到應用，同時在日常生活中更加普及，MEMS產業對新型封裝技術和封裝材料的需求變得愈加迫切。
產品規模化生產中的協同設計、低成本材料和高可靠性互連技術方面的創新，以及產業化、個性化的創新型封裝解決方案也顯得至關重要。
據國際權威機構統計，2011年全球MEMS器件銷售額突破80億美元，比2010年的71億美元約增長12.8%。不同的MEMS應用領域增長速度有快有慢，凸顯器件的應用領域更加多樣化，也越來越廣泛。其中，汽車傳感器、消費與移動MEMS領域產品銷售額增長遠遠大于平均增長速度。工業、航空和醫療等高附加值傳感器產品銷售額增長大于30%，并且未來5年內還將會持續保持一定的增長速度。這將促使許多MEMS廠商在看好不斷增長的高端市場同時，著手調研其他市場，拓展其他相關應用領域，擴大產業規模，追求穩定的增長和可觀的經濟效益。
封裝工藝多樣化技術發展趨于成熟
由于半導體集成電路工藝對MEMS形成了較大的支持，使得以單晶硅Si、Si02、SiN、SOI等為主要材料，在納米到毫米量級制作電子和機械元器件，成為微電子系統集成發展的新方向。與IC芯片不同，MEMS封裝一般要與外界接觸，需要滿足適應特殊情況的信號界面、外殼、內腔、可靠性、降低成本等要求。因此，劃片、燒結、互連、密封等工藝都需要特殊的處理方法。而IC恰好相反，其封裝是采用裹槨式的密封隔離來保護芯片的。
在不同的產品中，MEMS封裝通常采用多種技術結合，如高密度封裝、大腔體管殼與氣密封裝、晶片鍵合、芯片的隔離與通道、倒裝芯片、熱學加工、柔性化凸點、準密封封裝等技術。在材料選用上大多采用陶瓷、金屬、鑄模塑料，以及陶瓷與金屬、陶瓷與玻璃、金屬與玻璃等結合的方式來滿足對特殊界面和外殼性能的要求。這些技術的運用已經基本趨于成熟。
另從國外發展趨勢看，MEMS封裝類別幾乎都沿用標準IC封裝結構形式，力求使其更規范化、標準化，以便于低成本和規模化生產。
產業集中度提升促進商業化模式創新
眾所周知，MEMS涉及技術和應用領域廣泛而復雜，難以形成一種統一的標準模式，但需要對每種應用確定一種標準封裝及其發展方向。比如在電路工藝制作、測試和封裝結構上力求實現規范化和標準化。行業機構已著手制定封裝和制造工藝的標準化工作。
在基礎研究領域，正在嘗試商業化模式，引入風險投資參與具體產品的基礎技術研發，拉近和縮小與平面工藝的差距與距離，降低生產難度，逐步形成通用工藝技術平臺。同時，引導和吸引傳統半導體制造商參與MEMS工藝產品研發和生產，特別是參與到醫療、安防、汽車和環境領域中(力敏、磁敏、光敏傳感器和生物醫學的各種執行器等需求大、價值高，是具有良好經濟效益的高端產品)，以促進MEMS產業的良性發展。
總而言之，MEMS是當今國際共同關注的重大科技前沿技術，已不同程度地被廣泛應用于基礎元器件產品結構和工藝過程中，成為基礎產品創新的技術平臺。該技術的應用，使得創新功能與結構的產品不斷涌現，發揮了無可比擬的作用。從敏感元件到通信器件、移動通信前端的RF、微流體系統等，無一不存在MEMS技術，誕生出新型微型開關、衰減器、耦合器、連接器以及電容器、電感器、諧振器、濾波器、移相器、天線等關鍵元器件;在微流體系統中有微泵、微閥、微混合器、微流體傳感器等一大批新型元器件，大大提升了應用系統的在線測控水平。
國際MEMS產業正處在蓬勃發展時期，產業鏈和價值鏈正趨于穩定與成熟。國內企業在科研方面已躋身世界前列，在部分領域有了一些成果，例如傳感器，光開關、RF、微流體系統、小型化結構創新類產品等可以形成小批量生產或多種原理性樣品。但從總體水平上看，與國外存在一定的差距，主要體現在產業化工藝水平上。需要在工藝技術研究、裝備投入、產業化模式創新、基礎產業鏈的完善、高端人才的集中與培養等方面更進一步加強，同時，應集中資源，創立國家MEMS技術工程研究中心，選擇一些應用量大、面廣的產品作為技術發展和市場切人點，形成科研-產品-產業的完整規劃和協調發展，不斷創新工藝技術和產品以滿足市場需求，尋求與探索商業模式與規律，構建并形成市場引導下的完整產業鏈，用扎實的基礎來迎接和面對MEMS技術發展中存在的機遇和挑戰。
