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中芯國際技術總監黃河演講

2015年10月27日，中國半導體行業協會MEMS分會一屆二次會員大會暨年會在蘇州國際博覽中心舉辦，中芯國際集成電路製造（上海）有限公司諮詢技術總監 黃河為大家演講了題為《MEMS及圓片系統集成代工的機遇與挑戰》的演講。中芯國際從2008年進入MEMS產業界，發展到今天已經變成國內排名第一的MEMS代工廠，可謂是行業先驅。因此，站在中芯國際的角度，黃河博士和大家探討了MEMS行業驅動力、MEMS技術現狀和趨勢、MEMS和IC集成技術、晶圓級封裝和系統級封裝解決方案，以及中芯國際的MEMS代工廠情況。

最早的MEMS 傳感器從工業和汽車應用開始，發展到智能手機和可穿戴設備，再到廣闊的物聯網。一路走來，未來MEMS產業真正的需求是什麼？黃博士指出，低功耗、低成本、多功能化，都是未來MEMS產業的發展方向。

為了適應市場運營機制，在明確未來的市場驅動因素和即將大規模增長的產品方向上，中芯國際正努力實現每月幾萬圓片的產能。因為中芯國際的MEMS晶圓尺寸為8英寸，沒有一個大的市場容量，很難“餵飽”MEMS工廠。所以中芯國際不可能只做特種傳感器。黃博士說道“上億萬級的MEMS市場才是中芯國際要做的！”

從產業發展角度而言，除了圓片代工本身，中芯國際還關註三個方面：其一，密封封裝（Sealed Package）；其二，蓋帽/開孔（Cap w/Hole）；其三，光學封裝蓋帽（Opti Cap）。黃河博士表示，中芯國際將市場上的MEMS產品分成上述三類後，再從封裝和系統集成的角度來構架完整的解決方案。真正的製造技術驅動力主要有兩個：一個是傳感功能，另一個是製造成本。中間出現了第三個是軟件功能，如下圖所示。

MEMS IC製造技術的驅動力

相比CMOS代工，MEMS代工有著截然不同的特點：1、新工藝，如深矽刻蝕、晶圓鍵合、真空封裝、TSV WLP等。2、新材料，如合金材料、磁性材料、壓電材料。3、測試方法，CMOS是平面工藝，而MEMS則是立體工藝，需要專門測試方法；MEMS最關鍵的是機械應力和可靠性問題。。4、供應鏈複雜，包括MEMS芯片、ASIC芯片、劃片、封裝和測試（電學和機械性能）、校準等。

黃博士：“我們需要一個定制式的MEMS工藝線，因為決不能污染傳統的CMOS工藝線。我們工作了這麼多年，也是苦口婆心告訴大家，中芯國際在MEMS領域投了非常多的錢，但是我們還是在'打工'階段。國內一些代工廠宣稱可以做MEMS，但是大家明白，如果真要進入MEMS，不投入幾個億是沒法玩的。”

MEMS與CMOS工藝區別綜述

談完CMOS和MEMS代工的區別，黃博士給出了一張圖，顯示的是過去一年間他收集的MEMS各大領域最關鍵的東西，具有很大的參考價值。首先是CMOS集成電路，國際上主流是0.18和0.13微米工藝，甚至達到0.11微米。但是真正先進的國際廠商，已經要走到55納米和44納米，而且是low power。

主要MEMS領域產品的工藝路線圖

電子羅盤的要求是三軸磁力計、1度以下偏差、低功耗。現在國內有人用將GMR做在CMOS上，國際大廠已經在往8英寸TMR上走，這對所有代工廠和製造廠商都產生了很大的衝擊，因為這樣一條生產線需要巨大的投資。但是TMR可以實現1度以下，甚至0.01-0.05度的精度，這讓國際大廠不惜血本投資TMR生產線。

慣性傳感器採用8寸圓片生產3軸慣性傳感器已經普及，國際大廠已經開始採用8寸生產單片集成6軸組合傳感器，未來將會有12寸3軸、12寸6軸。從產業發展的角度而言，這都是有可能發生的。

RF MEMS未來的發展方向將是更高的頻率、更低的成本。BAW和SAW濾波器很多是6寸，未來將以8寸為主。MEMS麥克風將來將擁有更高的信噪比、敏感度、更小的尺寸。壓力傳感器強調靈敏度和更小的尺寸，將來可能出現8英寸或12英寸的點。氣體/化學傳感器是一個綜合概念，但是要求很高，需要低功耗。也許一兩年以內，可以直接在CMOS上做MEMS，並且用在智能手機上。最後是光輻射傳感器（包括紅外探測器），必須要做小、變得低功耗、高靈敏度。因為這類傳感器可以用於可穿戴設備和物聯網。

從上述圖表可以看出，中國做MEMS與國際大廠之間的差距，也為大家指明了未來的機遇，如果可以在這些關鍵應用領域拔得頭籌，相信中國MEMS必將崛起。

分析完MEMS製造現狀，黃博士為大家展示了處於領先地位的MEMS晶圓廠，提供傳感器、3D IC和3D晶圓級封裝。，第一階段主要提供CMOS圖像傳感器、MEMS傳感器、矽通孔晶圓級封裝。現階段，在MEMS廠商供應鏈參差不齊的狀況下，如何改變這種局面呢？黃博士指出，MEMS和CMOS供應鏈需要協同合作，芯片級測試和封裝、設備供應商、材料供應商、產業組織之間都可以形成合作，將中國的MEMS代工擴大，與國際抗衡，這是在座MEMS企業家需要做，也是大家參加交流會的目的所在。

中芯國際如何在未來吸引到更多世界各地的客戶？黃博士給出了四個答案。

1、產品定制（Product Customization）。客戶可以利用中芯國際的平台定制MEMS產品模塊流程。中芯國際有自己的知識產權保護，這是中芯國際成功的關鍵。

2、持續發展（Sustained Development）。中心國際從2008年至今，已經走過了8年，培養了一批富有經驗且專業的團隊。並且有長期的投入，8年的歷程，所花費的經歷、時間、金錢都可以證明，中芯國際堅定地走在MEMS這條道路上的決心。

3、縮短供應鏈（Shortened Supply Chain）。中芯國際擁有專用設備，並與外包半導體封裝測試(OSAT)展開合作來縮短供應鏈，避免走專業代工廠的道路。

4、加強與終端系統之間的協議（Strengthened Bonds With End System Houses）。通過多方面的合作，來完成MEMS生產的整個過程。

中芯國際吸引國際客戶的策略

最後，黃博士總結道，未來應用將朝著智能感知系統的方向發展。該概念代表了未來國際傳感器大廠的主流思想。智能感知系統不僅僅是傳感器，還包括無線數據處理能力。這給集成化的解決方案帶來了機遇與挑戰。就MEMS代工而言，中芯國際提供超越高精度、完美特性、高產量、集成化的解決方案，並將在未來持續降低成本。中芯國際擁有巨大的潛力來探索晶圓級智能感知系統集成的解決方案。目前，同等面積生產MEMS，中芯國際的產值已經躍居第一。但中芯國際又不僅僅是一家CMOS代工廠，我們的8英寸MEMS代工也是重點之一。未來，中芯國際將以CMOS代工為主導，逐漸向晶圓級集成化解決方案提供商發展，進一步和國內外客戶合作，實現雙贏。