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微机电系统(MEMS)制造技术发展趋势及展望(一)

发布时间:2011-10-19     来源:日经BP社

微机电系统(MEMS)制造技术的基础是近似于半导体技术的微加工技术。但在业务的开展上却不能采用和半导体一样的观点。这是因为MEMS具有两面性。

一、半导体与MEMS的区别

MEMS技术与产品作为可诞生附加值的新一代产业基础受到了业界的广泛关注。“三星、索尼和京瓷的MEMS的专利申请数量正在不断增加”。但另一方面也有人指出“好是好,但靠它赚不到钱”,其原因就在于这项业务开展起来的难度很大。

MEMS业务的开展之所以难度大,一是因为其对象技术和产品种类繁多,二是厂商与用户开展业务的方式不同。在形式多样的业务开展中,除了从宏观上对“MEMS”进行把握以外,还必须要有针对单个MEMS相关产品的“微观”认识。

对于这一点,下面将做进一步的详细解释。概括起来讲,MEMS就是基于微加工技术的产品与技术的总称,而微加工技术的基础则是半导体制造技术。因此从宏观上讲,业界期望在半导体产品的延长线上开展产品的大批量生产业务。这一点和半导体业务一样容易制订开发蓝图,对半导体厂商和业界分析师来说很容易理解。

另一方面,假如把MEMS技术看作基础性微加工及各种集成技术的集大成,那么我们就能够将它视为现实世界中所有领域现有产品的超小型化,以及由此综合而成的系统化手段。由此来讲,可以说存在着大量具有潜在应用前景的产品。从业务开展来说,重要的是能够发现市场需求高且可产生附加值的应用产品的业务眼光。此时,对应于不同的应用产品,存在着大量有关MEMS产品的开发蓝图,用半导体业务的观点很难理解这个侧面下的MEMS

按照上述观点,大体上可将MEMS产品划分为2大类。一类是类似于半导体元件的“大批量生产类型”,另一种是能够在各种领域推广应用、具有极大发展潜力的“小批量多品种类型”(图1)。半导体制造商等大型企业一般适用于大批量生产类型。而小批量多品种类型则适合于中小型风险企业。从这个方面来看,在MEMS的产业化过程中也必须要有两种观点。

二、MEMS路线图的制订

本文作者出川通(日本)认为,使用MEMS技术的产品分布领域极为广泛,对这样的“MEMS产品群”显然无法一概而论。所以笔者建议,应该以“应用”和“实用化阶段”为主线,提出MEMS的分类法。应用方面,主要是指汽车、生物、RF(无线射频)等领域MEMS产品,以及加速度传感器和光开关等元器件。而实用化阶段则是指从研究到投产的整个过程,包括“研究”、“开发”、“商用化”、“产业化”。

要想整体上把握MEMS,就需要首先从具体的领域出发,关注每种元件的开发现状。从这一角度出发,按应用领域的不同对商用开发进展(实用化阶段)进行分类,就可以得出相当于半导体开发蓝图的路线图。从具体的应用案例来看,以满足多样化需求为目标、各种领域都在独立向实用化方向迈进。

MOT的角度看,要想达到实用化,以下4个实用化阶段有利于提高效率。分别是:研究阶段、开发阶段、商业化阶段、产业化阶段。如果在MEMS实用化方面套用这些阶段的话,主要就是指:

1.研究阶段:微加工工艺种子技术的自主开发、基于非细化需求的关键技术的革新阶段。也可以说,这是一个不针对具体应用领域的发散阶段。种子技术主要以大学为主来培育。

2.开发阶段:从技术标准角度了解客户需求,分阶段进行特定用途的产品实用化开发,这是一个收缩阶段。这个阶段提高试制速度非常重要。

3.商业化阶段:给开发阶段试制的元器件赋予“商品”所必需的附加值的阶段。需要把握好可收回投资成本的价格和元器件标准之间的平衡。这个阶段如何在产品中实现客户需求十分重要。

4.产业化阶段:通过工厂批量生产、通过销售渠道开始销售推广元器件的阶段。这个阶段,需要在加快商品开发速度的同时,在必要时与其它企业和大学等展开合作。

从技术潜力角度看,MEMS相关产品非常丰富,但必须从上述技术管理的角度出发,高效率地进行实用化开发。

三、准确的市场定位

首先,将采用MEMS技术的“MEMS用户”分为5类。

1.将MEMS作为通用元件嵌入到现有产品中。

2.定制MEMS作为次核心技术和替代型部件使用。

3.将MEMS作为核心部件,采用自主开发的产品推出新产品。

4.利用MEMS组件更新现有产品和系统。

5.利用MEMS组件创造全新概念。

其中,13是将MEMS组件作为部件使用的用户采用的商务模式,45则是将MEMS作为系统部件使用的用户采用的商务模式。

此处需要注意一点,一般来说,MEMS元件的应用范围很广,用户的用法也各种各样。当然,应用领域对MEMS技术的要求也是多种多样的。另外,根据MEMS技术的成熟度及成本等能在多大程度上满足应用需求,业务的开拓方式也大不相同。因此,MEMS元件的开发商必须与MEMS用户进行充分的交流。

此外,考虑用户的规模也至关重要。大型企业一般从面向现有产品的应用开始。也就是说,从1这种模式(嵌入到具有可靠性的通用元件)开始,再按照243的顺序逐渐开展业务。中小企业和风险企业则不仅可应用到现有产品,还可以迅速地将其应用到35等附加值较高的产品中。

四、有关MEMS构想

日本的生产行业大都将技术开发的重点放在“工艺创新”上,以便生产高质量、低成本的产品。在这种开发模式下,“如何实现高质量”至关重要。这也是日本厂商在全球立于不败之地的关键所在。不过,近年来,海外企业也已经能够以低价格提供高质量产品,这一模式开始不再适用。

在这一形势下,日本的生产行业开始转换思路。厂商应重视的问题已经从“工艺创新=怎样生产”转变为“工艺创新=创造什么”。也就是说,通过尽快为顾客提供所需商品来获取附加价值的新时代已经到来。

迄今以来,半导体领域经历了从晶体管到IC再到LSI的技术革新,从产品和工艺两个方面主导了半导体技术的创新进程。在技术进步的推动下,系统及软件产业得以飞速发展,软硬件的融合也得到不断加强。然而,随着半导体元器件的不断进步和日趋成熟,微细加工技术逐渐走向模式化、成为一项通用技术,所有的技术经验都融合在了生产设备中。因此,通过购买生产设备,许多企业都能够从事半导体生产。然而,即使是在半导体领域这种“模式化”技术也已不再适用,现在需要的是“非模式化”(个别支持)技术。也就是说,需要通过SoC和多功能LSI,去满足每位客户及市场的个别需求。

MEMS虽然基于生产模式化产品的半导体工艺技术,但完全可以实现非模式化的个别支持。也就是说,MEMS可以模式化的微细加工技术为核心,通过组装技术实现对用户的个别支持。我们将其称为“MEMS构想”。利用MEMS构想,就可实现低价生产、高价销售。

今后,在各种设备和元器件的开发中,软硬件的融合将变得至关重要。这是因为,应用要求(软件)必须要嵌入到元器件(硬件)中。MEMS虽然是硬件,但它还可作为满足应用需求的软件使用。因此,将MEMS嵌入到产品中是可以提高产品附加价值的。这就意味着,MEMS可作为一项产品创新工具来使用。

那么,如何来引导这种产品创新呢?答案就是利用“MEMS构想”,从根本上满足应用一方的要求。这样一来,定能创造一个像泛在社会(一直以来只是个梦想)一样的新世界。即使达不到上述水平,MEMS也已开始在工厂、企业等的安全及维护系统、防灾系统等领域普及。也就是说,MEMS可以发掘出由于受到技术限制而尚未显现的应用需求。这时,MEMS本身将不再出现而是融入到设备中去。当然,产品创新的方法不止采用MEMS这一种,作为商务战略的第一步,首先应该在大幅提高设备性能的同时通过量产降低成本。

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