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微机电系统(MEMS)制造技术发展趋势及展望(二)

发布时间:2011-10-19     来源:日经BP社

一、五种MEMS业务模式

作为MEMS技术与产品,从它的应用前景及灵活性来讲,堪称通过开拓市场,认清需要创造什么产品的最佳手段。那么,谁能够引导产品创新呢?从利基市场来讲,当属中小型及风险企业。可以说绝大多数MEMS应用最初几乎都属于这类情况。下面就以各MEMS厂商的业务模式为例做一探讨。

对于MEMS厂商而言,各厂商采取的业务模式有若干类型。最普遍的为以下5种业务模式。

1.利用电子厂商的半导体闲置设备的设备转用型制造与销售厂商

通常来讲,从生产设备的关系来说,大企业的半导体设备转用型属于大批量生产型,具有发展成为通用元件量产型的产品创新型业务模式的倾向。当然,大企业也可将目标锁定在自有产品的优势上进行生产,也同样属于产品创新的范畴。说到日本,拥有半导体闲置设备的大企业就属于这种情况,前者就是在半导体内存领域具有优势特征的众多大型半导体企业,而后者则是自身拥有最终产品的爱普生和索尼等企业。

2.专门从事设计和工程业务的无工厂企业

这类企业自身并没有制造设备,而是根据用户方面的需求,提供工程服务。日本没有这类企业。

3MEMS代工(专门提供受托生产业务的公司)

作为代工企业,这类公司并不进行研发,而主要从事受托生产。主要以台湾的DRAM代工业务模式为基础,台湾企业是此类企业的典范。

4.以MEMS的研究开发为主,开展受托业务的企业

可进行小批量生产,主要是一些从欧洲MEMS研发机构独立出来的风险企业。日本的东北大学风险企业Mems Core公司等就属于这一类。

5.瞄准MEMS核心技术,从开发到量产工作都由自己承担的企业

率先把握MEMS领域的需求,在确保知识产权的条件下独自组织生产。作为在特定元件领域具有绝对优势的公司,美国Analog Devices、美国STMicroelectronics和日本Wako等公司就属于这一类。

在产品创新中,由于附加值并不依赖于成本削减和少品种大批量生产,因此假如最初就将目标锁定于采取LSIDRAM)业务模式的产品创新型“薄利多销方式”,恐怕就很难把业务做起来。作为MEMS来说,假如能大量生产,那么与过去的积累式制造工艺相比,确实有产生出划时代的低价产品的可能性,但并不是从一开始就便宜的。另外,暂且不论产品尺寸,考虑到设备投资等问题,应该说是还是需要经过一个高造价的过程的。

作为MEMS制造商的业务模式,从现实来说,1中的MEMS生产适合于大企业。而作为24两种业务模式,尽管销售规模不大,但由于需要同时平行推进多个品种的开发,因此适合于中小企业及风险企业。剩余的35两种模式,根据市场情况以及技术上的难易程度,有的适合于大企业,有的则适合于中小型及风险企业。

看看管理层如何把握MEMS,就能判断出该公司的发展方向。从技术管理的角度来讲,作为“MEMS元件”形成市场的产品,可以说是在量产型产品的创新过程中加入了削减成本阶段而已。从这个意义来说,在具有量产性的MEMS元件中,现已迅速发展成通用产品的“加速度传感器”就是一种半导体产品,它就属于产品创新。而用途明显正在不断拓展的喷墨头尚不能算做MEMS元件,可以说远未脱离产品创新的过程。从技术管理的角度来说,不仅是大企业,能够经营得好的中小型及风险企业,都是在上述应用中明确业务模式,将自身优势与MEMS的附加值统一起来,并率先付诸行动的企业。

二、利用低风险打造新业务

技术管理的关键词中有一个非常重要的“高科技管理”。现实生活中,有时会发生一些误解,认为“高科技=高级且完成度高”,“低科技=低级且完成度低”。实际上则完全相反,越是“低科技”,技术上越成熟,完成度越高,换句话说,就是低风险、高水平。这样的例子在已经非常成熟的传统基础产业中随处可见。

虽说如此,由于制造业的创新主要来自于技术革新,因此就需要有能够推动技术革新的高风险的高新技术。不仅如此,还需要与“低科技”的传统技术结合起来,很好地加以运用。MEMS可以说是微加工尖端技术的集大成,即高科技,因此从MOT上来说假如不能很好地与低科技相结合,就无法快速地实现低风险的商品化。

MEMS工艺技术是建立在半导体工艺技术基础上的。尽管如此,在基本加工方面,与“低科技”的现有机械加工等材料加工技术仍有共通点。二者尽管看起来区别很大,但在“切、粘、层叠、成形、削”等方面则完全相同。MEMS可以说是现有机械加工的微细化。

一般而言,假如材料相同,即使工具不同,也能使用相同手法的就是工艺。不过,MEMS加工由于属于微细化技术,因此很多场合无法使用与现有机械加工相同的工具。比如,机械加工一般结合使用各种刀具和热能,而半导体工艺则运用等离子和分子·原子级化学反应。

而且,MEMS的定义方式也各种各样。有的公司将微加工技术称为MEMS。而其他公司则做了进一步的限制,假如没有激励器等驱动部分,就不会称之为MEMS。但假如以应用于现有产品为前提的话,除发现了全新的用途,或者与半导体元件实现一体化的情况之外,必须与现有加工技术相结合。

在现有技术与MEMS的结合中,现有加工技术与微加工技术的接口也能称为MEMS。这也是低科技与高科技的结合点。从这个意义上来讲,只要使用了MEMS,就能在低科技(现有技术和产业)领域运用MEMS,反过来也可通过高科技(尖端技术与产业)领域达到MEMS元件的实用化目标。只要很好地运用MEMS,无论是从高科技方面,还是从低科技方面,都能达到目的。在通过将高科技的MEMS运用于现有成熟技术来提高附加值的例子中包括汽车和手机等产品,今后将会自然而然地向基础产业和电气产品等领域逐步普及。

接着从加工尺寸这个角度来分析一下二者的交汇点。过去的半导体工艺主要擅长10μm以下的微加工,而传统的机械精加工技术在100μm上还可以,再往下就不行了。为了使MEMS达到实用水平,或者说实现一种使低科技与高科技相结合的手段,10μm100μm之间的过渡性加工技术将显得越来越重要。

三、MEMS所必须的两个接口

为了实现泛在系统或传感器网络系统,作为以分散方式对硬件进行处理的元件,MEMS模块的运用必不可少。在这种情况下,MEMS模块通常被定位于实现分散处理的工具。

现有的设备和电子系统均由CPU对信息进行集中处理。但在运用MEMS技术后,则可变成分散处理。所以,众所周知,用于实现分散处理的MEMS技术必须具有无线功能,自我修复功能,以及能量(电池)功能。下面,将从硬件和软件2个方面,对用于连接具有上述功能的MEMS和现实社会的技术,即接口进行说明。从技术管理的角度来讲,这个领域的业务有可能向各种方向发展。仅就目前的成本和可能性来说,还存在着很难说清楚的不连续性与不确定因素。这也是无法定量探讨MEMS的结果与预测的原因之一。

1.硬件方面的接口:封装问题

MEMS模块在使用上的课题主要是封装问题。在实际环境中使用MEMS技术,存在着诸多困难。即使已经有了最合适的MEMS模块,也必须要有与模块的使用场所和环境相应的接口。这就是封装与布线,同时这也是与能量源之间的接口。在此由于不能使用标准产品,因此必须单独进行处理。反过来讲,需要我们关注的是,假如各企业能够把自己的技术与知识运用到这里来,将会产生巨大的高附加值。

2.软件方面的接口:目的是为了综合运用MEMS

作为使用多个MEMS模块的应用课题,可以举出的是在利用插件将各MEMS模块连接起来时的难度。这可以说是MEMS模块的生产厂商与用户共同面临的课题。考虑到MEMS模块本身的变更难度,在综合使用多个MEMS模块时,必将为模块之间的连线与网络化付出艰苦的努力。

为了解决这一问题,必须简化各种MEMS的连接及处理,开发和运用便于MEMS使用的通用的插座型接口(接口平台)。图中给出了MEMS在使用方面的课题,以及与高附加值的关联性和定位。

四、企业联盟的重要性

对于联盟来说,具备不同于网络化的难度,其手法具有各种模式。从技术管理的角度来看,最具效率的是客户与厂商组成的联盟。这种关系如能实现“双赢”,就能完全跨越“死亡之谷”。此次,在MEMS中就这种联盟进行探讨。

首先,必须注意的是厂商与客户对完成度的认识。对于产业化阶段,客户希望在认识上与厂商保持一致。比如,研究开发阶段的联盟将以技术为主导。而到了产业化阶段的联盟,就要有一个明确观点,知道厂商怎么做才能满足客户的要求。必须对二者加以区分。也就是说,假如用户考虑的应用阶段和厂商具备的MEMS元件的完成度不一致,工作就无法顺利地开展。尤其是企业规模和行业不同,造成各部门在速度上的感觉不同,因此双方必须从时间上协调好。

一般来说,只要厂商能够由开发阶段过渡到产业化阶段,与此相应的市场特性就会逐渐显现出来。因此,受竞争意识的影响,就希望将业务揽入公司内部。从此以后,产品化进程就只能在厂商的封闭世界里进行。在这种情况下,假如不能明确地了解MEMS商品开发的难度,以及在开发阶段反复试制MEMS产品,即反复试验的重要性(从技术管理来说,“跨越死亡之谷”就等于将产品变成了商品),就会陷入产业化困境。

结果是花费的财力和人力越大,风险也越大,对于厂商与用户双方而言,就会在内部产生冲突和争吵。厂商内部不解地称“东西是搞出来了,为何销不出去呢?”而用户内部则埋怨说“通过各种努力,得到的却是不实用的玩具”。另外,此时假如厂商的设备不齐备,还有可能无法迅速做出反应。

为了将MEMS投入实际应用,用户和厂商都需要能够共同承担风险的多个联盟,而不仅仅是拥有网络。通过对MEMS用户和厂商联盟的必要性及效率进行研究,根据不同的业务模式,可以考虑各种方式的联盟。厂商和用户如能在明确联盟目的的情况下开展协作,就能尽快取得成功。下面举出的可以说是成功的联盟模式:

1.双方均具有经营自主产品的推广欲望,能够利用MEMS技术在高附加值产品和高级产品的开发中实现产品特色化的企业。比如,索尼、松下电器产业、佳能和美国逻辑器件。

2.双方均希望利用MEMS技术实现独家商品且充分掌握现有技术的核心企业。比如,奥林巴斯、爱普生、日本电装和瑞士COLIBRYS SA

3.双方均希望利用MEMS技术发展成新兴企业或实现新的应用的风险企业。比如,日本MEMS-Core、日本Wako,以及从事其他各种应用开发的风险企业。

4.尽管MEMS技术不是主业,但双方均希望通过将MEMS技术及现有技术与产品进行综合运用,来推动技术开展的企业。比如,欧姆龙、日立制作所、东芝等大型电子和大型机型厂商,以及著名设备工程公司。

一般来说,在由用户和厂商组成的联盟中,大企业之间很难开展工作。总的说来,灵活性强的中小和风险企业之间的结合往往最容易开展工作。而在中小和风险企业中,尤其是现已拥有各种独特产品的企业,以及采用MEMS技术开发高科技产品的企业所组成的联盟就更好了。

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