本文從技術(shù)角度分析了傳統(tǒng)半導(dǎo)體廠商生產(chǎn)MEMS的可行性，綜合分析其市場、技術(shù)、工藝、成本。MEMS芯片在設(shè)計、工藝、生產(chǎn)方面與IC的異同，MEMS壓力傳感器Die的設(shè)計、生產(chǎn)、銷售鏈。

最近幾年來MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）技術(shù)在國內(nèi)外得到了迅猛的發(fā)展，MEMS產(chǎn)品已經(jīng)有了開拓性的應(yīng)用，MEMS產(chǎn)業(yè)鏈將會迅速崛起，預(yù)計2007年全球MEMS元器件銷售總額將突破70億美元。

MEMS將是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的后起之秀

目前世界上生產(chǎn)MEMS 的20強(qiáng)中多數(shù)是從事集成電路的廠家。它們把MEMS當(dāng)成是集成電路發(fā)展的一個分支。僅管耗硅量不大，但是銷售額非常驚人，利潤遠(yuǎn)高于一般的集成電路。大多數(shù)MEMS產(chǎn)品全面商品化的時間在最近5年之內(nèi)，因此可以說MEMS是一個新興的工業(yè)，現(xiàn)在正趨于黃金發(fā)展時期。

我國在MEMS的壓力傳感器、加速度計、慣性傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、熱對流式多軸加速度傳感器、打印機(jī)上的噴墨頭傳感器和手機(jī)上的MEMS麥克風(fēng)等產(chǎn)品方面，從理論研究、產(chǎn)品設(shè)計和批量生產(chǎn)技術(shù)方面都已有所突破，日趨成熟。

在消費(fèi)電子產(chǎn)品帶動下，基于MEMS的麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器市場日漸火爆。預(yù)計2006年，全球市場麥克風(fēng)銷售量為25億只，MEMS產(chǎn)品占據(jù)其中8%的市場份額。到2008年，預(yù)計在30億只麥克風(fēng)市場中MEMS產(chǎn)品占據(jù)15%，復(fù)合增長率高達(dá)240%。

汽車電子對MEMS的需求量也在不斷地增長，如安全氣囊需要的加速度傳感器、汽車剎車系統(tǒng)壓力傳感器、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管壓力傳感器、懸掛系統(tǒng)雙歧路壓力傳感器、汽車胎壓監(jiān)視系統(tǒng)（TPMS）等均已普遍采用，汽車生產(chǎn)廠家選用國產(chǎn)化率不斷增高，促進(jìn)國內(nèi)的MEMS產(chǎn)品的開發(fā)和相關(guān)生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。汽車電子將是MEMS系列產(chǎn)品切入的最佳機(jī)會。

同樣，消費(fèi)電子產(chǎn)品的量大面廣，對MEMS的需求量將達(dá)天文數(shù)字，如手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、胎壓計、血壓計、廚用秤、健康秤、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、電冰箱、微波爐、烤箱、熱水器等需要低成本的各種MEMS Die。而工業(yè)電子如數(shù)字壓力表、數(shù)字流量表、工業(yè)配料稱重等儀器儀表也正在擴(kuò)大使用MEMS的壓力、加速度等傳感器。

傳統(tǒng)半導(dǎo)體廠商對MEMS的思考

傳統(tǒng)半導(dǎo)體廠商增加MEMS生產(chǎn)和太陽能硅片的生產(chǎn)是未來做大、做好、做強(qiáng)的革命性選擇，產(chǎn)品多樣化和加強(qiáng)企業(yè)的應(yīng)變能力是做贏的有力措施。

傳統(tǒng)半導(dǎo)體廠商的4寸、5寸生產(chǎn)線正面臨淘汰，即使用來生產(chǎn)LDO也只有非常低的利潤，如將其中一部分轉(zhuǎn)而生產(chǎn)MEMS則可獲較高的利潤。

4寸線上的每一個圓晶片可生產(chǎn)合格的MEMS壓力傳感器Die 5-6K個，每個Die出售后可獲成本7-10倍的毛利。轉(zhuǎn)產(chǎn)MEMS改動工藝不大、新增輔助設(shè)備有限，投資少、效益高，當(dāng)然新的工藝需要學(xué)習(xí)、熟練和磨合，轉(zhuǎn)產(chǎn)需要時間，不會一蹴而就。

MEMS芯片與IC芯片整合、封裝在一起是集成電路技術(shù)發(fā)展的新趨勢，也是傳統(tǒng)IC廠商的新機(jī)遇，企業(yè)只有做新才能獲取更多的利潤。GE的NPX2 TPMS傳感器是NovaSenso的壓力/加速度Die +PHILIPS的 MCU（PCH7970）Die，英飛凌(Infineon）的SP30 TPMS傳感器是SensoNor的壓力/加速度Die +PHILIPS的 MCU（PCH7970）Die。將MEMS Die和ASIC Die封裝在一個芯片內(nèi)在當(dāng)今已經(jīng)是一種成熟的技術(shù)。

汽車用MEMS壓力傳感器芯片市場

全球MEMS芯片行業(yè)目前呈專業(yè)壟斷的現(xiàn)狀，據(jù)國外資料分析，其中車用壓力傳感器芯片市場被GE Novasensor占據(jù)41%以上。但是要不了多久，中國的份額一定會擴(kuò)大。

數(shù)據(jù)顯示，2002-2008年全球及中國車用MEMS壓力傳感器芯片（Die）需求量呈線性增長趨勢。國內(nèi)MEMS芯片（Die）供應(yīng)商主要有：上海微系統(tǒng)所、沈陽儀表所、電子部13研究所、北京微電子所等，目前形成生產(chǎn)的主要是MEMS壓力傳感器芯片（Die）。據(jù)有關(guān)部門調(diào)研國內(nèi)幾家主要生產(chǎn)廠家與美國GE公司車用MEMS壓力傳感器Die的成本、批量售價如表1所示。由此可見MEMS的毛利是相當(dāng)高的。

表1 國內(nèi)外車用MEMS力芯片供應(yīng)商情況對比

國內(nèi)外車用MEMS壓力芯片供應(yīng)商情況對比
	成本（元，管芯）	售價（元，管芯）	年銷售量（萬個）
GE Novasensor	0.30	6.00	200,000
上海微系統(tǒng)所	0.28	3.00	300
沈陽儀表所	1.38	6.00	10
上海CBC/BCD	0.23	2.80	430

MEMS壓力傳感器Die的典型產(chǎn)品如P592，它是用MEMS技術(shù)在硅片上刻融一硅杯形成一壓力腔，在其杯底制作一個以電阻應(yīng)變計為四個橋臂的惠斯頓電橋。

MEMS芯片在設(shè)計、工藝、生產(chǎn)方面與IC的異同

與傳統(tǒng)IC行業(yè)注重二維靜止的電路設(shè)計不同，MEMS是以理論力學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合電路和微機(jī)械原理設(shè)計的三維動態(tài)產(chǎn)品。對于在微米尺度進(jìn)行機(jī)械設(shè)計會更多地依靠經(jīng)驗和實踐。MEMS的設(shè)計開發(fā)工具也與傳統(tǒng)IC有所不同，但傳統(tǒng)開發(fā)IC的工具還是需要使用。

MEMS加工除使用大量傳統(tǒng)IC工藝外，還需要一些特殊工藝，如雙面刻蝕，雙面光刻等，較傳統(tǒng)IC工藝簡單，光刻步驟少，但MEMS生產(chǎn)有一些非標(biāo)準(zhǔn)的特殊工藝。

MEMS的工藝參數(shù)、生產(chǎn)工藝過程需按不同的產(chǎn)品要求進(jìn)行調(diào)整。由于需要產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計和生產(chǎn)三方面的密切配合，IDM的模式要優(yōu)于Fabless+ Foundry的模式。MEMS的某些特殊要求工藝可能玷污現(xiàn)有IC生產(chǎn)線，需要注意環(huán)保。

（1）MEMS產(chǎn)品定義/設(shè)計
傳統(tǒng)半導(dǎo)體廠商對MEMS產(chǎn)品定義/設(shè)計可以有三個途徑，一是與已有MEMS壓力傳感器芯片等版圖的公司合作，以盡快進(jìn)入生產(chǎn)；二是向有關(guān)IDH購買設(shè)計方案和版圖，縮短自已開發(fā)的周期；三是聘請MEMS設(shè)計專家，培養(yǎng)自已的人材，建立自己的設(shè)計隊伍。

（2）MEMS生產(chǎn)工藝設(shè)計
目前的4寸線的大多數(shù)工藝可為MEMS生產(chǎn)所用，只是缺少雙面光刻、濕法腐蝕和鍵合三項MEMS特有工藝。

（3）MEMS Dei生產(chǎn)
目前的4寸線缺少一些MEMS生產(chǎn)專用設(shè)備，主要為雙面光刻機(jī)、濕法腐蝕臺、鍵合機(jī)、壓力檢測設(shè)備；與IC產(chǎn)品共用4寸線，一些特殊工藝存在玷污生產(chǎn)線的可能。

（4）MEMS Dei銷售
開拓汽車電子、消費(fèi)電子領(lǐng)域的銷售經(jīng)驗和渠道；汽車電子的需要量激增，如捷伸電子的年需求量約為200萬個。4寸線生產(chǎn)MEMS壓力傳感器Die成本粗略估算如表2所示，可供有關(guān)廠商參考。
 
                         表2  4寸線生產(chǎn)MEMS壓力傳感器Die成本估算

產(chǎn)量（晶片/月）	500	1000	2000	5000	10000	20000
新增固定成本	244375	244375	244375	244375	244375	244375
現(xiàn)有4寸線折算固定成本	77000	154000	308000	770000	1540000	3080000
固定成本合計	321375	398375	552375	1014375	1784375	3324375
單位固定成本（元/片）	643	398	276	203	178	166
硅片材料成本	300	300	300	300	300	300
初測成本	250	250	250	250	250	250
有效管芯數(shù)（4500*98%）	4410	4410	4410	4410	4410	4410
管芯成本	0.271	0.215	0.187	0.17	0.165	0.162

說明：
（1）新增固定成本是指為該項目投入的人員成本和新設(shè)備的折舊（人員：專家1名+MEMS設(shè)計師2名+工程師4名+工藝師5名+技工12名，年成本147萬元，新增設(shè)備投入650萬元，按90%四年折舊計算）；
（2）現(xiàn)有4寸線成本是指在5次光刻條件下使用4寸線的成本（包括人工、化劑、水電、備件等的均攤成本）；
（3）硅片材料成本是指雙拋4寸硅片的價格。

參考資料：
《XSY系列遠(yuǎn)傳數(shù)字壓力表》，顏重光，1990-01
《兩線制壓力變送器》，顏重光，1992-11
《新型實用傳感器應(yīng)用指南》，顏重光等主編，電子工業(yè)出版社，1998-04
《TPMS的設(shè)計方案思考》，顏重光，2004-08
《TPMS專用傳感器模塊技術(shù)剖析，顏重光，2006-08
《TPMS市場及傳統(tǒng)半導(dǎo)體廠商對MEMS的思考》，顏重光，2006-11