MEMS產業向多傳感器集成方向前進

 

然而，正是由于MEMS產品應用領域多樣，而且應用場景復雜，因此，相應的封裝形式也必須滿足這些紛繁復雜的應用，由此，在MEMS產品量產化過程中，封裝的成本比重已經越來越大，通常超過四成，再結合測試部分的成本，一般來說，后端的成本往往占據產品成本的大半，有的甚至超過七成，甚至八成。因此，為了盡量適應各個領域的應用，以便盡可能形成大規模的批量生產，降低研發到市場的導入成本，整合MEMS產品的封裝形式已經成為各大OSAT封裝廠商（外包半導體封裝測試廠）熱衷于思考和探索的課題。目前，MEMS產業正向多傳感器（現有的和新興的傳感器）集成方向前進，并形成三大類組合傳感器，即：密閉封裝（ClosedPackage）組合傳感器、開放腔體（Open Cavity）組合傳感器、光學窗口（Open-eyed）組合傳感器。以滿足基于慣性等機理開發的運動傳感器、溫濕度等環境傳感器、以及與光學相關的傳感器等各方面的應用需求。

 

圖：三大類組合傳感器

 

全球MEMS封裝市場概況

 

根據Yole的報告中所給出的市場預估可以看出基于MEMS產品類型分類后的MEMS封裝市場情況，2016年全球MEMS封裝市場規模為25.6億美元，預計到2022年將增至64.6億美元，2016年至2022年的復合年增長率高達16.7%。特別是隨著5G時代的來臨，用于4G和5G的射頻濾波器的需求明顯增長，其中射頻（RF）MEMS（體聲波濾波器BAW）封裝市場是整個MEMS封裝市場增長的最大貢獻者，其復合年增長率高達35.1%；光學MEMS封裝市場（包括微鏡和微測輻射熱計）受到消費類、汽車類和安全類應用的驅動，以28.5%的復合年增長率位于MEMS封裝市場增長貢獻者的第二位；聲學MEMS（含MEMS麥克風）和超聲波MEMS封裝市場對增長的貢獻位居第三，智能手機、汽車、智慧工廠和智慧家庭等都需要多個MEMS麥克風提供連續不斷的聲音監測，因此在高級應用上MEMS麥克風的數量逐漸增加，音頻處理需求顯得特別強烈。

 

圖：基于MEMS產品類型分類后MEMS封裝市場情況（出自：Yole）

 

中國市場倍受關注，

 

MEMS產品封裝發展良好？

 

目前，全球排在前20名的大半導體公司都紛紛看好中國的市場，競相將封裝測試基地轉移到中國，如飛思卡爾、英特爾、英飛凌、瑞薩、意法半導體、海力士、恩智浦半導體、三星電子、NEC、東芝、松下半導體等，中國臺灣的一些著名專業封裝企業也在向中國大陸加速轉移，全球電子封裝第一大公司日月光集團的80億元投資項目于2011年9月21日落戶上海浦東新區張江高科技園區。2013年中國十大半導體封裝測試企業排名中外資企業占到多數。

 

相對外資企業，中國本土封裝企業，盡管已經有兩千余家，但大部分從事中低端產品封裝，國內具備先進封裝能力的只有長電科技、通富微電子、華天科技、晶方半導體、蘇州固锝等不到10家企業。

 

此外，近幾年來，國內的封裝測試企業分布區域基本格局也基本沒有改變，主要還是集中于長江三角洲、珠江三角洲和京津環渤海灣地區，其占比分別為56.2%、12.4% 和14.6%；特別需要指出的是，西安、武漢、成都等地的區位優勢在不斷凸顯，封測產業得到持續發展，2016 年占比達到12.4%。

 

圖：國內的封裝測試企業分布（出自: CSIA, SITRI整理，2017/9)

 

由此，國內的MEMS企業，包括封裝以及前端的設計企業都要關注MEMS產品封裝方面的發展趨勢，結合應用端的具體需求，完成對特定MEMS產品的開發工作，其主要的發展趨勢如下：

 

根據封裝技術發展特點和實際的市場應用需求，各種混合封裝形式將應運而生，在成本可控的情況下，逐漸從板級逐漸過渡到SiP級別，以實現更小體積，更小功耗，更多功能信號的集成輸出，提高產品的性價比，滿足特殊領域的應用需求，由InvenSense（應美盛）/TDK推出的整合加速度計、陀螺儀和壓力傳感器的7軸傳感器就是一個很典型的SiP應用的例子。

 

此外，未來MEMS產品可能會逐漸演變為以消費電子為代表的低端、以民用產品為代表的中端，以及航空航天等特殊應用領域為代表的高端三類。由此，產品質量要求的不同導致了對封裝要求的不同，這也必將推動封裝技術的發展，以滿足不同的應用層級的市場要求。

 

最后，隨著應用端應用種類和應用層級逐漸趨于明朗，MEMS封裝市場將成為MEMS產業中，有機會成為最快實現標準化的技術之一。這意味著，封裝形成的芯片化、模塊化產品將決定某一特定領域的實現智能傳感器產品的應用速度，也成為企業更為易于獲得在某一特定領域取得成功的關鍵。基于MEMS技術的麥克風產品在某種意義上就是一個典型的例子。

 

要實現MEMS的產業化，封裝必須跟上MEMS產品設計的步伐，面對MEMS產品在封裝領域的發展狀況，你準備好了嗎？

 

（來源：上海微技術工研院，作者：付世）

 

 

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