物联网瓶颈之一：MEMS传感器缺乏创新

 MEMS微机电系统在物联网中的应用十分广泛，物联网要实现在现有的基础上进行质的飞跃，就必然需要传感器的更新换代。而传感器的发展则与MEMS密不可分。电子产业迫切需要新的微机电系统(MEMS)来推动传感器和物联网(IoT) 的发展。根据业界分析师表示，如果期望利用物联网驱动下一轮的电子产业成长，在很大程度上必须依赖MEMS和传感器技术，才能使所有的智能对象与现实世界 进行互动。但从实现新的MEMS设计到量产，可能要花很长的时间以及高昂的代价，才能满足物联网市场的期待——除非电子产业能够找到加速MEMS开发之 路。

采用现有MEMS组件的新应用正以12%的年成长率推动MEMS市场进展。然而，Yole Development执行长兼总裁Jean-Christophe Eloy表示，除非业界能够找到如何顺利将机械组件转换为硅晶的方法，否则要加速突破性新产品量产的困难度，可能减缓未来的MEMS市场成长。

MEMS完全创新产品缺席逾十年

透过在更多应用中更广泛地采纳成熟的MEMS组件，可望让这种更小体积、更高性能且更低成本的渐进式组件创新，持续刺激传感器及其所实现的系统迈向强劲成长。去年在MEMS领域实现最快速成长的要算是安华高科技(Avago Technologies)和Qorvo(原Triquint)，这是因为LTE的广泛普及对于多模手机所用的体声波(BAW)滤波器带来了很大的需求。 同样地，更多应用对于MEMS麦克风和惯性传感器的强劲需求，有助于推动更多的传感器供货商进军2-3亿年营收范围的行列。

“这真的很重要，因为现在有多家公司都有潜力发展成为10亿美元的公司，”Eloy指出。

然而，仅采用现有组件类型的新应用要维持110亿美元业务的两位数成长，在时间上可能无法长久。“挑战之一在于最近完全创新的产品还是2003年时楼氏电子 (Knowles)开发的MEMS麦克风。”Eloy表示，“从那以后，都只是在整合度、更好的封装等方面带来渐进式创新。虽然这些也是非常重要的创新， 但不是突破性的新产品。我们仍在等待MEMS开关、自动对焦和扬声器等产品完全过渡到大量生产阶段。”

半导体产业已经找到可在竞争前的研究领域展开合作的方式了，而且已经有了发展良好的商用基础架构来支持持续的成长，他表示。“MEMS产业需要一些变革发生，以便简化与加速设计过程，并尽快投入量产。”

根据Yole的数据显示，2014年全球MEMS营收达111亿美元。

Source：Yole Development

“随着到处都需要传感器来实现物联网、情境感知，尤其是对于新型生化与生医传感器的新兴需求，我认为MEMS产业的发展的确才刚刚开始，”硅谷投资业者Band of Angels SIG委员会主席Kurt Petersen表示。“价格将继续下滑，但目前开发中的新型感测机制将大幅提高精度，”对于发展中的压电麦克风、超音波手势辨识以及新的惯性技术带来巨 大的潜在影响——以更高10倍的精确度大幅改善导航信息。

Peterson认为真正有用的可穿戴设备尚未被开发出来，但对于其未来的发展表示乐观。最有发展前景的是现正开发中的新一类生化传感器，例如新创公司Profusa的可植入式葡萄糖传感器，外部光学装置读取，它利用一种可调式传感器平台，在人体内侦测化学药物。

除了更好的生化和生医传感器以外，能量采集器是另一个机会。“能量采集器将会变得日趋重要，因为物联网将为其提供一个巨大的市场，”他说。

MEMS新平台推动成长

为了能以市场要求的最快上市时间与低成本，将这些新式的MEMS组件投入量产，推动半导体业开发出一些新的方法。

“过去客户求助于我们时通常要求采用他们自己的独特制程，但现在有越来越多的客户要求我们尽可能使用标准平台，只需少量修改即可，”Teledyne Dalsa公司MEMS代工厂执行副总裁兼总经理Claude Jean表示。“一款产品采用一种制程的传统做法还没有被完全淘汰，但越来越多的客户倾向于利用成熟的平台来开发产品，”他补充道。

Dalsa公司正为惯性传感器、微测辐射热计、光学MEMS和压电组件提供更广泛的不同平台，并尽可能地扩展自家的设计和测试支持业务。

新平台技术也来自研发实验室。法国原子能署电子暨信息技术实验室(CEA-Leti)的目标在于与代工厂合作，将其压阻式MEMS平台投入生产以提供给更多 客户。这种技术在移动的物质利用>10um的厚层，而将<500nm的超薄层用于边缘的压阻式组件，然后透过压缩或拉紧改变电阻来检测其运 动。

“这种技术为紧密地整合多个传感器提供了替代性方法，可以协助像系统或CMOS制造商等缺少自有技术的新公司很快地开发 出产品来。”CEA-Leti北美策略合作伙伴副总裁Hughes Metras并指出，CEA-Leti已经与首家取得授权的业者Tronics迅速地将其六自由度惯性传感器推向市场了。

如 今，这些基本技术的成熟还意味着MEMS市场开始从一些基于共同利益的合作中寻找优势，特别是在一些设备要求或测试操作等方面。目前在测量惯性传感器性能 方面还没有被广泛接受的标准，也没有像ITRS路线图那样为设备制造商定义未来需求的手段，Teledyne Dalsa的Jean指出。

“目前在MEMS市场所要求的成本和可用的先进CMOS设备之间存在着巨大的差距。”他认为，“不过，相较于为先进CMOS开发的制程，这还需要更简单且更低成本的TSV制程等技术支持。”

Teledyne Dalsa目前正与Alchimer合作开发低成本的湿式铜制程后钻孔(Via-Last) MEMS TSV途径。Teledyne DALSA的Via-Last技术采用铜钻孔，并利用Alchimer的低温电化学制程，形成具有5微米直径x100微米深完美填充的穿孔，并利用铜再分 布层和镍/金UBM连接到外部。但该制程目前仅适用200mm晶圆，因此，“我们需要MEMS制造商和设备与材料供货商之间展开更加密切的合作，共同开发 出更低成本的方法来推动创新进展。”他表示。