晶圆代工厂发展MEMS的唯一要诀：找到强大的设计伙伴
2012-07-01 13:28:11   来源：SEMI   评论：0   点击：

注：本文发表于2009年2月，今年InvenSense已经成功IPO，在纽约证券交易所上市，成为MEMS业界耀眼的明星。

1位伊朗人30多年前独自来到美国柏克莱大学念书，自毕业后为了一圆其大学时期对于MEMS的梦想，前前后后共创立了多达6家的MEMS设计公司，而第6家公司InvenSense在其正式开张前，就已花了1年多时间在家埋头苦干，开创出1套前无古人的MEMS设计公司营运模式，如今看来他对了，至今InvenSense成为任天堂Wii下世代Wii Motion Plus游戏摇杆的唯一陀螺仪供应商，而让所有MEMS业界为之瞠目结舌的是， InvenSense 拥有其 Nasiri-Fabrication 制造平台的一切智能财产权及专利，再者因为运动感测的庞大商机， 所有 MEMS代工厂皆极有意愿配合此平台为其独家生产。

而带领InvenSense有今日的一番做为的便是其创始CEO Steven Nasiri，以下为此次的专访记要：

问：InvenSense为1家IC设计公司，台积电当前虽已引进制造MEMS产品所需要相关设备，但先前ADI正因为台积电整体良率还是一直没办法满足他们需求，到2008年下半，台积电采用整厂输入方式生产，才满足ADI的需求，请问你们是否选择台积电做为代工伙伴？而除了台积电以外，目前是否还有考量其余代工伙伴？

答：我要说的是到目前为止InvenSense还没有选择台湾任何1家晶圆代工厂做为晶圆代工的伙伴，不过未来InvenSense会有很多的生意出现在亚太地区，因此为了配合InvenSense未来几年全球性与高幅度的成长，因此InvenSense绝对会选择台湾做为未来InvenSense全球晶圆代工产能来源。

事实上我认为台积电在晶圆代工上做的相当成功，不过到现阶段为止InvenSense还是持续针对台湾几家晶圆代工厂做最后的确认，且由于与各家晶圆代工厂签订保密条约(NDA)，因此现在还暂时无法对外公布晶圆代工伙伴，但可确定是目前看来，最快要等到2009年初才会开始在台湾晶圆代工厂中大量投片。

我们并不清楚台积电内部在这方面面临的挑战，所以我无法做任何评论。但台湾CMOS制造能力非常先进，并拥有相关领域中相当有能力的专业人才，我相信在MEMS制造上，台湾会同样成功。

问：台湾在标准CMOS制程上一直处于领先地位，也因此造就了台湾半导体产业上中下游相关完整供应链，不过对于制造及设计MEMS产品似乎还是有瓶颈，就您过去将近30年MEMS产业经验，您认为台湾半导体厂商要如何突破此一瓶颈？

答：根据我近几年从事MEMS产业的经验，结论其实相当简单，那就是要与强者结合。事实上由于MEMS的晶圆代工并不像标准CMOS制程，用1个制程就可替不同客户代工，且就CMOS制程的晶圆代工厂来说，因属于标准化的制程，所以可以向很多IDM大厂技术授权，如可由IBM、英特尔(Intel)以及日本、欧洲的IDM大厂取得技术授权，但是谈到MEMS晶圆代工，则必须仰赖单一且背景相当扎实的技术授权对象。

就好比当前MEMS麦克风大厂楼氏电子，他的晶圆代工厂伙伴便是Sony半导体，这样结合便是创造楼氏电子辉煌成绩主要原因，换言之要做MEMS晶圆代工就绝对不能选错「合作伙伴」，一旦选错的话就铁定完蛋。

举例来说，当前所谓的CMOS like晶圆代工厂与客户关系，就好比1家餐厅与到餐厅吃饭的客户间关系，这家餐厅的所提供菜色谁来吃都可以，但最重要的便是餐厅的服务，如果有好的服务，势必会带来更多的客户。

不过就MEMS晶圆代工产业模式来说，MEMS晶圆代工的厂商与MEMS设计业者双方间的关系就好比是老公与老婆间的关系，双方的关系绝对是1对1的关系，不容许有其它人来介入，老婆煮饭绝对是只为老公。

因此我要说的是台湾的半导体厂商无论是晶圆代工厂或是设计公司，想要能够进入MEMS市场，最重要的工作便是要找到好且有力的伙伴，彼此间才能够携手走更长久的路。

我同意台湾公司在MEMS领域发展并不成熟，但台湾却参与制造出世界一流的产品，在这领域中，并没看到瓶颈。而要保持领导的地位，一般而言，不外乎与市场领导厂商结盟并投资先进生产制程科技。最近一些晶圆厂的新闻已证实了台湾晶圆代工厂在这方面的决心。

问：除了要选择正确伙伴外，想要进入MEMS市场还需要注意那些事项？新进厂商有无机会呢？

答：我想要补充一点是之所以要找对的正确且值得托付终身合作伙伴，最主要原因在于无论是晶圆代工厂或是MEMS设计业者，想要进入MEMS产业且长久立足，则势必要投入相当大的人力与资金，晶圆代工厂也需要为了进入MEMS晶圆代工而另外购买相关MEMS设备，但买入的设备又不见得可以满足所有的客户需求，因此必须要相当谨慎小心，一旦选错伙伴，则所有的投资恐将付之一炬。

如你所知，MEMS的字面意义是在微小的单位里的微机械结构。今天，各个MEMS技术的生产、设计、产品与应用各有不同。所以对你的问题我并没有单一的答案。但我可以针对InvenSense及我以前的公司所面临的问题来回答你。

没有晶圆厂的MEMS设计公司存在著许多重大的挑战。首先遇到的便是在许多不同制程中选择最适合你的产品制程。再来是选择配合晶圆代工厂并利用代工厂的制程及容忍的误差值来进行设计。

由于不像CMOS晶圆代工厂，MEMS晶圆代工厂提供的制程并没有完整的量测数值，对于许多新进厂商这会是相当致命的。任何的MEMS产品都需经过完整的制程发展循环，这需花费相当时间与资本。这同时也意味著需要培养自己的MEMS制程专家来参与制程发展。在这考量下，MEMS晶圆代工厂并不是1个适当的名称，较合适的名称可能是「具MEMS能力的晶圆厂」，因为最后晶圆厂提供的制程是由设计公司决定的。

所以你可以想象完成并确认1个新的晶圆制程是多大的挑战。然后，由于开始时缺乏足够的生产量，且多半而言也缺乏足够资金，这些新制程无法得到完整的测试取得量测数值，所以无法避免的晶圆厂及设计公司都将承受低良率、不良产品及无法量产的挑战。对于InvenSense而言，我们其中1个优势就是拥有名为Nasiri Fabrication的制程平台，这是1个相当简单并对我们所有产品都能适用的平台。在专利保护下，我们对这个平台拥有所有的权利，并有技术能力来提供技术转移给我们需要的晶圆厂。

问：台湾目前已有几家专门替国外代工MEMS产品的晶圆代工厂，不过到现在看来似乎还没有做到完全成功，最主要原因为何？

答：如前所言，我并没有资格评论1个晶圆代工厂是否成功，我们谈过的对象都是相当有能力并致力于MEMS产业的晶圆代工厂，我们相信他们以后都会成功的。

如前所说，设计公司选择晶圆代工厂时会面临十分大的挑战，相同的(或是更大)的挑战在于晶圆代工厂对设计公司的选择。

基本而言在工程研发阶段晶圆代工厂并无法有太多获利，而这阶段可能持续2~3年，在这期间晶圆代工厂将投下相当资金，如果产品无法顺利进入量产，晶圆代工厂很可能血本无归。

对于新进公司，尤其是MEMS新进公司，顺利进入量产的纪录并不是很高，选择新进设计公司成为伙伴其实是1个赌博。话说回来，由于新进入MEMS领域，又与MEMS的中心(主要是美国硅谷)有相当距离，台湾MEMS晶圆代工厂至今并没有足够的客户群，这可能是台湾MEMS晶圆代工厂唯一的弱点。今天台湾替国外代工MEMS产品的晶圆代工厂，并没有取得很大的成功原因主要在市场或产品的设计上。当然，配合今天市场的趋势，如能直接代工成熟并已具市场的MEMS产品，这可能是最好的方式。

不过反观国际IDM大厂如STM、ADI或是FreeScale等由于这些大厂拥有自己的产品，知道自己要如何去分配晶圆厂产能，且因为自己有相关的设计与销售能力，如此一来在做MEMS市场上便显得相对得心应手。

问：您担任InvenSense的CEO 2009年起正式进入第6年，您个人将准备带领InvenSense成为1家怎样的Leading Company？

答：我们非常满意过去5年的成绩，我们已大量的交货给全世界的主要客户，同时非常幸运的，在动作感测市场快速成长的同时，我们有能力针对核心市场需求提供领先的技术与产品。我可说在过去5年InvenSense已奠定MEMS陀螺仪的市场领导地位。

在未来的5年，我们将对动作感测游戏机、空中鼠标、智能型手机、功能手机及其它所有的消费性电子产品以新一代整合型的产品提供完全动作感测方案。在如同任天堂Wii，iPhone及其它新世代的产品中，我们已经看到市场对动作控制人机界面的真实需求，而我们也相信很快的这个需求将继续成长到各式各样的人机界面。

事实上InvenSense已是我第6家创办的MEMS公司，我在2003年便开始投入筹备InvenSense公司工作，前前后后约1年左右时间，我都在家中写有关成立InvenSense所需要各种方案与专利，写专利最大用意在于要先「卡死」大厂，让他们不敢跨入此领域，对于小设计公司来说他们也不敢去找晶圆代工厂合作，相反的，晶圆代工厂看到我们拥有专利，也不敢贸然去承接小公司订单。

在此期间我总共请了4位各种不同领域的专家学者当做我的顾问，而在此期间为了要与其余竞争对手有所区隔，我想了1套完整的Business Model才正式成立InvenSense，当初想法就是创造「与众不同」，挑战ADI或是STM一开始不敢尝试的CMOS制程。

当初的想法是希望能够让InvenSense的产品尽量在标准CMOS制程上完成，不要让晶圆代工厂为了要承接InvenSense订单而花费太多额外资金，这样的做法才能真正做到「普及化」。而也为了达到这个目的，在2004年成立InvenSense时便已发表了4个相关专利。

未来我希望InvenSense所生产出的商品都能够达到Easy To Use，原因在于这样才能真正能够做到大众化。事实上我必须说即便到现在为止，一些MEMS商品只有「专家」才知道要如何使用，但我要做的就是即便不是专家，也是同样可轻松上手。

因此，除了要给予客户端相当精确且质量好的陀螺仪产品，当然在软件部分是不能欠缺，但为能让更多消费者易于使用，我们就要提供下游客户端更多算法，客户不需要花费脑筋在算法上，只需专注在应用端的设计与创新，如此一来客户可设计出消费者需要的商品，消费者也将更方便采用，这才是InvenSense所想达到的终极目标。

问：当前InvenSense的客户端大多属于消费性电子产品，如数码相机、手机、与游戏机，请问InvenSense是否未来有在其它市场布局的计画？再者由于全球金融风暴仍旧持续，专注在消费性电子产品的InvenSense要如何因应此次风暴？

答：由于消费性电子市场非常大庞，每年有数10亿台的规模。我们也注意到车用市场的潜力，但我们今天并未研究我们如何进入车用市场。至于这次的全球性金融风暴，由于我们是几个不同市场的主要技术提供者，不同市场意味著分散的风险。而游戏机市场中有更大的机会，预计2009年将有大幅的成长。

没错当前全球的金融风暴确实有一定程度影响，不过我认为相较于大型的公司，一些规模较小的公司所受到的冲击会相对较小，但我要强调的是体质健全的小规模公司。再者由于InvenSense本身属于IC设计公司，且就如我所说InvenSense规模不大，如果在景气佳时，要与一些大象级的IC设计公司或是IDM大厂竞争，去抢食晶圆代工产能，可能要付出较高的价格或是根本仅能分配较少产能。

但如今产业环境较差，大型晶圆代工厂有更多时间将关爱眼神放到InvenSense身上，除此之外，过去由于InvenSense的公司知名度还不是太高，因此较难吸引更好的人才，而如今InvenSense可以吸收一些被大公司裁员但是相当优秀的人才，对外界的人才而言，InvenSense是1家具有高度成长潜力公司，在这时候进入可以有更多发展。

问：就我对于InvenSense的初步了解，贵公司的陀螺仪采用的是1颗ASIC再加上1颗MEMS芯片，再采用晶圆级封装技术使其成为1颗陀螺仪，不过这样一来对于ASIC及MEMS芯片均采用CMOS制程的设计公司来说，他们的制造成本可能还较你们便宜，对此您有何看法？且如果有问题的话需要如何解决？

答：我前面提到，MEMS技术是非常多种的，所以没人能做所有的不同产品，我们相信我们的生产平台是最符经济效益的也最符合惯性MEMS产品。据我所知，并没有单一「CMOS　MEMS」这种制程，表面微机结构由于使用许多CMOS制程的相同设备，故常被吹嘘为最接近CMOS制程的结构。

但是只要是关系到MEMS的部分，由于配方(Recipe)完全不同于CMOS，并无法与CMOS结构同时进行，通常作法是在CMOS完成后才开始以7~8层昂贵的光罩来完成MEMS结构。于80年代初期单一表面微机结构与CMOS整合在同一矽晶的技术就开始发展。据我所知只有1家公司能商品化，但最终仍无法电路使用或展示比其它技术的成本优势。基本上，其它型态的表面微机结构通常有黏性(Sticking)困扰或会造成严重环境处理与控制问题。

除此之外，就我所知当前全球半导体大厂中大约有高达10家左右有在制造陀螺仪产品，不过即便到现在为止，他们所能做的大多还是局限在单轴的陀螺仪，且采用的方式是使用2颗芯片，1颗属于ASIC，1颗属于MEMS产品，因此在制造上的成本较高，且体积上也较大，这对于想要进入消费性电子产品而言，根本是不太可能。

由于InvenSense在公司成立时，便是希望做与其它人不一样产品，因此才选定采用CMOS制程来制造单颗的陀螺仪，这样的做法不仅能够大量化且最重要是成本得以大幅降低。

想要真正进入到消费性电子产品市场，关键点便在于能不能将每个单轴的陀螺仪商品成本，压低到1美元以上，这样才有机会让消费性电子产品制造商心动。

不过压低成本并不意谓InvenSense产出的是「Cheap」芯片，InvenSense强调的是「Enable」芯片，这观念很重要。

问：您个人为何对于MEMS市场如此有兴趣？当前全球各大半导体厂无论是欧洲、美洲或是日本，对于MEMS市场均抱持相当大的兴趣，你怎么看待全球各区域发展MEMS市场？

答：世界的趋势在走向数码化，而挑战于如何将产品做到愈来愈小化。惟有将极大的资本投入在这个趋势才有生存的可能。在消费性市场而言，更多整合、更多功能、，更小，代表的是迟早所有功能都将整合进应用处理器(Application Processor) ，这个趋势已在手机，数码摄影机，及其它消费性产品中发生。

传感器则是在短期间不会被整合的产品。MEMS传感器给晶圆代工厂提供另一个做Mixed Signal 转换电路服务的机会。

我个人在大学时代便来到美国柏克莱大学念书，而当初我所念的科系与机械相关，当时学机械的学生出路不是太好，也不太合适在硅谷工作，因此就先选择1家封装测试公司上班，而当时那家封装测试公司已开始承接一些MEMS公司的商品。

但由于当时的MEMS商品属于特殊的制程技术，且在封装测试时需要特别的封装测试方法，且更重要的是每家的封测标准均不一样，因此公司可以收取较好价位与获利，这令我眼睛为之一亮，就毅然决然的跳进MEMS市场，且一做就是30多年。

至于谈到欧美日各国发展MEMS的过去与未来，我认为美国在MEMS发展历史上可说是最为悠久，原因在于美国一开始便有相当多好的大学投入MEMS的人才培训。

当时美国的柏克莱、乔治亚理工、UCLA等知名大学均已投入不少的资源用在MEMS领域，也正因为如此让美国近数10年来成立了不少的MEMS新兴公司，而近几年以来美国也有几家规模较小的晶圆代工厂，持续投入资源用于MEMS晶圆代工，这也是支撑美国MEMS产业历久不衰的主要原因之一。

除此之外，欧洲的公司锁定的目标市场还是在汽车电子领域，最主要因素在于他们生产的MEMS产品成本较高，较没有机会打入消费性电子领域。不过值得注意的是欧洲发展MEMS产业也已有相当长一段时间，因此已发表相当多学术论文，也就是说他们已累积相当的专利技术，只要好好运用还是可以有惊人作为，不过目前还没有像美国产出那样多的MEMS新兴公司。

最后谈到日本，我个人认为日本的公司有相当好的科技与技术，且在MEMS的基础研发上投入相当多的资源，这部分是日本公司的强项。

关于InvenSense

InvenSense Inc.(NYSE：INVN)是为如智能型手机、平版电脑、游戏遥控设备、智能型电视与配戴式感测用品等的消费性电子产品，提供运动感测追踪(MotionTracking)组件的领导供货商。运动感测人机界面(Motion Interface)正迅速成为所有消费性电子产品的关键功能，因为它能在自由空间追踪使用者的移动动作，将这些动作转变为输入指令，让用户能够直觉性的与其电子产品互动。为了精准追踪复杂的使用者动作，须有如陀螺仪、加速器、电子罗盘、压力传感器等的运动传感器，为运动感测应用，须要能适当校正数据，融合感测输出值，并将其转变成单一、精准的数据流。InvenSense可提供市场运动感测追踨组件、耐用的运动感测融合算法(robust MotionFusion algorithms)、与使用中进行校正的韧件(in-use calibration firmware)，为领先业界、也是唯一能提供全方位运动感测人机界面解决方案的供货商。归功于本公司专利的Nasiri-Fabrication制程，InvenSense拥有能够在晶圆层级直接整合MEMS机械结构与CMOS电子的关键技术，提供可直觉性使用、具成本效益、高效能的运动感测人机界面(Motion Interface)解决方案。