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博世全面布局压电MEMS,提供AlN和PZT薄膜代工服务
2019-07-14 08:10:58   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

麦姆斯咨询:多年来,博世一直在扩展MEMS工艺和材料组合。关于压电材料,博世在MEMS代工服务中引入了PZT和AlN材料,均通过溅射工艺将这两种材料沉积在8英寸晶圆上。

微访谈:博世高级副总裁Udo-Martin Gomez

在动荡的全球经济环境中,MEMS产业显示出强劲的增长潜力。根据《MEMS产业现状-2019版》报告介绍,MEMS市场将在2019年至2024年期间实现显著增长:市场营收的复合年增长率约为8.3%,预计2024年将达到185亿美元。其中,消费类市场仍然占据最大的份额(超过60%),汽车市场份额排名第二位(约为20%)。

2018~2024年MEMS市场规模

2018~2024年MEMS市场规模

据麦姆斯咨询介绍,压电技术正在拓展新的应用领域。实际上,压电和MEMS技术的融合发展正在为全球MEMS产业带来一场革命。压电MEMS技术越来越多地应用于陀螺仪、BAW滤波器、喷墨打印头、MEMS扬声器和麦克风、自动对焦执行器,以及超声波换能器和指纹识别传感器等MEMS产品。此外,一些MEMS代工厂针对压电薄膜技术进行研究,并开发了压电薄膜制造工艺。例如Globalfoundries的AlN压电MEMS技术为Vesper量产MEMS麦克风;意法半导体(STMicroelectronics)的PZT压电MEMS技术为Usound量产MEMS扬声器。根据《压电器件:从块体型到薄膜型-2019版》报告介绍,基于压电薄膜的MEMS器件市场在2024年将超过60亿美元,为MEMS产业带来新机遇。

压电MEMS产品的面市时间及未来预测

压电MEMS产品的面市时间及未来预测

在上述背景下,Yole高级技术与市场分析师Jerome Mouly(以下简称:JM)和Dimitrios Damianos(以下简称:DD)联合采访了博世高级副总裁Udo-Martin Gomez(以下简称:UMG)博士。博世(Bosch)是汽车和消费电子领域的MEMS领导者,也拥有压电MEMS制造能力。

博世MEMS惯性传感器和环境传感器

博世MEMS惯性传感器和环境传感器

JM:UMG博士,您好。您可以向我们的读者介绍下自己吗?您在博世的职责是什么?

UMG:我是博世高级副总裁,负责汽车电子业务部门MEMS传感器研发和传感器业务。我们业务的重点是为MEMS产品的大批量生产提供新技术,以及为众多汽车应用开发和推广创新的MEMS传感器。

JM:博世是一家全球领先的MEMS制造商,每天可生产超过3000片晶圆。你们还为定制项目提供MEMS代工服务,那么这项开放式代工服务的动机是什么?

UMG:博世目前正在扩大200mm(8英寸)MEMS生产能力。因此,我们希望增加和拓宽博世的MEMS业务,例如为非博世传统MEMS市场提供MEMS代工服务。12年多来,博世为美国硅谷的SiTime公司提供MEMS代工服务,SiTime是MEMS时钟的市场领导者。我们的目标是让客户成功进入新市场,或者通过提供下一代技术来推动业务增长。作为可靠且稳定的MEMS代工厂,博世致力于实现双赢的长期合作伙伴关系。

JM:您能介绍一下博世的MEMS代工能力吗?

UMG:由于我们可能是全球拥有最广泛技术组合的MEMS领先厂商,因此博世可以加快客户的研发和产业化。我们为客户提供灵活的研发资源和能力,凭借在MEMS领域的数十年经验及丰富的专业知识,最终实现在质量、可靠性、大批量生产和长期交付保证等方面的强大优势。

技术组合:
- KrF光刻技术,可满足130纳米MEMS工艺需求
- 所有标准ASIC工艺流程
- 表面硅工艺和体硅工艺
- DRIE(博世工艺)
- 氢氟酸(HF)干法氧化硅刻蚀工艺和XeF2干法硅刻蚀工艺
- 氢氧化钾(KOH)蚀刻
- 硅通孔(TSV)
- 抗粘连和ALD涂层
- PZT和AlN薄膜工艺
- 键合:阳极键合、玻璃焊料键合、共晶键合(AlGe)、Epi-Seal工艺
- 气体或真空封装、Reseal
- SiRiN
- 多孔硅
- 背面对齐和处理
- 研磨和抛光

制造能力:
- 前道工艺
  * 3个晶圆厂(6英寸和8英寸皆有)
  * 每天生产超过3000片晶圆
  * 所有工厂都符合汽车和消费电子的要求:IATF 16946、ISO 14001等其它标准
- 后道工艺
  * 6英寸和8英寸晶圆级测试
  * 传感器组装
  * 传感器成品测试

博世光学MEMS器件案例,显示了多晶圆键合的复杂性及多种MEMS工艺

博世光学MEMS器件案例,显示了多晶圆键合的复杂性及多种MEMS工艺

DD:博世的代工服务包括压电MEMS器件的生产。你们使用哪些压电材料和沉积工艺?

UMG:多年来,我们一直在扩展MEMS工艺和材料组合。关于压电材料,博世在MEMS代工服务中引入了PZT和AlN材料,均通过溅射工艺将这两种材料沉积在8英寸晶圆上。我们拥有最先进的工艺设备,例如使用爱发科(ULVAC)的溅射设备沉积PZT薄膜材料,我们正在联合开发计划(JDP)中共同努力,以期改进工艺流程;使用SPTS的Sigma PVD设备沉积AlN薄膜材料,可以改善压电薄膜的均匀性。

DD:溅射法是一种沉积技术,与其它沉积技术(如溶胶-凝胶法)相比,有哪些优势?博世取得了哪些成绩(如厚度、均匀性)?

UMG:当博世开始压电MEMS的前期开发阶段时,我们对应用需求进行了全面分析,并将各种压电MEMS薄膜沉积技术(溅射法、溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法(PLD))进行了比较。最终,我们决定选择溅射法。溅射设备在半导体代工厂中是众所周知的,并且溅射靶材和其它介质的供应链已经建立。这使得溅射工艺和材料性能在任何情况下都是可控的,即使在大批量生产情况下也是可再现的。

典型值:

PZT:e31:-12~-14C/m²,厚度范围:500~2000nm(取决于应用),均匀度:<10%

AlN:e31:约-1C/m²,相对介电常数:约10,厚度范围:200~1500nm(取决于应用),<50MPa应力均匀性

DD:博世主要面向哪些压电MEMS器件提供代工服务?

UMG:整体来说,我们可以为客户提供基于压电MEMS技术的传感器和执行器。我们对所有压电MEMS相关的器件都开放,如喷墨打印头、微镜、微型扬声器、超声波换能器等。但是,压电MEMS项目能否实施很大程度上取决于我们客户的可靠商业模式。

DD:您如何看待压电MEMS市场增长?以及压电传感功能的优势在哪?

UMG:由于现有市场的渗透率提升和新市场的不断开发,MEMS产品种类正在急剧增加。随着人工智能(AI)的发展,传感和执行功能的必要性也将增加,从而导致更多的MEMS市场需求。在物联网、通信、汽车、医疗、工业等众多领域,压电MEMS(包括AlN和PZT)都会发挥着自己的重要作用。

压电传感应用中的首选材料是AlN。除“CMOS兼容性和易于集成”之外,AlN主要优点是低介电常数和介电损耗。压电材料特性与MEMS技术相结合,可以在小型设备上实现高分辨率超声成像。您可能会了解到博世拥有基于电容或压阻原理的MEMS传感技术,但是基于压电原理的MEMS技术正在兴起,即将开辟了广大的新应用领域,所以博世在压电MEMS方面充分布局,以满足新的客户需求。

JM:喷墨打印头、惯性MEMS传感器和射频滤波器是目前仍在不断增长的市场。您是否看到有何新兴的压电MEMS器件市场将爆发?

UMG:压电MEMS器件的下一波增长驱动力可能来自MEMS时钟、超声波换能器、“工业4.0”中的振动能量收集器等。我认为压电MEMS的未来市场是巨大的。

JM:最后,您还有什么话想对我们读者说吗?

UMG:MEMS领域充满机遇、活力四射,博世作为全球领先的MEMS厂商,为客户的创新理念提供专业知识和制造能力,以开拓富有成效的合作伙伴关系,一起挖掘新市场!

延伸阅读:

《MEMS产业现状-2019版》

《压电器件:从块体型到薄膜型-2019版》

《5G对手机射频前端模组和连接性的影响》

《Vesper压电式MEMS麦克风:VM1000》

《苹果iPhone XS/XR射频前端模组:博通AFEM-8092》

《消费类生物识别市场和技术趋势-2018版》

《医疗、工业和消费类应用的超声波传感技术》

《电子产业的喷墨打印制造及增材制造-2018版》

《爱普生PrecisionCore压电喷墨打印头》

《Xaar 1201压电喷墨打印头》

《Silicon Sensing组合传感器(Z轴压电陀螺仪和2轴加速度计):CMS300》

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