CMOS与MEMS工艺集成由市场而定，工艺集成化需考虑成本
2016-02-17 20:30:10   来源：华强电子   评论：0   点击：

早些年间，由于CMOS工艺与MEMS工艺之间存在很大的差异，导致两种技术集成在一起是很困难的事情，但是随着技术的发展，CMOS工艺与MEMS工艺无缝集成的难度系数正在逐渐降低。不过，整体而言，当前市场上能看到CMOS工艺与MEMS工艺集成的产品并不是很多。那么，这其中又涉及到了哪些问题呢？

CMOS与MEMS工艺集成由市场而定，无缝集成需代工厂两条线齐全

CMOS工艺是一种基于PMOS与NMOS工艺发展而来的工艺，简单说来，其具有低功耗、速度快、集成度高等优点。目前在消费类市场见得比较多的有CMOS图像传感器，这种基于CMOS技术制造而成的图像传感器相比传统的CCD图像传感器，不仅仅在价格方面降低了15%-20%，更为重要的是，其可以更加容易的与其他芯片进行集成。国内厂商诸如北京思比科、深圳比亚迪、格科微等在CMOS图像传感器领域都有建树，不过，高端的CMOS图像传感器仍由索尼霸占乃至出现供货不足的情况。

基于MEMS工艺的产品相对CMOS工艺来说更为常见，如MEMS加速度计、MEMS麦克风、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪及MEMS气体传感器等，随着物联网及可穿戴市场的发展，基于MEMS工艺制造的传感器应用市场将更广，特别是如智能手环、智能手表等产品，可以说已经对MEMS传感器产生了一种“依赖”。国内如深迪、矽睿、敏芯、明皜等企业，在这些方面相对国外企业而言可谓是后起之秀。

总的来说，CMOS与MEMS工艺存在诸多不同之处，如设计思路不同等，CMOS一般是由下往上设计，需要有良好的预定义工艺模块，而MEMS大多数则是由上往下设计，需要建立特殊的工艺文件。此外，两者在背面工艺、晶圆键合等方面也存在着差异。所以早些年间，基于CMOS工艺与MEMS工艺集成的产品并不多。

CMOS工艺与MEMS工艺作为两种不同的工艺，是否可以集成在一起从而使得新的产品具有一些基于其中某一种工艺生产的产品所不具备的优势呢？答案无疑是肯定的。那么，这些采用了CMOS工艺与MEMS工艺集成的产品又将具有哪些优势？两种工艺在集成过程中又面临着哪些挑战？两种工艺集成化之路将会成为主流吗？带着这些疑问，记者采访了Bosch亚太区总监Leopold Beer、苏州明皜传感科技有限公司CEO汪达炜、上海矽睿科技有限公司CEO谢志峰及苏州敏芯微电子技术有限公司CEO李刚，共同讨论这些问题。

对于CMOS工艺与MEMS工艺的集成是否会成为主流趋势，Leopold Beer表示：“CMOS工艺与MEMS工艺的集成并非必然的趋势，主要看应用在哪方面，即根据应用来定，按照不同的应用有不同的工艺需求，另一方面，按照目前的工艺技术来说，CMOS工艺与MEMS工艺集成后的性能还是没法与两种工艺分立的情况相比，换而言之，目前分开的两种工艺在性能上比集成后要好。”

他还举例说明，比如MEMS麦克风，它曾经就是CMOS工艺与MEMS工艺集成的方式来做，但是目前转为只采用了MEMS工艺。因为从当前来看，并没有任何一个应用场景或产品一定需要两种工艺集成，客户的需求是只要产品的体积更小、性能更强、功耗更小，满足客户的需求就行，这也是当前发展的方向。同时，在Leopold Beer看来，在性能方面，当前还没有哪款采用CMOS与MEMS集成化方式制造的产品比采用其中一种工艺制造的产品更好，换而言之，Leopold Beer对于CMOS与MEMS工艺的集成并不十分看好或持保守态度。

Leopold Beer还指出，当前我们能够在市场上看到采用CMOS工艺与MEMS工艺集成的加速度计。但是，这些加速度计主要应用于低端市场，应用场景对产品的价格及性能要求不是特别高。不过，Leopold Beer还强调，如果CMOS工艺与MEMS工艺集成设计成熟得当的话，那么集成后的产品在价格上可能会占据优势，遗憾的是，目前这种优势还没有体现出来，因为技术还没有成熟，导致产品体积较大，所以价格优势并不存在，这也是市场上基于CMOS工艺与MEMS工艺集成的产品并不多的原因所在。

虽然Leopold Beer并不认为CMOS工艺与MEMS工艺将会成为主流方式，不过他强调，目前这两种工艺Bosch都拥有！此外，他还指出，Bosch暂时还没有规划CMOS工艺与MEMS工艺集成的产品，原因在于Bosch会往CMOS工艺与MEMS工艺分立的方向发展，演进到最后产品只有两层，这种情况下，在现有的技术下对产品进行缩小，进一步把产品做到更小。反观两种工艺集成的产品，其体积会比较大，这时集成化方案在价格上的优势就不存在了。Leopold Beer也补充道：“当然，未来也会看到CMOS与MEMS集成后的产品，不过市场可能会比较小，仅局限于加速度传感器方面。况且对于客户来说，并不会在意是否由两者集成，只要产品性能更好就行。”

两者工艺集成化需考虑成本，经销商更在意价格

与Leopold Beer看法一致的是明皜CEO汪达炜，他在接受记者采访时称：“CMOS工艺与MEMS工艺集成并非必然趋势，主要根据应用市场来定，虽然目前看到一些厂商采用了CMOS工艺与MEMS工艺集成的方式在做，但是一些主流厂商包括Bosch、ST、飞思卡尔等并没这样做，我们明皜也没有这么做，我们看到在这样做的企业的有mCube、InvenSence。虽然从2005年我就开始做集成，但截至目前，我们依然不会做CMOS工艺与MEMS工艺的集成。”

至于为何不做CMOS工艺与MEMS工艺集成化的产品，汪达炜则解释道：“做任何产品，都要考虑成本问题，需要将成本降低，但是目前CMOS工艺与MEMS工艺集成在一起根本做不到这一点。”

与上述两位受访者观点不一样的是矽睿CEO谢志峰与敏芯CEO李刚。矽睿本身走的就是集成化之道，毫无疑问，矽睿十分看好CMOS工艺与MEMS工艺的集成，谢志峰向记者强调，目前矽睿所有的产品都是采用CMOS工艺与MEMS工艺集成的方式，他说：“CMOS与MEMS集成是一种主流趋势，原因在于两者集成后具有低功耗、尺寸小、集成度高等优势，这足以满足市场需求。”李刚也表示：“对消费类电子市场而言，CMOS工艺与MEMS工艺的集成将会是一种主流的趋势，因为通过WLCSP技术可以降低封装成本。”目前，敏芯也推出了CMOS工艺与MEMS工艺集成的加速度传感器。

据了解，目前，市场上采用CMOS工艺与MEMS工艺集成的产品也有一些，除了矽睿以外，如Silicon Labs也推出了CMOS工艺与MEMS工艺集成的振荡器，该振荡器具有成本低、尺寸小、集成度高等优势；InvenSence也推出了基于CMOS工艺与MEMS工艺的传感器，此外，MEMSIC在很多年前就已经推出了CMOS工艺与MEMS工艺集成的传感器。当然，总的来说，这类产品并不是特别多。

从上述四位受访者看来，对CMOS工艺与MEMS工艺集成的看法可谓是“天下半分”，前两位受访者不看好的原因在于认为两种工艺的集成不能降低成本。而后两位受访者看好的原因在于采用两种工艺集成的产品性能将会得到提高，且成本也可以得到降低。在谢志峰和李刚看来，今后将会有更多的产品采用CMOS工艺与MEMS工艺集成的方式，比如说惯性传感器、加速度计、陀螺仪、压力传感器等。

在接受记者采访过程中，汪达炜和谢志峰都强调了两种工艺无缝集成的前提：CMOS工艺与MEMS工艺要做到无缝集成，则要求代工厂必须具备CMOS工艺与MEMS工艺两条产品线。当然，如果只是做到非无缝集成的话，那么要求则会低，可以选择在CMOS代工厂做好CMOS部分，然后在MEMS代工厂做好MEMS部分，最终将两者通过传统的打线方式集成在一起，目前诸如Invensence、ST就是采用这种方式，采用这种方式最大的优点是操作灵活。

当然，采用后述这种方式并不一定就意味着集成度低，汪达炜解释称：“将芯片的面积缩小了，那么集成度就高了，如果将两颗芯片叠在一起做集成的话，反而面积大的芯片受限于面积小的芯片，部分同行在某些尺寸的芯片面积的总量反而要比我们的芯片小20%，与MEMS不太一样，CMOS的尺寸做小，集成度就提高了，但是MEMS不一定如此。”

此外，记者从深迪半导体（上海）有限公司市场总监范翔处了解到，如果采用这种集成方式的话，一般会涉及到两家代工厂企业，他们分别完成CMOS制程及MEMS制程环节，这将导致商业模式会与常规有所不同，尤其是在品质监控和风险承担方面，会带来一些新的争议。

在双方的观点中，都涉及到成本问题，这也是一个商业模式问题。多位受访者向记者强调，对于采购商而言，他们并不在意产品是否采用了CMOS工艺与MEMS工艺的集成。相对而言，他们关注更多的是产品的价格，产品性能只要能达到要求就行，至于是否采用了CMOS工艺与MEMS工艺集成，采购商对此并不感兴趣，如果采用集成化的方式反而提高了价格，这更是他们不愿意接受的。

对于CMOS工艺与MEMS工艺集成将来是否会成为主流趋势的问题，受访者对此的看法是各执己见。不过，公认的一点那就是，如果采用两种集成化的方式能够将产品做到更小的话，这将可以降低成本，从而在价格方面更具优势，同时，高集成度的方式也将提升产品的性能。对于不看好两者集成方式的两家企业而言，它们则是会继续在现有的技术上对产品进行优化，进一步提高产品的竞争力。