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漫談MEMS利基市場及技術挑戰

時間:2019-04-09來源: 微迷網

導語:?MEMS有各種尺寸和功能,從微型化的傳感器芯片,到獨特的微納米架構,可以感知、測量、傳輸并控制幾乎所有傳感模式。MEMS實現了具有感知、控制和執行能力的增強型微系統,這在十多年前幾乎無法想象。

MEMS有各種尺寸和功能,從微型化的傳感器芯片,到獨特的微納米架構,可以感知、測量、傳輸并控制幾乎所有傳感模式。MEMS實現了具有感知、控制和執行能力的增強型微系統,這在十多年前幾乎無法想象。

MEMS傳感器

SMARTMicrosystems是從事MEMS研發的公司之一,該公司專門致力于微電子裝配,具有環境壽命測試和失效分析能力。

SMARTMicrosystems董事、總經理MattApanius表示:“我們的產品種類繁多,其中大部分都是傳感器,其中包括MEMS。當客戶需要為新產品提供定制化裝配時,我們通常會與他們合作研發。我們的客戶可能不一定是財富500強企業,但他們往往是這些大公司的供應商。”

色妹妹自拍偷拍與這類客戶合作,SMARTMicrosystems必須始終處于微電子產品創新的前沿。Apanius稱:“我們樂于跟客戶密切合作,以確保材料要求以及我們開發的工藝能夠達到設計和成本目標。”

色妹妹自拍偷拍據麥姆斯咨詢介紹,DunAnSensing(盾安傳感)是另一家MEMS傳感器公司,專注于生產MEMS壓力傳感器。據盾安傳感銷售和營銷副總裁GaryWinzeler表示,盾安傳感制造壓力傳感器芯片,然后對它們進行各種不同的封裝。

“我們的產品直接供向大型暖通空調設備(HVAC)、制冷設備、冷凍機以及任何使用制冷循環的設備制造商,”Winzler說,“即使是電動汽車制造商也在使用制冷設備來冷卻電池。這是一個很大的市場,而且還在不斷增長。”

RogerGraceAssociates總裁RogerH.Grace已經密切跟蹤這個不斷增長的MEMS市場超過35年。RogerGraceAssociates致力于為MEMS和其他先進封裝領域的客戶提供各種市場和咨詢服務,他們專注于為傳感器和電子產業把脈,特別是器件開發和制造領域。

“我們開展的研究有助于我們的客戶更好地了解他們需要繞過的‘坑’,以幫助他們成功地進入新的技術和產品開發領域,包括從產品規劃到推出,以及在此之間的所有事宜,”Grace表示,“我們幫助客戶確定他們的產品需要做什么,采用什么樣的封裝以實現這些功能,甚至這些產品應該被設計成什么樣子。要制造一款產品,首先需要具有完整的功能,并為設計目標確定最佳的傳感器。”

技術挑戰

色妹妹自拍偷拍“封裝、測試和制造方法都由MEMS器件的應用所決定,”SMARTMicrosystems公司MattApanius說,“器件的分辨率越高,意味著具有更多互連的大尺寸芯片。由于許多原因,具有大像素陣列的芯片存在一定的挑戰性。常見的封裝問題,例如機械應力和隔熱,變得更加難以處理。此外,芯片本身的成本也會很高,使得裝配良率變得更加重要。”

Apanius說:“晶圓的雙面加工一直是MEMS技術的一部分。在過去十年左右的時間里,IC產業采用了硅通孔(TSV)技術來支持高密度互連。盡管這些都取得了顯著發展,但我們的客戶在互連方面依然青睞引線鍵合,我們幾乎所有的工藝都涉及引線鍵合。”

盾安傳感的GaryWinzeler表示,盾安傳感的目標市場首先是制冷壓力測量、熱泵、HVAC系統以及所有使用HVAC系統和設備的產業。

色妹妹自拍偷拍“對于一款標準的MEMS器件,為了接入高腐蝕和嚴苛介質的環境,目前通常用不銹鋼隔膜保護MEMS,然后在兩者之間注油。這種方案成本高且耗時,需要額外的機械加工部件,而且注油成本很昂貴,并且實際上會削弱MEMS芯片的精度和可重復性,”他解釋說,“我們換一種思路,想出了一種將芯片安裝到陶瓷上的方法,然后通過封裝連接,周圍不需要其他保護。下一步是我們剛剛發布的產品,已經去除了O形環,使其更加堅固。”

在開始瞄準該市場的同時,盾安傳感也在尋求其它一系列應用:泵制造商、閥門制造商、壓縮機制造商和氣體壓縮機廠商等。Winzeler稱,有很多應用可以從我們的產品中受益。

色妹妹自拍偷拍產業顧問Grace提出,目前有多種平臺可以構造傳感器,包括硅、紙、塑料和其它功能性結構等。必須根據每種應用,權衡功能、規格、特性以及相關的優劣勢。每一位電子工程師大腦里的“設計工具箱”,都需要包括每種類型的傳感器及其技術。

“當前和未來的成功產品都應用了先進的封裝和集成概念。這種封裝概念必須在產品開發周期的最初階段便引入。這是該解決方案的系統級方案(如圖1),”Grace說,“參與項目的每個人都必須在這個過程的早期階段聚集在一起,并在第一次會議中創建一個應對所有設計問題的系統。在CAD系統中可以開發出優秀的設計,但是當涉及到制造的現實問題時,時常會發現無法完成設計的制造,又會再回到版圖設計部分,這就是為什么這么多新器件如此昂貴,甚至始終無法實現。我們所設計的器件必須能夠在其浸入的環境中生存,完成其工作,成本還不能太高,并且能讓我們獲利。在我看來,從互連到測試再到封裝,這一切都充滿真正的挑戰。”

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色妹妹自拍偷拍圖1:設計人員在選擇傳感器時必須考慮一種系統設計方案,尤其是通常由ASIC實現的接口電路

SMARTMicrosystems公司的Apanius認為,基于MEMS的小型化解決方案將繼續推動市場發展。“這是SMARTMicrosystems的戰略。我們背后的系統集成商和制造商(如ParkerHannifin、Eaton、RockwellAutomation以及Nestle等),也都在考慮同樣的事情:如何獲得更多的收益?他們正在研究依賴傳感器等電子器件的基于數據的系統解決方案,”Apanius說,“這就是我們的切入點,我們為所有主要行業提供定制化服務。我們現在看到一些不錯的增長趨勢,有幾個新項目正在走向成熟,我們對此感到非常興奮!”

盾安傳感的Winzeler表示,“盾安傳感推出了一系列新產品,這些產品采用革命性的方式連接MEMS和媒質。我們這樣做是為了獲得一種非常低成本的封裝方法,同時保持高可靠性和經濟性。我們還提出了一種將溫度傳感器與壓力傳感器整合在同一個MEMS封裝中的器件。在HVAC領域,特別是在制冷領域,客戶通常需要同時測量制冷劑的壓力和溫度。然后,他們可以計算過熱,以控制系統內的各種風扇、壓縮機和控制器。”

Winzler補充說,“為了達成目前所需的能效,對所有參數的控制至關重要,因此,客戶希望可以在同一測量點完成所有這些工作。因此,我們將客戶所需要的技術結合在一起,為他們提供雙輸出的器件,實現單點的所有參數測量。在我們的無O型環MEMS封裝(如圖2)中,將封裝注塑成型為非常堅固且具有出色環境接口的單個器件。它可以浸沒在水中,承受極高的濕度和劇烈的振動。相比目前市場上的其他器件,我們的這款產品具有更好的結構和環境保護性能。”

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色妹妹自拍偷拍圖2:用于環境保護的注塑成型封裝

Winzeler所能給出的最好的建議是,所有開發未來技術的公司都應該走出去,與客戶交流。“你必須找到現實生活中的需求,然后回過頭來開發解決方案。許多公司的規模變得很大,以至于使他們失去了與客戶一對一的機會。如果公司可以解決客戶的問題,那么公司的規模大小就無關緊要。只要他們花時間去為客戶提供解決方案。隨著MEMS在壓力和溫度傳感領域的應用,它們在面對腐蝕性介質或者封裝方面,肯定會有所變化和發展。這一切都需要關注客戶的需求。”

色妹妹自拍偷拍Grace認為,未來在于那些能夠測量心理化學/生物現象的傳感器市場,包括血液、汗液和淚液。這些和其他心理現象的測量,可以用于確定身體狀況的重要變化,例如運動員或老年人的脫水。鑒于這些需求,從生命周期來看,硅基MEMS等技術正逐漸成熟并走向衰落,同時,印刷/柔性技術即將崛起(如圖3)。

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圖3:根據四大創新浪潮,硅基MEMS等技術正在走向成熟并終將走向衰落,而印刷/柔性技術正在崛起


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