本土MEMS的發(fā)展 - 2014年展望：半導(dǎo)體及本土IC大趨勢(shì)

　　2012年全球微機(jī)電（Micro Electro Mechanical System；MEMS）前4大廠依序?yàn)?a href="http://ttokpm.com/tags/意法半導(dǎo)體/" target="_blank">意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）、博世（Robert Bosch）、德州儀器（Texas Instruments）、惠普（Hewlett Packard；HP），其中，意法半導(dǎo)體在消費(fèi)性電子應(yīng)用居領(lǐng)先地位，博世則從汽車領(lǐng)域逐漸涉入到消費(fèi)性電子應(yīng)用，其MEMS營(yíng)收年增長(zhǎng)優(yōu)于以微投影機(jī)用MEMS元件為主的德州儀器，及印表機(jī)用MEMS元件為主的惠普。

　　2012年全球第5至第10大MEMS廠商依序?yàn)闃鞘想娮樱↘nowles Electronics）、Panasonic、Denso、Canon、安華高科技（Avago Technologies）、Freescale，除以印表機(jī)用MEMS為主的Canon較2011年?duì)I收衰退外，其他廠商營(yíng)收皆較2011年成長(zhǎng)，2012年以消費(fèi)性電子或汽車應(yīng)用為主要營(yíng)收來源的MEMS廠營(yíng)收表現(xiàn)相對(duì)較佳，預(yù)計(jì)2013年此情形亦將延續(xù)。

　　2012年全球MEMS市場(chǎng)規(guī)模較2011年成長(zhǎng)10%，達(dá)109.3億美元，已連續(xù)4年成長(zhǎng)，因該產(chǎn)業(yè)前四大廠營(yíng)收領(lǐng)先第5大廠一段距離，在優(yōu)先觀察全球前四大MEMS廠營(yíng)收排名變化情形下，2012年以消費(fèi)性電子為主要營(yíng)收來源的意法半導(dǎo)體因領(lǐng)先達(dá)成10億美元，首次居龍頭地位，其次系自汽車漸跨足消費(fèi)性電子的博世，以8.4億美元自2011年第4名躍居第2地位。

　　比較2010~2012年全球前四大MEMS廠營(yíng)收年成長(zhǎng)率變化，意法半導(dǎo)體2010~2011年連續(xù)2年維持在48.9%以上，然2012年縮小至10.3%，博世則于2011~2012年連續(xù)2年維持在14%以上，反觀2012年惠普營(yíng)收年衰退率以15.4%大于德州儀器9.6%的年衰退幅度。

　　從全球前10 大廠商的營(yíng)收變化可看出，受全球經(jīng)濟(jì)疲軟影響，全球MEMS 感測(cè)器市場(chǎng)增長(zhǎng)速度放緩，預(yù)計(jì)未來幾年將保持年均8%的復(fù)合增長(zhǎng)率，而主要增長(zhǎng)動(dòng)力來自消費(fèi)電子領(lǐng)域特別是手機(jī)領(lǐng)域，汽車電子領(lǐng)域增幅則有所放緩。未來幾年平板電腦和智慧手機(jī)領(lǐng)域的MEMS 感測(cè)器應(yīng)用仍將保持強(qiáng)勁增長(zhǎng)，但產(chǎn)品零售價(jià)呈逐步下降趨勢(shì)。

　　目前全球市場(chǎng)的份額情況逐漸在向亞太地區(qū)傾斜，美國(guó)地區(qū)市場(chǎng)份額維持穩(wěn)定，仍是全球高端技術(shù)及產(chǎn)品的發(fā)源地，歐洲方面受債務(wù)危機(jī)及汽車工業(yè)下滑影響，市場(chǎng)份額逐漸降低，其中德國(guó)、芬蘭、法國(guó)等地的MEMS 產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為迅速。受到平板電腦和智慧手機(jī)的旺盛需求拉動(dòng)，亞太地區(qū)的市場(chǎng)份額不斷提升，市場(chǎng)地位亦在逐漸提高，特別是中國(guó)大陸地區(qū)，增速明顯高于全球增速。

　　現(xiàn)階段中國(guó)大陸MEMS 的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，壓力感測(cè)器和加速度計(jì)占據(jù)較大比例，陀螺儀的增長(zhǎng)也相當(dāng)迅速。值得深思的是，中國(guó)大陸MEMS 市場(chǎng)雖然快速發(fā)展，但在核心晶片上的取得仍極大部分倚靠歐洲和美國(guó)等國(guó)家。

　　根據(jù)中國(guó)大陸國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006~2020）之863 計(jì)劃，規(guī)劃資訊技術(shù)、生物和醫(yī)藥技術(shù)、新材料技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、先進(jìn)能源技術(shù)、資源環(huán)境技術(shù)、海洋技術(shù)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)、現(xiàn)代交通技術(shù)、地球觀測(cè)與導(dǎo)航技術(shù)…等10 大技術(shù)領(lǐng)域，做為未來重點(diǎn)發(fā)展新興技術(shù)領(lǐng)域，其中針對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)下之微納制造技術(shù)（包含微機(jī)電與納米），于近幾年來投入大量政策資源，并密切串連產(chǎn)官學(xué)研能量，希望能在下階段扶植出一具國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力之戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

　　在政策鼓勵(lì)下，中國(guó)大陸MEMS 的研發(fā)進(jìn)程迅速向全國(guó)地區(qū)滲透，已在長(zhǎng)三角和京津冀地區(qū)建立完整的產(chǎn)學(xué)研發(fā)展族群。目前長(zhǎng)三角地區(qū)總計(jì)有上海深迪、上海矽睿、蘇州固锝…等約15 家MEMS 設(shè)計(jì)生產(chǎn)企業(yè)，與中科院蘇州納米技術(shù)與仿生研究所、中科院上海微系統(tǒng)與資訊研究所、上海交大…等學(xué)研單位合作研發(fā)。京津冀地區(qū)包括北京思比科、北京廣微機(jī)電…等4 家企業(yè)與北大微電子所、北京清華、中科院等進(jìn)行研發(fā)合作。除長(zhǎng)三角與京津冀兩大產(chǎn)官學(xué)研重鎮(zhèn)外，包括珠三角、中西部省份、海西經(jīng)濟(jì)區(qū)、東北三省…等地區(qū)也都開始建構(gòu)MEMS 產(chǎn)學(xué)研能量，凸顯政策支援下，已逐步帶動(dòng)國(guó)內(nèi)MEMS 產(chǎn)業(yè)扶值力度的全面升溫。

　　中國(guó)大陸本土MEMS Sensor 設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)正快速萌芽，包括美新與矽睿兩家廠商已分別擁有加速度器、磁力計(jì)與陀螺儀、磁力計(jì)方案，蘇州固锝的加速度器已獲得臺(tái)積電和中芯國(guó)際的代工，未來亦會(huì)向陀螺儀發(fā)展，另蘇州敏芯微電子則同時(shí)橫跨矽麥克風(fēng)、壓力計(jì)兩大產(chǎn)品。除此之外，CMOS 影像感測(cè)器與Uncooled IR Sensor 等光學(xué)感測(cè)元件也有上海格科微、北京思比科、東莞新迪電子…等6 家廠商投入，融合演算法軟體能量則相對(duì)較弱， 目前只有江蘇英特神斯一家廠商投入，環(huán)境與生物相關(guān)感測(cè)器也已逐步走出學(xué)校實(shí)驗(yàn)室階段，總計(jì)有無(wú)錫康森斯克電子、深圳仁民科技…等7 家廠商投入。

　　4. 先進(jìn)封裝制程的議題依舊甚囂塵上

　　半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)晶片封裝技術(shù)水平的劃分存在不同的標(biāo)準(zhǔn)，目前國(guó)內(nèi)比較通行的標(biāo)準(zhǔn)是采取封裝晶片與基板的連接方式來劃分，總體來講，積體電路封裝技術(shù)的發(fā)展可分為四個(gè)階段：

　　第一階段：20世紀(jì)80年代，主要封裝技術(shù)為PTH（通孔直插式封裝），其特點(diǎn)是插孔安裝到PCB上，主要形式有DIP（雙列直插式封裝）、PGA，它們的不足之處是密度、頻率難以提高，難以滿足高效自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。

　　第二階段：20世紀(jì)80年代中期以表面貼裝為主，表面貼裝技術(shù)改變了傳統(tǒng)的PTH插裝形式，通過細(xì)微的引線將積體電路貼裝到PCB板上。主要形式為SOP（小外形封裝）、PLCC（特殊引腳晶片封裝）、PQFP（塑膠方塊平面封裝）、J型引線QFJ（四側(cè)J形引腳扁平封裝）和SOJ（小尺寸J形引腳封裝）、LCCC（無(wú)引線陶瓷封裝）等。其優(yōu)點(diǎn)在于引線細(xì)、短，間距小，封裝密度提高；電氣性能提高；體積小，重量輕；易于自動(dòng)化生產(chǎn)。不足之處是在封裝密度、I/O數(shù)以及電路頻率方面還是難以滿足ASIC、微處理器發(fā)展的需要。

　　第三階段：20世紀(jì)90年代進(jìn)入面積陣列封裝時(shí)代。主要的封裝形式有BGA（球柵格陣列封裝）、CSP（晶片級(jí)封裝）、PQFN（QFN增強(qiáng)版）、MCM（多晶片組件）。BGA技術(shù)使得在封裝中占有較大體積和重量的“管腳”被“焊球”所替代，晶片與系統(tǒng)之間的連接距離大大縮短。CSP技術(shù)解決了長(zhǎng)期存在的晶片小而封裝大的根本矛盾，引發(fā)了一場(chǎng)積體電路封裝技術(shù)的革命。

　　第四階段：進(jìn)入21世紀(jì)，迎來了微電子封裝技術(shù)堆疊式封裝時(shí)代，它在封裝觀念上發(fā)生了革命性的變化，從原來的封裝元件概念演變成封裝系統(tǒng)。

　　目前，全球半導(dǎo)體封裝的主流正處在第三階段的成熟期，以PQFN、BGA和CSP等主要封裝技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，部分產(chǎn)品已開始在向第四階段發(fā)展。

　　進(jìn)入納米時(shí)代后，半導(dǎo)體工藝的前進(jìn)步伐便日顯困難，向先進(jìn)制程挺進(jìn)不僅需要耗費(fèi)大量資本支出，產(chǎn)線建設(shè)和量產(chǎn)進(jìn)程亦面臨重重挑戰(zhàn)。為了延續(xù)摩爾定律，先進(jìn)封裝的議題便如火如荼的展開，涉及到SiP（系統(tǒng)級(jí)封裝）、3D堆疊、TSV（矽通孔）等各類前沿技術(shù)。先進(jìn)封裝是目前國(guó)內(nèi)少有的能保持較高毛利水準(zhǔn)的行業(yè)，實(shí)際上對(duì)于投資先進(jìn)封裝而言，技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)水平和對(duì)產(chǎn)品的高客制化要求構(gòu)成了兩大進(jìn)入門檻：1）整條封裝產(chǎn)線需要將近30天的工作過程，對(duì)每段設(shè)備的調(diào)整必須要有核心技術(shù)，僅進(jìn)行設(shè)備購(gòu)置和鉅資投入是很難保證產(chǎn)品質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力 ；2）先進(jìn)封裝的一條產(chǎn)線往往只能滿足于一種產(chǎn)品的應(yīng)用，不同的產(chǎn)品和不同的客戶需要對(duì)產(chǎn)線進(jìn)行大幅調(diào)整，客制化的高要求也拉高了先進(jìn)封裝的投資門檻。

　　現(xiàn)階段先進(jìn)封裝的產(chǎn)能大約占整體封裝產(chǎn)能的5~10%，未來10年的占比（包括IDM廠和專業(yè)封裝廠）可能會(huì)達(dá)到70%以上，這邊提及的先進(jìn)封裝制程包括銅線、Flip Chip（覆晶/倒裝）、WLP（晶圓級(jí)封裝）、TSV（矽通孔）等等。

　　SiP封裝或3D IC封裝要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，極可能會(huì)由IDM廠、晶圓代工廠、IC封裝廠來共同爭(zhēng)奪主導(dǎo)權(quán)，甚至由于具體采用哪種封裝技術(shù)往往要滿足客戶和產(chǎn)品的實(shí)際要求，晶圓廠在資金實(shí)力和對(duì)客戶產(chǎn)品參數(shù)的熟悉度上遠(yuǎn)優(yōu)于IC封裝廠。這邊還必須要提一點(diǎn)，SiP的最終整合必須要涉及瞭解晶片內(nèi)部有幾個(gè)模組，模組的輸入輸出規(guī)格是什麼等等，而SiP的所有信號(hào)都在內(nèi)部進(jìn)行處理，輸出的僅僅是最后結(jié)果，晶片設(shè)計(jì)廠并不會(huì)開放具體的參數(shù)，那就使得封裝廠在做這件事上困難重重，因此這種主導(dǎo)權(quán)最終花落誰(shuí)家尚難以斷言，而對(duì)國(guó)內(nèi)的封裝廠而言則更是如此，更不用說對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)極為保密的MEMS。臺(tái)積電和聯(lián)電正紛紛在積極投入布局SiP，使得日月光和矽品倍感壓力，此舉對(duì)封裝廠商的市場(chǎng)會(huì)有一定蠶食，但由于整個(gè)封裝行業(yè)的蛋糕在不斷壯大，傳統(tǒng)的封裝廠仍可分得一杯羹，未來空間亦相當(dāng)可觀。

　　就封裝技術(shù)水平而言，***、美國(guó)及新加坡等廠商仍處于國(guó)際領(lǐng)先，并已具備Flip Chip、SiP、3DIC等部分高端封裝制程的量產(chǎn)能力，而國(guó)內(nèi)目前的主流封裝技術(shù)仍集中在BGA和CSP階段，高端制程方面仍處于研發(fā)攻堅(jiān)階段，部分廠商具備一定高端制程能力。