什么是3D MEMS？三維微電子機(jī)械系統(tǒng)

微機(jī)電 （MEMS） 技術(shù)在電子產(chǎn)品中的地位愈來(lái)愈重要，不論是在汽車(chē)、工業(yè)、醫(yī)療或軍事上需要用到此類(lèi)精密的元器件，在信息、通訊和消費(fèi)性電子等大眾的市場(chǎng)，也可以看到快速增長(zhǎng)的MEMS應(yīng)用。

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MEMS本質(zhì)上是一種把微型機(jī)械組件（如傳感器、制動(dòng)器等）與電子電路集成在同一顆芯片上的半導(dǎo)體技術(shù)。一般芯片只是利用了硅半導(dǎo)體的電氣特性，而 MEMS 則利用了芯片的電氣和機(jī)械兩種特性。

三維微電子機(jī)械系統(tǒng)（3D-MEMS），是將硅加工成三維結(jié)構(gòu)，其封裝和觸點(diǎn)便于安裝和裝配，用這種技術(shù)制作的傳感器具有極好的精度、極小的尺寸和極低的功耗。這種傳感器僅由一小片硅就能制作出來(lái)，并能測(cè)量三個(gè)互相垂直方向的加速度。例如為承受強(qiáng)烈震動(dòng)的加速度傳感器和高分辨率的高度計(jì)提供合適的機(jī)械阻尼。這類(lèi)傳感器的功率消耗非常低，這使它們?cè)陔姵仳?qū)動(dòng)設(shè)備中具有不可比擬的優(yōu)越性。

在 MEMS 傳感器芯片內(nèi)，三軸（X、Y、Z）上的運(yùn)動(dòng)或傾斜會(huì)引起活動(dòng)硅結(jié)構(gòu)的少量位移，造成活動(dòng)和固定元器件之間的電容發(fā)生變化。在同一封裝上的接口芯片把微小的電容變化轉(zhuǎn)變成與運(yùn)動(dòng)成比例的校準(zhǔn)模擬電壓。通常的模擬量采樣的方式有兩種：靜電電容式和壓電電阻式。前者在低功耗方面更具優(yōu)勢(shì)，消耗電流更低。

MEMS與CMOS制程技術(shù)的整合，已成功帶動(dòng)組件產(chǎn)品在消費(fèi)電子應(yīng)用綻放光芒，包括Intel、Samsung、TI、TSMC等半導(dǎo)體領(lǐng)導(dǎo)大廠(chǎng)皆看好CMOS MEMS發(fā)展，而相繼投入相關(guān)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。而CMOS MEMS組件能否進(jìn)一步降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，3D MEMS封裝技術(shù)扮演了關(guān)鍵性的角色。

3D封裝技術(shù)除了可解決技術(shù)發(fā)展瓶頸，在異質(zhì)整合特性下，也可進(jìn)一步整合模擬RF、數(shù)字Logic、Memory、Sensor、混合訊號(hào)、MEMS等各種組件，且此整合性組件不但可縮短訊號(hào)傳輸距離、減少電力損耗，也能大幅增加訊號(hào)傳遞速度。此外，由于采取3D立體堆棧方式，故在Form Factor方面，也能在固定單位體積下達(dá)到最高的芯片容量。

隨著MEMS技術(shù)在消費(fèi)電子應(yīng)用的快速崛起，及半導(dǎo)體制造接近極限，透過(guò)TSV技術(shù)整合MEMS與CMOS制程，形成IC的3D化也逐漸受到矚目。由于3D MEMS隱含了異質(zhì)整合特性，具備低成本、小尺寸、多功能、高效能等多重優(yōu)勢(shì)，因此可望在未來(lái)掀起另一波技術(shù)應(yīng)用革命，并為CMOS MEMS的發(fā)展帶來(lái)更大商機(jī)。

在看好相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展前景下，業(yè)界已開(kāi)始加速布局CMOS MEMS+3D MEMS Packaging解決方案。由于以TSV方式將Chip堆棧成3D IC的發(fā)展備受看好，也可望帶動(dòng)3D TSV Wafer出貨數(shù)的快速成長(zhǎng)，以組件類(lèi)別來(lái)區(qū)分，目前以CIS（CMOS Image Sensor）采用TSV與IC 3D化的速度最快，第二階段預(yù)計(jì)將由內(nèi)存（含F(xiàn)lash、SRAM、DRAM）扮演承接角色。3D MEMS可望在2011年興起，并在往后3年穩(wěn)定邁向商品化。

MEMS產(chǎn)品大多以150mm～200mm的8寸晶圓生產(chǎn)，在未來(lái)6年有望逐步轉(zhuǎn)進(jìn)300mm的12寸廠(chǎng)生產(chǎn)，以便做最佳化的產(chǎn)能利用。