‧ 3D-MEMS 將掀起另一波技術應用革命

  來源:物聯網線上

由於3D MEMS隱含了異質整合特性，具備低成本、小尺寸、多功能、高效能等多重優勢，因此可望在未來掀起另一波技術應用革命，並為CMOS MEMS的發展帶來更大商機。

隨著半導體製程技術的發展，CMOS圖像感測器、Memory、Logic、RF及微機電(MEMS)等器件模組的發展方向，將朝著3D架構積極邁進。未來的技術將更多以3D IC的方式，而不是在一塊IC上，整合多個設計功能模組的形式。但可以肯定的是通往3D IC的道路將是漫長的。

MEMS 技術在電子產品中的地位愈來愈重要，不論是在汽車、工業、醫療或軍事上需要用到此類精密的元器件，在資訊、通信和消費性電子等大眾的市場，也可以看到快速增長的MEMS應用。

根據調研公司Yole觀點，3D IC預計要在2015年才能夠實現，在此期間將會經歷5個不同的發展階段（如下圖所示）。每一階段的封裝技術並不會取代上一階段，而是各種技術共存，以滿足不同成本及特定應用的需求。

MEMS本質上，是一種把微型機械元件(如感測器、制動器等) ，與電子電路整合在同一顆晶片上的半導體技術。一般晶片只是利用了矽半導體的電氣特性，而 MEMS 則利用了晶片的電氣和機械兩種特性。

三維微電子機械系統(3D-MEMS)，是將矽加工成三維結構，其封裝和觸點便於安裝和裝配，用這種技術製作的傳感器具有極好的精度、極小的尺寸和極低的功耗。這種感測器僅由一小片矽就能製作出來，並能測量三個互相垂直方向的加速度。例如為承受強烈震動的加速度感測器，和高解析度的高度計，提供合適的機械阻尼。這類感測器的功率消耗非常低，這使它們在電池驅動設備中具有不可比擬的優越性。

在 MEMS 感測器晶片內，三軸(X、Y、Z)上的運動或傾斜，會引起活動矽結構的少量位移，造成活動和固定元器件之間的電容發生變化。在同一封裝上的介面，晶片把微小的電容變化轉變成與運動成比例的校準類比電壓。通常的類比量採樣的方式有兩種：靜電電容式和壓電電阻式。前者在低功耗方面更具優勢，消耗電流更低。

MEMS與CMOS制程技術的整合，已成功帶動元件產品在消費電子應用綻放光芒，包括Intel、Samsung、TI、TSMC等半導體領導大廠皆看好CMOS MEMS發展，而相繼投入相關技術的研究開發。而CMOS MEMS元件能否進一步降低產品開發成本，3D MEMS封裝技術扮演了關鍵性的角色。

3D封裝技術除了可解決技術發展瓶頸，在異質整合特性下，也可進一步整合類比RF、數位Logic、Memory、Sensor、混合訊號、MEMS等各種元件，且此整合性元件不但可縮短信號傳輸距離、減少電力損耗，也能大幅增加信號傳遞速度。此外，由於採取3D立體堆疊方式，故在Form Factor方面，也能在固定單位體積下達到最高的晶片容量。

隨著MEMS技術在消費電子應用的快速崛起，及半導體製造接近極限，通過TSV技術整合MEMS與CMOS制程，形成IC的3D化也逐漸受到矚目。由於3D MEMS隱含了異質整合特性，具備低成本、小尺寸、多功能、高效能等多重優勢，因此可望在未來掀起另一波技術應用革命，並為CMOS MEMS的發展帶來更大商機。

在看好相關產品技術發展前景下，業界已開始加速佈局CMOS MEMS+3D MEMS Packaging解決方案。由於以TSV方式將Chip堆疊成3D IC的發展備受看好，也可望帶動3D TSV Wafer出貨數的快速成長，以組件類別來區分，目前以CIS(CMOS Image Sensor)採用TSV與IC 3D化的速度最快，第二階段預計將由記憶體(含Flash、SRAM、DRAM)扮演承接角色。

MEMS產品大多以150mm～200mm的8寸晶圓生產，在未來6年有望逐步轉進300mm的12寸廠生產，以便做最佳化的產能利用。