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MEMS產業向多傳感器集成方向前進狀況簡析

智能時代,傳感器作為感知特定環境的基石正變得越來越重要。 當人們被各種各樣的智能產品所包圍的時候,無論是消費級的智能手機,還是高端的汽車或飛機上的應用,產品智能化所依賴的傳感器是提供在安全、娛樂、食品加工、 運輸等方面智能化應用的基本保障。

MEMS產業向多傳感器集成方向前進 

然而,正是由於MEMS產品應用領域多樣,而且應用場景複雜,因此,相應的封裝形式也必須滿足這些紛繁複雜的應用,由此,在MEMS產品量產化過程中,封裝的成本比重已經越來 越大,通常超過四成,再結合測試部分的成本,一般來說,後端的成本往往佔據產品成本的大半,有的甚至超過七成,甚至八成。 因此,為了盡量適應各個領域的應用,以便盡可能形成大規模的批量生產,降低研發到市場的導入成本,整合MEMS產品的封裝形式已經成為各大OSAT封裝廠商(外包半導體封裝測試廠)熱衷於 思考和探索的課題。 目前,MEMS產業正向多傳感器(現有的和新興的傳感器)集成方向前進,並形成三大類組合傳感器,即:密閉封裝(ClosedPackage)組合傳感器、開放腔體(Open Cavity)組合傳感器、光學 窗口(Open-eyed)組合傳感器。 以滿足基於慣性等機理開發的運動傳感器、溫濕度等環境傳感器、以及與光學相關的傳感器等各方面的應用需求。

圖:三大類組合傳感器

全球MEMS封裝市場概況 

根據Yole的報告中所給出的市場預估可以看出基於MEMS產品類型分類後的MEMS封裝市場情況,2016年全球MEMS封裝市場規模為25.6億美元,預計到2022年將增至64.6億美元, 2016年至2022年的複合年增長率高達16.7%。 特別是隨著5G時代的來臨,用於4G和5G的射頻濾波器的需求明顯增長,其中射頻(RF)MEMS(體聲波濾波器BAW)封裝市場是整個MEMS封裝市場增長的最大貢獻者,其 複合年增長率高達35.1%;光學MEMS封裝市場(包括微鏡和微測輻射熱計)受到消費類、汽車類和安全類應用的驅動,以28.5%的複合年增長率位於MEMS封裝市場增長貢獻 者的第二位;聲學MEMS(含MEMS麥克風)和超聲波MEMS封裝市場對增長的貢獻位居第三,智能手機、汽車、智慧工廠和智慧家庭等都需要多個MEMS麥克風提供連續不斷的聲音監測 ,因此在高級應用上MEMS麥克風的數量逐漸增加,音頻處理需求顯得特別強烈。

圖:基於MEMS產品類型分類後MEMS封裝市場情況

出自:Yole

中國市場倍受關注

MEMS產品封裝發展良好?

目前,全球排在前20名的大半導體公司都紛紛看好中國的市場,競相將封裝測試基地轉移到中國,如飛思卡爾、英特爾、英飛凌、瑞薩、意法半導體、海力士、恩智 浦半導體、三星電子、NEC、東芝、松下半導體等,中國台灣的一些著名專業封裝企業也在向中國大陸加速轉移,全球電子封裝第一大公司日月光集團的80億元投資項目於2011年9月 21日落戶上海浦東新區張江高科技園區。 2013年中國十大半導體封裝測試企業排名中外資企業占到多數。

相對外資企業,中國本土封裝企業,儘管已經有兩千餘家,但大部分從事中低端產品封裝,國內具備先進封裝能力的只有長電科技、通富微電子、華天科技、晶方半導體 、蘇州固锝等不到10家企業。

此外,近幾年來,國內的封裝測試企業分佈區域基本格局也基本沒有改變,主要還是集中於長江三角洲、珠江三角洲和京津環渤海灣地區,其占比分別為56.2%、12.4% 和14.6% ;特別需要指出的是,西安、武漢、成都等地的區位優勢在不斷凸顯,封測產業得到持續發展,2016 年佔比達到12.4%。

圖:國內的封裝測試企業分佈

出自: CSIA, SITRI整理,2017/9

由此,國內的MEMS企業,包括封裝以及前端的設計企業都要關注MEMS產品封裝方面的發展趨勢,結合應用端的具體需求,完成對特定MEMS產品的開發工作,其主要的發展趨勢如下:

根據封裝技術發展特點和實際的市場應用需求,各種混合封裝形式將應運而生,在成本可控的情況下,逐漸從板級逐漸過渡到SiP級別,以實現更小體積,更小功耗 ,更多功能信號的集成輸出,提高產品的性價比,滿足特殊領域的應用需求,由InvenSense(應美盛)/TDK推出的整合加速度計、陀螺儀和壓力傳感器的7軸傳感器就是一個很典型的 SiP應用的例子。

此外,未來MEMS產品可能會逐漸演變為以消費電子為代表的低端、以民用產品為代表的中端,以及航空航天等特殊應用領域為代表的高端三類。 由此,產品質量要求的不同導致了對封裝要求的不同,這也必將推動封裝技術的發展,以滿足不同的應用層級的市場要求。

最後,隨著應用端應用種類和應用層級逐漸趨於明朗,MEMS封裝市場將成為MEMS產業中,有機會成為最快實現標準化的技術之一。 這意味著,封裝形成的芯片化、模塊化產品將決定某一特定領域的實現智能傳感器產品的應用速度,也成為企業更為易於獲得在某一特定領域取得成功的關鍵。 基於MEMS技術的麥克風產品在某種意義上就是一個典型的例子。

要實現MEMS的產業化,封裝必須跟上MEMS產品設計的步伐,面對MEMS產品在封裝領域的發展狀況,你準備好了嗎?

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