MEMS推动半导体产业进入更光明的未来

2008-05-05 15:44:40来源: 半导体国际

  微机电系统/(MEMS)正预备利用规模经济优势,以更低成本、更高效能和更小尺寸的新组件,推动半导体产业进入更光明的未来,Akustica公司共同创办人暨资深MEMS开发专家Kaigham Gabriel表示。

  随着MEMS加速计被应用于上百万个消费设备应用(如Nintendo的Wii控制器)中,加上MEMS麦克风正开始进入行动电话市场,Gabriel预计今后几年内,MEMS市场规模将达到数十亿美元。

  “我们认为,Akustica公司CMOS MEMS技术的整体市场规模将超过400亿美元,”他表示。该市场涵盖了声学、惯性(加速计与陀螺仪)和射频(射频振荡器)等MEMS组件,“以及可附加在产品中的芯片功能”。

  采用CMOS技术“将使Akustica公司能以独特方式推动MEMS产品的性价比趋势,该趋势预计将在微机电产业中持续数十年之久

  ,”Gabriel补充道。

  今天,Akustica一直标榜着其为唯一单芯片MEMS麦克风制造商的‘全球第一’地位。但其竞争对手Knowles Acoustics虽然采用单一封装的双芯片解决方案,却也宣称已成功开发出全球首款表面贴装MEMS麦克风。另一家竞争对手Sonion MEMS公司设于越南胡志明市的新产线也已开始量产MEMS麦克风。

  “Akustica是唯一一家制造单芯片MEMS麦克风的公司,”他指出。“但由于目前出现两家强势的竞争对手,因此我们已经看到MEMS麦克风日益广泛的应用。”

  Akustica将微型驻极电容器麦克风的所有功能,包括一个分离式FET、一个独立型运算前置放大器芯片,以及一个模拟数字转换器芯片整合在单一CMOS MEMS麦克风芯片上。然而,在行动电话市场上,相较于Knowles公司而言,Akustica公司仍处于较为不利的形势,Bourne Research公司总裁兼首席分析师Marlene Bourne指出。这是因为Knowles公司的模拟MEMS麦克风不需要像数字麦克风一样整个重新设计。

  “当然,语音电话(VoIP)和PC市场是销售数字MEMS麦克风的最佳市场,但也有其它各种应用,包括助听器、汽车以及一些真正令人感兴趣的产业应用。”Bournce表示,“但MEMS麦克风芯片制造商必须追求像行动电话这类大量市场,才能进一步降低芯片成本。”

  虽然在惯性和RF组件等其它类型的MEMS芯片方面也有一些研究项目正在展开,但Akustica计划今后几年仍将专注于麦克风组件领域。其单芯片麦克风已经获得多家PC厂商的设计订单,包括富士通的Lifebook PC和TabletKiosk Sahara Slate。Akustica公司的下一步计划是进军消费性设备。

  Bourne预测,在2010年以前,约有四分之三的行动电话将可从MEMS中受益。而根据法国Yole Development公司预测,这些行动电话的总数将高达6亿台。

  届时VoIP和蓝牙市场将趋于成熟,Gartner Dataquest模拟半导体研究总监Stephan Ohr表示。他认为,到2010年将有5.8亿部行动电话拥有蓝牙耳机功能。Knowles公司在目前超过1.4亿部的行动电话市场上拥有绝对较大的市场比例。

  “Knowles针对行动电话制造商销售产品已经有五年多的时间了,他们是至今为止MEMS行动电话麦克风的最大组件供货商,”Bourne表示,“马来西亚的MEMS Tech公司紧随其后,还有不少公司也取得了很大的进展,如Akustica、Sonion MEMS和英飞凌。”

  “约在今年底和2008年后,大家可望看到我们的数字麦克风系列产品导入行动电话市场,”Gabriel说。

  

  

  图:随着传统驻极麦克风(

  长幅度将超过三倍,从去年的1.54亿美元上升到2008年的5.18亿美元。

  创业之初

  Akustica公司的MEMS开发成果建立在五年来所累积的相关智财权基础上,包括来自卡内基梅隆大学的授权,以及由该校前电子工程学教授Gabriel的发明成果。更早以前,Garbriel在AT&T贝尔实验室从事MEMS研究,并在美国国防部先进研究计划署(Darpa)管理MEMS开发约五年之久,期间还在日本东京大学致力于推广日本的MEMS工作。

  Garbriel在1985年加入AT&T贝尔实验室的机器感知部门后才接触MEMS,当时他在实验室主要负责遥控操作(teleoperating)微米级机器人的开发。

  “当时我需要一种制造微型传感器、机械装置和传动装置的方法,使其得以在非常小的微米环境下工作。”Garbriel说,“当我们制造出体型硅微加工组件时,我就开始蚀刻摇控机器人上的夹具和其它机

  械装置,如力量反馈系统,以使摇控机器人能感觉到他们正在操纵的微型目标。”

  Gabriel很快就发现了MEMS技术的局限性,并开始热衷于探索其它的解决方案。他因此在1990年担任东京大学的客座教授,并在IBM的东京实验室、理光中央研究所(Ricoh Central Research)和丰田中央研究所(Toyota Central Research)管理多个MEMS开发计划。

  “当时美国担心日本在技术上超越自己,”Garbriel表示,“因此,当我在1991年离开贝尔实验室到海军研究实验室教授MEMS时,Darpa发现我曾在日本的MEMS工作经验,因此在1992年雇用我为其研究MEMS,目标是保持领先于日本的技术。”

  日本的国际贸易产业省(后更名为经济产业省)当时刚开始启动为期10年的‘MEMS和微机械’发展计划。但是,日本从未成为美国所担心的MEMS强势对手。Gabriel指称,那是因为日本走了错误的发展路线。

  “日本把MEMS视为微型化的一种延伸,他们的目标只是要获得更高的精确度,”他指出,相反地,“我之所以看重MEMS,是因为它能使用半导体制造技术来建立机电结构,并可充分利用全球半导体产业的所有相关制造、材料和控制知识。”

  Gabriel离开Darpa后加入卡内基梅隆大学电子工程与机器人的共同研究任务。就在那儿,他开发出其后成为Akustica公司MEMS组件基础的智财权。

  Gabriel于2001年12月与人合伙成立了Akustica公司,并将他在大学中所作的麦克风设计导入商用化。虽然这是Gabriel所做的开发工作,但与MEMS麦克风有关的四个原始专利权仍属于卡内基梅隆大学所有。Akustica公司必须获得这所大学的授权。

  未来发展方向

  除了麦克风以外,Akustica公司还看好其它MEMS芯片未来在消费性产品的应用,如惯性、导航和射频组件。因为这些组件的MEMS芯片采用常见于大多数代工厂的标准CMOS生产线制造,因此该公司宣称,随着制程尺寸向更先进节点发展,所有的MEMS产品尺寸将变得更小,并使其从规模经济中受益。

  “整个MEMS市场将十分巨大,麦克风只是一个开始,”Gabriel认为,“从设计工具到代工厂再到自动化测试,Akustica公司的CMOS MEMS技术平台由于发挥了全球半导体产业的优势,也正在悄悄改变MEMS传感器开发和投入市场的方式。”

  消费性产品将可能整合多个MEMS组件,其中某些组件可能在同一平台上应用在不同的用途上。例如,行动电话上的加速计可透过倾斜而用以卷动面板选项,当不在无线服务区时则可实现导航推算,也适用于内建相机的影像稳定,甚至可在手机掉落时完成自动关机动作。

  “惯性MEMS传感器(主要是三轴加速计)正被越来越多的行动电话用来实现影像稳定、游戏、自然用户接口、

  位置追踪(增强型GPS)和系统保护,”Gabriel说,“MEMS组件将在所有可携式电子设备中找到其立足之地。随着这些设备尺寸越来越小,同时又要求更多的功能性,MEMS产品解决方案将充满商机。”

  Gabriel认为,MEMS具有更低建置成本、更佳性能和更高可靠性等优势。例如,“在PC麦克风数组市场,Akustica公司的VoIP和其它语音应用都具有很好的语音质量,以及更简化的系统设计与制造、更低建置成本与更高可靠性。”他说,“就其本身而言是极具竞争力的。”

  再者,他指出,“因为Akustica公司也与编译码器制造商和PC市场上的多家领导公司保持密切合作关系,能为用户提供完整产品解决方案,这也是OEM厂商所企盼的重要因素。”

 

关键字:驻极  Lifebook  位置追踪  模拟数字转换器  硅微加工  Wii  MEMS技术

编辑:孙树宾 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/MEMS/2008/0505/article_93.html
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