未来的MEMS传感器设计和制造

我最近做了一个邀请在2016年IEEE惯性传感器的演讲研讨会,讨论未来商品MEMS惯性传感器的设计和制造。惯性传感器组成一个增长最快的和最成功的MEMS市场。

有三个行业趋势,我相信会有重大影响,运动传感器的设计和制造,更普遍的是,等其他类型的高容量的MEMS麦克风:

1。商品化的MEMS组件;
2。提高异构技术的集成芯片和包的尺度,和
3所示。主流铸造厂进入MEMS业务。

首先,让我们谈谈商品化。第一个商用MEMS运动传感器,加速度计对安全气囊部署,出现在1990年代早期。交易量稳步增长之后,主要由汽车应用。广泛采用MEMS在消费类电子产品开始在2000年代中期,第一次使用MEMS加速度计的任天堂Wii的游戏控制器,和不久后的介绍苹果的iPhone。货物体积的MEMS运动传感组件飙升之后,主要通过采用智能手机和平板电脑。

新兴的物联网市场承诺驱动器体积更高。虽然MEMS运动传感器的体积出货量持续增长速度非常健康,总美元总销量实际上已经自从2013年达到峰值以来(来源:IHS - MEMS市场追踪消费者和移动,H2 2015)。体积和迅速下降价格的上涨是商品化的定义。

ChipWorks的拆卸苹果的手表显示30多个集成S1包中死去,例外的惯性测量单元(IMU)和MEMS麦克风。

第二个趋势是不断提高集成的需求。一般来说,集成提供了小的外形所带来的好处,低成本,低功耗,更多的功能和更高的性能。一体化趋势已进行一段时间的MEMS运动sensors-packaged加速度计发展从单轴,双轴、三轴传感器。陀螺仪遵循了同样的趋势。今天供应商提供高度集成6 -和9-axis惯性测量单元(imu)。这是要到哪里去,我们只需要看看苹果的ChipWorks拆卸手表。它显示,苹果超过30模集成到一个包中。

值得注意的是,六轴MEMS惯性传感器是为数不多的组件不包括在这个包中。很容易想象,IMU的功能将更加紧密集成在未来版本的苹果的手表。这套和物联网市场继续增长(启用新的MEMS组件),因此也将要求密度芯片,package-scale集成。MEMS供应商可能需要由系统集成商客户提供模具或芯片大小的包,而不是包装组件。

第三个趋势是主流CMOS铸造厂的入口到MEMS制造业务。这部分是由于半导体产业的整合,作为投资需要呆在CMOS技术的前沿已经成长为数十亿美元。小公司被收购或分工合作才能生存。市场领导者和较小的球员都有越来越多的旧生产设备不适合制造先进CMOS技术。

然而,这些过时的、完全平摊互补金属氧化物半导体晶圆厂和设备可能适合于MEMS制造。这些铸造厂看到MEMS制造作为一个诱人的机会,利用现有资产来解决一个新的、更高的增长市场。进一步说,他们相信他们可以解决要求增加集成通过提供一站式多元技术铸造服务,包括CMOS MEMS和其他技术。

的含义是什么对MEMS传感器设计和制造这些趋势?我将开始生产。由于商品化趋势,MEMS的整个生态系统现在存在。生态系统包括工艺技术、设备、材料、测试设备和设计工具。这个生态系统的存在大大降低了新进入者的障碍,尤其是主流铸造厂,为MEMS市场服务。至少对于运动传感器,臭名昭著的“一个产品,一个过程,一个包”的法律,已经这么长时间统治MEMS产业让位给收敛的制造和集成方法。最近进入者制造运动传感器的使用一些变体在30 - 50 -分米硅层厚厚的SOI晶片与CMOS集成通过晶圆键合。为了保持竞争力,MEMS传感器供应商将不得不利用这个生态系统和制造方法的收敛性。

最后,如何将MEMS设计实践需要改变地址商品化带来的挑战和机遇,增加集成和标准化的铸造过程?MEMS设计每个MEMS供应商今天是非常特殊的。的工具和流程依赖于设计师的偏好和经验,和不同的设备类型。典型的MEMS设计流程完全不同于或与既定的CMOS集成设计流程。现在主流铸造厂进入MEMS业务识别这种差距。特别是,铸造厂想更像的MEMS设计流程,与现有CMOS集成工具和流程。流必须支持MEMS工艺设计包(此后)类似于CMOS此后。可用性的证明MEMS设计流程支持foundry-supplied MEMS此后有望减少耗时的过程开发周期和设计旋转。

Coventor花了超过15年的时间开发一个基于组件的设计就像schematic-based CMOS MEMS设计方法。这种方法在我们的最新化身MEMS +平台生成原理图符号,仿真模型和布局PCells节奏的艺术环境,使结合MEMS + CMOS设计流程。与MEMS + 6.0的发布在2015年末,我们添加了自定义组件库的能力对于一个给定的MEMS加工技术。一个自定义组件征收与进程相关的设计约束。设计与创建定制的组件,原则上,“正确的施工,减少负担后续常规设计检查如刚果民主共和国。一个定制的MEMS +组件库将MEMS此后的一个重要组成部分。

最近,Coventor合作与节奏设计系统和XFAB半导体定义结合MEMS + CMOS设计流程和开发一个此后XFAB证明MEMS的过程。刺激创新MEMS + CMOS集成,采用的设计流程,并使用XFAB标准的过程中,这三家公司已经宣布了MEMS设计大赛。结合MEMS的比赛证明了视觉+ CMOS设计流程与支持此后标准化MEMS流程正在成为现实。MEMS设计师将能够访问商品MEMS制造平台和满足集成需求不断增加。铸造厂将年长的晶圆厂注入新生命并交付结合CMOS MEMS提供更多的价值。各方将受益于减少设计旋转,更快的坡道生产,增加产品集成,更大的产品功能和降低单位成本。