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市场增长迅速 MEMS厂商为何陷入盈利困局?

导读: MEMS市场正在迅速增长,但利润非常有限。MEMS业者正在寻找新的利润增长点。

MEMS市场正在迅速增长,但利润非常有限。MEMS业者正在寻找新的利润增长点。

在大多数细分市场中,都需要更多的自动化和标准化。但在微机电系统的世界里,则不是那么简单。即使某些地方可以实现自动化,自动化也不会自始至终地工作。事实上,MEMS器件不但极难设计制造,其市场业务方面管理也很难。

MEMS器件是电子和机械工程的结合。惯性传感器就属于此类器件,如陀螺仪和加速度计,它们几乎存在于每个移动设备中以检测运动。MEMS器件的组合就是谷歌Waze(一个流行的点到点GPS应用)的工作原理,它可以告诉你交通是堵塞还是通畅,你的移动速度有多快,以及在当前的交通状态下你到达目的地所需要的时间。MEMS器件还包括罗盘、振动传感器,以及用于安防的电容式触摸传感器。

每年都会有数十亿台这种小器件售出,且数量的增加并没有停止的迹象。但是每个MEMS厂商都抱怨说,平均售价的下降比销量的上涨更快。自从智能手机开始替代功能手机以来,价格压力已经在这个市场上存在了近十年。

市场增长迅速 MEMS厂商为何陷入盈利困局?

图1:MEMS价格下降。 来源:Yole Développement MEMS工业报告,2016年5月

同时,还有销量很低的MEMS器件,例如用于麦克风的压敏膜片,微型扬声器和基于压电材料的超声波指纹传感器。这些细分市场的芯片提供了更显著的投资回报,但是它们缺乏足够的需求来实现规模经济。因此,虽然这部分市场对于一些公司来说是潜在的利润,但可扩展性有限,竞争也在加剧(如下图)。

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图2:未来的MEMS市场。来源:Yole Développement

对于商品集团而言,其目标是创造一个更标准的制造方法。对于后者,关键是保持在曲线之前足够远,以实现利润最大化,因为这种技术的某些方面仍在发展。

流程和标准化

MEMS市场中缺失的是标准的PDK(技术档案)。这是个好主意,但事实上这比大多数人的预期更困难。

GlobalFoundries公司MEMs高级总监Rakesh Kumar表示:“用于MEMS的物理器件结构和工艺架构的多样性确实对MEMS制造的标准化提出了挑战。但是,传感器家族可以建立起一定程度的标准化。例如,可以使用具有一定程度的定制通用平台技术来制造诸如加速度计和陀螺仪的惯性MEMS,以实现差异化的功能。这样的平台方法将有助于降低开发成本和上市时间。”

到目前为止,没有人能够像开发ASIC或SoC那样,为加速度计或陀螺仪使用单一流程开发套件。许多行业专家说,在一般情况下,这种芯片制造看起来更像项目菜单,而不是可用于ASIC和SoC那样的精心设计和高度精制的过程。该菜单可以包括:例如,违反规程的蚀刻步骤,顺序错误的CVD步骤或铝沉积。但是菜单更多地是关于改变处理步骤的顺序,而不是建立一组可用于削减开发成本的规则。

UMC高级区域营销经理Yan Qu说:“尽管将标准PDK应用于惯性传感器的概念是可能的,并且已经被一些芯片制造厂使用,但它主要是为了建立一套设计标准,如设计规则、流程、TLR(拓扑布局规则)和DRC(设计规则检查),来让无晶圆厂遵守。尽管这对于提供标准化工艺的芯片制造厂有一些优点,但是无晶圆厂的客户可能会将标准化视为产生差异化优势的消极产品”

流程开发也不迅速。从制造的观点来看,MEMS是复杂的技术,而且从一家芯片制造厂到下一家芯片制造厂,MEMS可能会发生显著变化。

UMC公司的Yan Qu说:“平均来讲,成功的大规模生产的发展需要大约四到五年。其中存在很多工具依赖,还有很多设备的限制和变化。例如,陀螺仪的工作原理需要真空、特殊工具,以及共晶键合。芯片制造厂必须慎重考虑他们可以从额外的设备成本和工具中获得多少回报。”

市场增长迅速 MEMS厂商为何陷入盈利困局?

图3:金属共晶键合,两种金属熔化并混合在一起。 来源:IEEE。

The foundries provide IP libraries for those MEMS devices, which do speed time to market the same way IP does for ASICs or SoCs. And all of the foundries utilize similar equipment, which includes deep reactive ion etch tools and wafer bonders. Beyond that, however, this is largely a semi-custom or fully custom development process.

芯片制造厂为这些MEMS器件提供IP库,这些IP像ASIC或SoC中的IP一样,缩短MEMS推向市场时间。所有芯片制造厂都使用类似的设备,包括深反应离子蚀刻工具和晶片键合机。除此之外,这主要是半定制或完全定制的开发过程。

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