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封装在MEMS产业中的发展状况简析——你准备好了吗?

2018年01月24日 传感动态 ⁄ 阅读 369 次
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智能时代,传感器作为感知特定环境的基石正变得越来越重要。当人们被各种各样的智能产品所包围的时候,无论是消费级的智能手机,还是高端的汽车或飞机上的应用,产品智能化所依赖的传感器是提供在安全、娱乐、食品加工、运输等方面智能化应用的基本保障。

MEMS产业向多传感器集成方向前进 

然而,正是由于MEMS产品应用领域多样,而且应用场景复杂,因此,相应的封装形式也必须满足这些纷繁复杂的应用,由此,在MEMS产品量产化过程中,封装的成本比重已经越来越大,通常超过四成,再结合测试部分的成本,一般来说,后端的成本往往占据产品成本的大半,有的甚至超过七成,甚至八成。因此,为了尽量适应各个领域的应用,以便尽可能形成大规模的批量生产,降低研发到市场的导入成本,整合MEMS产品的封装形式已经成为各大OSAT封装厂商(外包半导体封装测试厂)热衷于思考和探索的课题。目前,MEMS产业正向多传感器(现有的和新兴的传感器)集成方向前进,并形成三大类组合传感器,即:密闭封装(ClosedPackage)组合传感器、开放腔体(Open Cavity)组合传感器、光学窗口(Open-eyed)组合传感器。以满足基于惯性等机理开发的运动传感器、温湿度等环境传感器、以及与光学相关的传感器等各方面的应用需求。

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图:三大类组合传感器
全球MEMS封装市场概况 

根据Yole的报告中所给出的市场预估可以看出基于MEMS产品类型分类后的MEMS封装市场情况,2016年全球MEMS封装市场规模为25.6亿美元,预计到2022年将增至64.6亿美元,2016年至2022年的复合年增长率高达16.7%。特别是随着5G时代的来临,用于4G和5G的射频滤波器的需求明显增长,其中射频(RF)MEMS(体声波滤波器BAW)封装市场是整个MEMS封装市场增长的最大贡献者,其复合年增长率高达35.1%;光学MEMS封装市场(包括微镜和微测辐射热计)受到消费类、汽车类和安全类应用的驱动,以28.5%的复合年增长率位于MEMS封装市场增长贡献者的第二位;声学MEMS(含MEMS麦克风)和超声波MEMS封装市场对增长的贡献位居第三,智能手机、汽车、智慧工厂和智慧家庭等都需要多个MEMS麦克风提供连续不断的声音监测,因此在高级应用上MEMS麦克风的数量逐渐增加,音频处理需求显得特别强烈。

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图:基于MEMS产品类型分类后MEMS封装市场情况

出自:Yole

中国市场倍受关注

MEMS产品封装发展良好?

目前,全球排在前20名的大半导体公司都纷纷看好中国的市场,竞相将封装测试基地转移到中国,如飞思卡尔、英特尔、英飞凌、瑞萨、意法半导体、海力士、恩智浦半导体、三星电子、NEC、东芝、松下半导体等,中国台湾的一些著名专业封装企业也在向中国大陆加速转移,全球电子封装第一大公司日月光集团的80亿元投资项目于2011年9月21日落户上海浦东新区张江高科技园区。2013年中国十大半导体封装测试企业排名中外资企业占到多数。

相对外资企业,中国本土封装企业,尽管已经有两千余家,但大部分从事中低端产品封装,国内具备先进封装能力的只有长电科技、通富微电子、华天科技、晶方半导体、苏州固锝等不到10家企业。

此外,近几年来,国内的封装测试企业分布区域基本格局也基本没有改变,主要还是集中于长江三角洲、珠江三角洲和京津环渤海湾地区,其占比分别为56.2%、12.4% 和14.6%;特别需要指出的是,西安、武汉、成都等地的区位优势在不断凸显,封测产业得到持续发展,2016 年占比达到12.4%。

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图:国内的封装测试企业分布

出自: CSIA, SITRI整理,2017/9

由此,国内的MEMS企业,包括封装以及前端的设计企业都要关注MEMS产品封装方面的发展趋势,结合应用端的具体需求,完成对特定MEMS产品的开发工作,其主要的发展趋势如下:

根据封装技术发展特点和实际的市场应用需求,各种混合封装形式将应运而生,在成本可控的情况下,逐渐从板级逐渐过渡到SiP级别,以实现更小体积,更小功耗,更多功能信号的集成输出,提高产品的性价比,满足特殊领域的应用需求,由InvenSense(应美盛)/TDK推出的整合加速度计、陀螺仪和压力传感器的7轴传感器就是一个很典型的SiP应用的例子。

此外,未来MEMS产品可能会逐渐演变为以消费电子为代表的低端、以民用产品为代表的中端,以及航空航天等特殊应用领域为代表的高端三类。由此,产品质量要求的不同导致了对封装要求的不同,这也必将推动封装技术的发展,以满足不同的应用层级的市场要求。

最后,随着应用端应用种类和应用层级逐渐趋于明朗,MEMS封装市场将成为MEMS产业中,有机会成为最快实现标准化的技术之一。这意味着,封装形成的芯片化、模块化产品将决定某一特定领域的实现智能传感器产品的应用速度,也成为企业更为易于获得在某一特定领域取得成功的关键。基于MEMS技术的麦克风产品在某种意义上就是一个典型的例子。

要实现MEMS的产业化,封装必须跟上MEMS产品设计的步伐,面对MEMS产品在封装领域的发展状况,你准备好了吗?

(来源:上海微技术工研院,作者:付世)
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