[導讀]作者：蔡培德
在微機電系統(tǒng)(MEMS)的開發(fā)道路上，意法半導體公司(STMicroelectronics)正致力于推動一種全新的系統(tǒng)級封裝(SiP)技術，宣稱將能使其在2013年年底前開發(fā)出無線MEMS元件，并在2014年看到進一步整合氣體感測
作者：蔡培德
在微機電系統(tǒng)(MEMS)的開發(fā)道路上，意法半導體公司(STMicroelectronics)正致力于推動一種全新的系統(tǒng)級封裝(SiP)技術，宣稱將能使其在2013年年底前開發(fā)出無線MEMS元件，并在2014年看到進一步整合氣體感測器的MEMS環(huán)境。
ST近幾年來一直在為該公司數(shù)位方面的業(yè)務努力奮斗，而其于MEMS方面的業(yè)務已經(jīng)展現(xiàn)了巨大的成功了，2011年達到約9億美元的年營業(yè)額，加上著重于慣性與薄膜MEMS的產(chǎn)品開發(fā)，正將該公司推向MEMS市場的主導地位。
這種新的系統(tǒng)級封裝MEMS開發(fā)方式，可說是ST得以邁向成功的原因之一，ST公司執(zhí)行副總裁兼類比、MEMS與感測器事業(yè)群總經(jīng)理Benedetto Vigna表示。這種系統(tǒng)級封裝方式為附加元件采取了不同的制造制程技術，讓ST得以開發(fā)出整合機械式晶片、類比訊號調(diào)節(jié)與校正等功能的智慧化MEMS元件，甚至還可加入數(shù)位介面晶片與微處理器。接下來，ST打算再進一步加入RF收發(fā)器。
“這就是我們打算實現(xiàn)以及正在努力進行的目標，”Vigna說，“我們現(xiàn)正尋找可在人體以及家庭環(huán)境下實現(xiàn)的應用。目前已經(jīng)有明顯的應用案例了，因此，我們正緊鑼密鼓地開發(fā)這項專案?！?br>
那么這種無線感測器節(jié)點也適用于醫(yī)療領域嗎？Vigna解釋，目前這項新技術更適用于不需先經(jīng)過多年臨床實驗后授權使用的健身與保健應用。此外，他補充說，像胎壓監(jiān)測系統(tǒng)也會是無線MEMS元件的另一項關鍵應用，不過ST目前還未進入這一市場。
ST量產(chǎn)的MEMS元件主要針對采用電容式動作感測的加速度計與陀螺儀，以及基于動態(tài)薄膜的環(huán)境感測器，如壓力計和麥克風。
添加RF
ST使用兩款晶片來實現(xiàn)MEMS功能：一款用于MEMS元素，另一款則用于類比訊號的放大、校正與調(diào)節(jié)。此外，還有第三顆晶片，為MEMS元件提供密封功能。
這種密封方式透過采用玻璃熔融或金屬與金屬接合的方式，為MEMS的可移動元件加以密封封裝。Vigna指出，這種方式或許不像采用CMOS晶圓正面密封MEMS的方式那么精致講究，但卻提供更低成本以及更高的良率。
Vigna坦承，ST一直在思考采用CMOS晶圓來密封MEMS元件的各種可能性?！拔覀円呀?jīng)做一些實驗了，但至今仍沒有什么進展。”
而采用系統(tǒng)級封裝方式同樣可讓MEMS換能器實現(xiàn)量產(chǎn)，接著再與不同的類比IC搭配作業(yè)，開發(fā)出各種不同的MEMS產(chǎn)品，甚至也能執(zhí)行客戶特定設計，Vigna說。
如今市場上已有許多添加數(shù)位內(nèi)容的MEMS元件，但Vigna再次強調(diào)，能為每一款不同元件選擇最佳制程才更有意義。因此，讓機械式MEMS元件采用MEMS專用的1微米制程，類比調(diào)節(jié)晶片最好采用130nm CMOS制程，而內(nèi)建微處理器與記憶體的數(shù)位IC或許可以采用90nm CMOS制程。
“第四種元素或許可以采用像SPIRIT-1晶片吧！”Vigna表示。SPIRIT-1是ST最近開發(fā)的90奈米低功耗無線晶片。這款RF晶片專門針對可編程資料率在1-500kbps的1GHz以下應用而設計。Vigna補充說，ST可能會采用同樣的CMOS制程中整合數(shù)位與RF，維持其3款主動晶片加上密封封裝的組裝方式。
Vigna說，ST將會在2013年年底前于市場上推出這種無線MEMS，該公司目前已經(jīng)開始銷售MEMS結(jié)合射頻收發(fā)器的電路板級產(chǎn)品，同時也正與客戶合作開發(fā)家用以及人體穿載式的各種應用。
第五元素
接下來，ST還將為其MEMS開發(fā)道路上加進第五元素──這種整合氣體感測器的MEMS元件可望在2014年問世。
這種氣體感測器與濕度感測器與ST基于薄膜的環(huán)境感測器系列可說是絕佳組合。Virgina解釋說，因為這種氣體感測器就跟壓力感測器與麥克風一樣，實際上都必須在空氣中進行物理連接。
Vigna預期，ST將先在2013年時開發(fā)出在單一封裝中整合壓力、溫度與濕度感測器的產(chǎn)品，稍候再加入各種不同種類的氣體感測器。“這種氣體感測器將以另一款晶片或可能是感測層的形式添加，以便與濕度感測器整合?？蛻羝谕磥砜蓚蓽y的氣體包括甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)；沼氣與一氧化氮。”
最后，Vigna并總結(jié)道，正是由于采用了這種系統(tǒng)級封裝方法，使得ST在實現(xiàn)最低成本、最大彈性度以及最佳上市時程方面，逐漸取得了長足的進展。
圖1：在這款3mm x 3mm的MEMS元件組裝中，底部包含了一個完整的低功耗微控制器，中間是MEMS動作偵測器，上面則是ASIC訊號調(diào)節(jié)輔助晶片。
圖片來源：意法半導體
圖2：ST在MEMS動作感測器市場取得主導地位后，現(xiàn)正致力于以全新SiP制程技術開發(fā)無
線MEMS元件，未來也將朝向氣體感測器MEMS開發(fā)道路邁進。
圖3：ST公司執(zhí)行副總裁兼類比、MEMS與感測器事業(yè)群總經(jīng)理Benedetto Vigna
在微機電系統(tǒng)(MEMS)的開發(fā)道路上，意法半導體公司(STMicroelectronics)正致力于推動一種全新的系統(tǒng)級封裝(SiP)技術，宣稱將能使其在2013年年底前開發(fā)出無線MEMS元件，并在2014年看到進一步整合氣體感測器的MEMS環(huán)境。
ST近幾年來一直在為該公司數(shù)位方面的業(yè)務努力奮斗，而其于MEMS方面的業(yè)務已經(jīng)展現(xiàn)了巨大的成功了，2011年達到約9億美元的年營業(yè)額，加上著重于慣性與薄膜MEMS的產(chǎn)品開發(fā)，正將該公司推向MEMS市場的主導地位。
這種新的系統(tǒng)級封裝MEMS開發(fā)方式，可說是ST得以邁向成功的原因之一，ST公司執(zhí)行副總裁兼類比、MEMS與感測器事業(yè)群總經(jīng)理Benedetto Vigna表示。這種系統(tǒng)級封裝方式為附加元件采取了不同的制造制程技術，讓ST得以開發(fā)出整合機械式晶片、類比訊號調(diào)節(jié)與校正等功能的智慧化MEMS元件，甚至還可加入數(shù)位介面晶片與微處理器。接下來，ST打算再進一步加入RF收發(fā)器。
“這就是我們打算實現(xiàn)以及正在努力進行的目標，”Vigna說，“我們現(xiàn)正尋找可在人體以及家庭環(huán)境下實現(xiàn)的應用。目前已經(jīng)有明顯的應用案例了，因此，我們正緊鑼密鼓地開發(fā)這項專案?！?br>
那么這種無線感測器節(jié)點也適用于醫(yī)療領域嗎？Vigna解釋，目前這項新技術更適用于不需先經(jīng)過多年臨床實驗后授權使用的健身與保健應用。此外，他補充說，像胎壓監(jiān)測系統(tǒng)也會是無線MEMS元件的另一項關鍵應用，不過ST目前還未進入這一市場。
ST量產(chǎn)的MEMS元件主要針對采用電容式動作感測的加速度計與陀螺儀，以及基于動態(tài)薄膜的環(huán)境感測器，如壓力計和麥克風。
添加RF
ST使用兩款晶片來實現(xiàn)MEMS功能：一款用于MEMS元素，另一款則用于類比訊號的放大、校正與調(diào)節(jié)。此外，還有第三顆晶片，為MEMS元件提供密封功能。
這種密封方式透過采用玻璃熔融或金屬與金屬接合的方式，為MEMS的可移動元件加以密封封裝。Vigna指出，這種方式或許不像采用CMOS晶圓正面密封MEMS的方式那么精致講究，但卻提供更低成本以及更高的良率。
Vigna坦承，ST一直在思考采用CMOS晶圓來密封MEMS元件的各種可能性?！拔覀円呀?jīng)做一些實驗了，但至今仍沒有什么進展。”
而采用系統(tǒng)級封裝方式同樣可讓MEMS換能器實現(xiàn)量產(chǎn)，接著再與不同的類比IC搭配作業(yè)，開發(fā)出各種不同的MEMS產(chǎn)品，甚至也能執(zhí)行客戶特定設計，Vigna說。
如今市場上已有許多添加數(shù)位內(nèi)容的MEMS元件，但Vigna再次強調(diào)，能為每一款不同元件選擇最佳制程才更有意義。因此，讓機械式MEMS元件采用MEMS專用的1微米制程，類比調(diào)節(jié)晶片最好采用130nm CMOS制程，而內(nèi)建微處理器與記憶體的數(shù)位IC或許可以采用90nm CMOS制程。
“第四種元素或許可以采用像SPIRIT-1晶片吧！”Vigna表示。SPIRIT-1是ST最近開發(fā)的90奈米低功耗無線晶片。這款RF晶片專門針對可編程資料率在1-500kbps的1GHz以下應用而設計。Vigna補充說，ST可能會采用同樣的CMOS制程中整合數(shù)位與RF，維持其3款主動晶片加上密封封裝的組裝方式。
Vigna說，ST將會在2013年年底前于市場上推出這種無線MEMS，該公司目前已經(jīng)開始銷售MEMS結(jié)合射頻收發(fā)器的電路板級產(chǎn)品，同時也正與客戶合作開發(fā)家用以及人體穿載式的各種應用。
第五元素
接下來，ST還將為其MEMS開發(fā)道路上加進第五元素──這種整合氣體感測器的MEMS元件可望在2014年問世。
這種氣體感測器與濕度感測器與ST基于薄膜的環(huán)境感測器系列可說是絕佳組合。Virgina解釋說，因為這種氣體感測器就跟壓力感測器與麥克風一樣，實際上都必須在空氣中進行物理連接。
Vigna預期，ST將先在2013年時開發(fā)出在單一封裝中整合壓力、溫度與濕度感測器的產(chǎn)品，稍候再加入各種不同種類的氣體感測器。“這種氣體感測器將以另一款晶片或可能是感測層的形式添加，以便與濕度感測器整合?？蛻羝谕磥砜蓚蓽y的氣體包括甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)；沼氣與一氧化氮。”
最后，Vigna并總結(jié)道，正是由于采用了這種系統(tǒng)級封裝方法，使得ST在實現(xiàn)最低成本、最大彈性度以及最佳上市時程方面，逐漸取得了長足的進展。
圖1：在這款3mm x 3mm的MEMS元件組裝中，底部包含了一個完整的低功耗微控制器，中間是MEMS動作偵測器，上面則是ASIC訊號調(diào)節(jié)輔助晶片。
圖片來源：意法半導體
圖2：ST在MEMS動作感測器市場取得主導地位后，現(xiàn)正致力于以全新SiP制程技術開發(fā)無
線MEMS元件，未來也將朝向氣體感測器MEMS開發(fā)道路邁進。
圖3：ST公司執(zhí)行副總裁兼類比、MEMS與感測器事業(yè)群總經(jīng)理Benedetto Vigna
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