MEMS封裝技術正迅速朝標準化邁進。為(wei) 滿足移動裝置、消費性電子對成本的要求，MEMS組件廠商已開始舍棄過往客製化的封裝設計方式，積極與(yu) 晶圓廠、封裝廠和基板供貨商合作，發展標準封裝技術與(yu) 方案，讓MEMS組件封裝的垂直分工生態係統更趨成熟。

隨著智能型手機或其它消費性電子裝置大舉(ju) 導入微機電係統(MEMS)傳(chuan) 感器，MEMS封裝產(chan) 值已顯著增長，在未來幾年內(nei) 市場規模將達到整體(ti) IC產(chan) 業(ye) 的5%，比重大幅攀升。由於(yu) 大量消費應用的快速成長和逐漸集中在某些裝置，將導致MEMS封裝技術成為(wei) 市場決(jue) 勝關(guan) 鍵，相關(guan) 廠商必須投入發展標準封裝方案，方能持續壓低組件尺寸及量產(chan) 成本。

MEMS出貨需求激增　半導體(ti) 封裝廠迎新商機

MEMS封裝產(chan) 業(ye) 的規模在2012年已達16億(yi) 美元，總共出貨七十多億(yi) 顆芯片，且市場需求正快速增加，2010～2016年整個(ge) MEMS封裝產(chan) 值的年複合成長率(CAGR)將達到20%，至2016年出貨量將上看一百四十億(yi) 顆。不過，低成本消費性電子產(chan) 品逐漸主導MEMS市場，也為(wei) 相關(guan) 廠商帶來價(jia) 格壓力，將使營收的CAGR僅(jin) 有10%，至2016年將達到26億(yi) 美元(圖1)。

無論哪一種計算方式，MEMS封裝市場的成長率仍比主流IC封裝多出約一倍的幅度，雖然MEMS包含各式各樣的產(chan) 品，組件特性與(yu) 封裝需求也天差地別，但近來MEMS市場已逐漸被特定裝置主導，如消費性應用目前占整體(ti) MEMS營收50%以上，四大主要裝置包括加速度計、陀螺儀(yi) 、磁力計和麥克風，出貨占比已超過所有MEMS出貨量的一半。

圖1 2010～2016年MEMS封裝產(chan) 值成長預測

因應消費性電子的大量需求，未來MEMS封裝技術將朝標準化演進，為(wei) 產(chan) 業(ye) 帶來許多改變的空間。盡管目前封測代工廠至今隻占40%的MEMS封裝業(ye) 務(以金額計)，而整合組件製造商(IDM)則主導大半市場，後者依靠專(zhuan) 業(ye) 封裝技術達成產(chan) 品區隔；但是，隨著MEMS在消費性應用領域的出貨量遽增，將驅動更多製造商外包封裝及裝配業(ye) 務，建立垂直分工的供應鏈，為(wei) 半導體(ti) 封測廠引來更多商機。

價(jia) 格在這些消費市場當然也很重要，而製造商藉由不斷減少芯片大小，已大幅降低製造成本。現階段，消費性應用的MEMS封裝尺寸大多為(wei) 2毫米(mm)×2毫米，高度上限則為(wei) 1毫米，且還會(hui) 持續縮小。以應用廣泛的MEMS加速度計為(wei) 例，由於(yu) 封裝占製造成本約35～45%，促使業(ye) 界揚棄對每個(ge) 裝置做客製化封裝服務，而迎向更標準的封裝類別，因此在類似裝置上大多可重複使用，加速新世代的發展。

另一方麵，移動裝置或消費性電子的成本及功能設計需求，也驅動慣性傳(chuan) 感器由分離式封裝轉向多芯片整合模塊。主要原因係係統廠要求能有效管理傳(chuan) 感器數據，以減少感測誤差，因此MEMS供貨商須提供更短、更快的各種MEMS組件連接方案。

這些新興(xing) 組合組件未來將是慣性傳(chuan) 感器市場主要成長動力，因而產(chan) 生新的封裝、裝配及測試需求，如模塊須以高良率的裸晶裝配才能符合經濟效益，而測試及交叉校正則須提高至六個(ge) 、九個(ge) 或十個(ge) 傳(chuan) 感器所有標軸；至於(yu) 製造商更須要想出保障這些複雜多重零組件係統的方式。

強攻3D WLP封裝　MEMS廠商花招百出

絕大多數MEMS裝置(約總數的75%)為(wei) 封裝中的打線接合係統(Wire-bonded System)，然後是Side by Side接合方案，或是和控製用的特定應用集成電路(ASIC)堆棧在標準導線架、球門陣列(BGA)/平麵柵格數組(LGA)壓合基板。長期而言，前兩(liang) 項方式仍會(hui) 是主要封裝技術，但約有兩(liang) 成MEMS組件將直接與(yu) 基於(yu) 互補式金屬氧化物半導體(ti) (CMOS)的ASIC整合成係統單芯片(SoC)。

業(ye) 界一度以為(wei) 大部分MEMS都將采用SoC方式，但目前此類組件隻適用在須非常短距離連結的特殊裝置，如每個(ge) 畫素單位都要有直接反應的MEMS微透鏡(Micromirror)、熱像傳(chuan) 感器(Microbolometer)或振蕩器。大多數MEMS係統在封裝層級，連結不同的零組件上最有效率，但對更小的裝置及以更短距離相互連接的需求，正轉移至MEMS、ASIC和主機板間的接合、晶圓凸塊連結或3D堆棧架構。

目前許多MEMS製造商具備獨特的晶圓堆棧方案，並已導入生產(chan) 慣性傳(chuan) 感器，包括晶圓凸塊到金屬對金屬接合、MEMS內(nei) 矽晶、多晶矽填充導孔到中介層導孔等方式；然而，在MEMS製造技術的競爭(zheng) 逐漸轉向功能性競爭(zheng) 的情況下，將有更多廠商采納標準封裝方案，以拉低成本並加快開發時程。

舉(ju) 例來說，無晶圓廠的應美盛(InvenSense)即與(yu) 台積電、格羅方德(GLOBALFOUNDRIES)等晶圓代工廠合作，以高效率、低成本的鋁鍺共晶金屬對金屬接合覆蓋製作方法，將MEMS與(yu) ASIC結合，在消費性陀螺儀(yi) 市場大有斬獲。值得注意的是，該公司目前公開授權此相互連結技術，透過與(yu) 其它晶圓廠認證製程，與(yu) 多項目晶圓(Multi Project Wafer)結合，相較獨立研發而言，可發展出更多應用與(yu) 技術。

目前兩(liang) 家主要MEMS晶圓代工廠商都將目標放在客戶尋求的矽穿孔(TSV)平台上，以滿足MEMS廠商對小尺寸封裝的殷切需求。Silex Microsystems長期以來提供TSV模塊給客戶，而Teledyne DALSA為(wei) MEMS晶圓廠客戶，也在晶圓層級MEMS連結ASIC方麵，開發低成本Wet-plated Copper TSV平台。Teledyne DALSA使用授權的Alchimer電鍍製程技術，在同一個(ge) 製程模塊整合導孔隔離(Via Isolation)及填充，以達到更佳的成本效率，並與(yu) 該公司合作開發量產(chan) 。

意法半導體(ti) (ST)則以更獨特的方式，自行在MEMS芯片上製造TSV，並將芯片附著在主機板上。此方法藉由蝕刻空氣間隙，消除接合焊盤所需的空間，以隔離的多晶矽導孔取代，雖用基本MEMS製程，但必須在大約十倍的尺寸上進行，才能以打線接合或覆晶方式附著於(yu) ASIC。如此一來，芯片尺寸可較溫和增加成本的TSV製程減少20～30%，總成本較低。該公司目前以此技術量產(chan) 加速度計，並表示接下來將導入陀螺儀(yi) ，甚至用於(yu) 更小的多芯片模塊。

同時，Bosch Sensortec及Murata/VTI也運用自己的技術，但封裝基礎架構則利用外包形式。Bosch Sensortec采取相對傳(chuan) 統的焊接凸塊方式連接MEMS和ASIC。Murata以矽晶中介層、蝕刻導孔周圍的矩陣覆蓋MEMS慣性傳(chuan) 感器，並以硼矽玻璃填充，然後覆晶於(yu) 打薄的ASIC#p#分頁標題#e#上，在其四周加上較大的焊接球，將整層裝上主機板。

至於(yu) 中介層部分則可由其MEMS晶圓廠或工程基板供貨商如PlanOptik製造，凸塊則由ASIC供應廠或凸塊轉包商負責，而最後可能在馬來西亞(ya) 的Unisem將芯片接合到晶圓、進行裝球及底部填充。

顯而易見，MEMS標準封裝技術，以及垂直分工的生態係統正快速崛起，將為(wei) 往後的MEMS產(chan) 業(ye) 帶來全新的樣貌。