MEMS Seminar2009-w.ppt [相容模式]tecsa.org.tw/seminar/20090219/MEMS Seminar-1.pdf · MEMS Accelerometer Technology CMOS MEMS MEMS5 電容式 無 MEMS1 電容式 有 Provider Sensing

MEMS Trend加速度計技術邁大步MEMS Trend

加速度計技術邁大步

微智半導體(Memsmart)微智半導體(Memsmart)邱奕翔(Eason)

[email protected] 02 192009.02.19

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me

T hTogether

Trend

MEMS Historyy1878 Light - Edison(愛迪生)

Wall street

MEMS Historyy1882 Light - Edison(愛迪生)

Black

Francis Upton(俄普頓)

Thermionic emission

(熱電子)

Vacuum

MEMS Historyy1885 Light - Edison(愛迪生)

Fleming(傅雷明)

整流

MEMS Historyy1897 Light - Edison(愛迪生)

Thomson(湯姆苼)

Electron(電子)

MEMS Historyy1904 Light - Edison(愛迪生)

Fleming(傅雷明)

無線電接收器 AC DC

整流

開關迅速

MEMS Historyy1906 Light - Edison(愛迪生)

距離遠訊號弱

DeForest(德福雷斯特)

電晶體 訊號放大

整流 開關迅速

超級電燈泡 (熱.大.耗電.命)

MEMS Historyy1939 Light - Edison(愛迪生)

Shockley(蕭克利)

日記 1939.12.29

半導體 取代 電泡

MEMS Historyy1947 Light - Edison(愛迪生)

ENIAC (賓州大學)

陸軍 彈道

18,000

Debug

MEMS Historyy1947 Transistor - Shockley(蕭克利)

Bell Lab

Bardeen(巴丁)

Brattain(布拉頓)

MEMS Historyy1958 VLSI – Kilby(基爾比)、Noyce(諾宜斯)

Kilby(基爾比)

實驗日誌 1958.07.24

T. D. R. C. in One Process

Device (飛線)

MEMS Historyy1958 VLSI – Kilby(基爾比)、Noyce(諾宜斯)

Noyce(諾宜斯)

實驗日誌 1959.01.23

T. D. R. C. in One Process

Connect

MEMS Historyy1958 VLSI – Kilby(基爾比)、Noyce(諾宜斯)

VLSI

MEMS Historyy1959 MEMS – Feynman(費曼)

機構結構 in VLSI

MEMS Historyy1990 MEMS – Feynman(費曼)

TI- DLP

HP- Inkjet

ADI/Bosch-A lAccelerometer

MEMS Historyy2000 MEMS – Feynman(費曼)

MEMS Gyroscopes

MEMS Microphone

MEMS Accelerometer

Pressure Sensor

Inkjet 、DLP and more…

MEMS AccelerometerProduct Feature

Hi h

重視

High

軸向

非線

靈敏

雜訊

反應

電量

溫度

尺寸

成本

0gi視

程度

向需求

線性

敏度

訊 應頻率

量需求

度影響

寸大小

本控制

BiasLevel

度Low

MEMS AccelerometerApplication Trends

1950 軍事國防

MEMS AccelerometerApplication Trends

1979 汽車工業

MEMS AccelerometerApplication Trends

2006 消費性電子

MEMS AccelerometerApplication Trends

2006 消費性電子

MEMS AccelerometerApplication Trends

2006 消費性電子

MEMS AccelerometerApplication Trends

2006 消費性電子

MEMS AccelerometerApplication TrendsConsumer 需求趨勢

MEMS AccelerometerApplication TrendsConsumer 需求趨勢

New Market!?

MEMS AccelerometerApplication TrendsConsumer 需求趨勢

降低Performance

提高 Cost優勢

增加Multi Function

MEMS AccelerometerFuture Application Trends

MEMS AccelerometerTechnology

現況

MEMS AccelerometerTechnology

電壓式加速度計

M

感測位移量→電壓訊號

MEMS AccelerometerTechnology

電壓式加速度計產品特性

M 對溫度影響大

結構整合最低結構整合最低

感測位移量→電壓訊號

MEMS AccelerometerTechnology

熱感式加速度計

感測熱氣分布

MEMS AccelerometerTechnology

熱感式加速度計產品特性

對溫度影響大

反應速度慢反應速度慢

耗電量大感測熱氣分布

MEMS AccelerometerTechnology

電容式加速度計

M

感測位移量→電容變化量→電壓訊號

MEMS AccelerometerTechnology

電容式加速度計

M

感測位移量→電容變化量→電壓訊號

MEMS AccelerometerTechnology

電容式加速度計產品特性

M

結構簡易

靈敏度高靈敏度高

耗電量小感測位移量→電容變化量→電壓訊號

無溫度影響

MEMS AccelerometerTechnology

電容式加速度計設計關鍵

M

輸出感測訊號

結構的應力分析結構的應力分析

Gap 距離感測位移量→電容變化量→電壓訊號

Noise影響

MEMS AccelerometerTechnology CMOS MEMS

MEMS5

電容式

無

MEMS1

電容式

有

Provider

Sensing Way

FAB

MEMS4

熱感式

前段無/後段有

MEMS2

電容式

有

MEMS3

電壓式

有 無

SOCQFN

有

SOCQFN

FAB

SOC/SIPPackage

前段無/後段有

SOC/SIPLGA

有

SIPLGA

有

SIPLGA

中(0.9mA)

無影響

快

小(0.6mA)

無影響

快

Power Supply

Temperature

Frequency

最大(3.6mA)

最大

較慢

小(0.5mA)

無影響

快

小(0.5mA)

大

快 快

好

最便宜

快

好

最貴

q y

Sensitivity

Cost

較慢

不好

便宜

快

好

貴

快

不好

貴

CMOS MEMS

i hiCMOS standard processSensing System On Chip

CMOSAnalogAnalog Circuit

MEMSMEMS

CMOS MEMSCMOS standard process

MicroStructures

CMOS Circuits

Metal

StructuresCircuitsPad

ViaOxideSubstrate

Cross section of CMOS process

Substrate

Cross section of CMOS process

CMOS MEMSCMOS standard process

RIE(反應離子蝕刻)RIE(反應離子蝕刻)

CMOS MEMSCMOS standard process

Undercut

Anisotropic Etching(等向性蝕刻)Anisotropic Etching(等向性蝕刻)

CMOS MEMSCMOS standard process

Wire BondingWire Bonding

CMOS MEMSCMOS standard process

PackagePackage

CMOS MEMSLGA Package

CMOS MEMS

k kPackage Design

SOC Package VS. SIP Package

CMOS MEMSCMOS 標準製程特性

良率高穩定性極高穩定性極高

成本低成本低功率消耗低

量產可行性高功率消耗低

晶片整合度高產 性

CMOS MEMSCMOS 標準製程特性

良率高穩定性極高穩定性極高

成本低成本低功率消耗低

量產可行性高功率消耗低

晶片整合度高產 性

CMOS MEMSMEMS Design Challenge 1

d 增加 長度C = εo A/d, 增加Beam長度?

殘餘應力殘餘應力

CMOS MEMSMEMS Design Challenge 2

d 縮小 距離C = εo A/d, 縮小gap距離?

製程誤差

CMOS MEMSMEMS Design Challenge 3

質量塊輕 彈簧的設計質量塊輕, 彈簧的設計

質量塊翹曲

CMOS MEMSCircuit Design Challenge 4

fFfF 51 ± mVmVMEMS誤差fFfF 51 ±

gmV

gmV 2000400 ±

fFC 10 = fFC 5±=∆

CMOS MEMSIntegrated Challenge 5

雜訊

CMOS MEMS @Taiwan優勢

半導體產業群聚完整半導體產業群聚完整

應用市場朝IT、Consumer發展應用市場朝IT、Consumer發展

CMOS MEMS @Taiwan劣勢

國外發展已久國外發展已久

產業分工太成熟產業分工太成熟

具產業縱向知識人力資源不足具產業縱向知識人力資源不足

MEMSMARTDesign

IC backgroundIC background

CircuitMEMS

S i PSemi-Process

2005.9~2008.4

MEMSMARTDesign

MEMSMARTPatent

Standard CMOS IC process

USA : 6

p

TAIWAN: 10CHINA: 5CHINA: 5

2007.5~2009.1

MEMSMART產業供應鍵整合

製造 後製程 封裝 測試製造 後製程 封裝 測試

2008.4~2009.1

MEMSMART產業供應鍵整合

製造 後製程 封裝 測試

VIS

製造 後製程 封裝 測試

VIS

標準CMOS製程2008.4~2009.1

MEMSMART產業供應鍵整合

製造 後製程 封裝 測試

Xi

製造 後製程 封裝 測試

Xintec

簡單的後製程處理(Patent)2008.4~2009.1

MEMSMART產業供應鍵整合

製造 後製程 封裝 測試

LINGSEN

製造 後製程 封裝 測試

LINGSEN

標準QFN封裝2008.4~2009.1

MEMSMART產業供應鍵整合

封裝

LINGSEN

封裝

LINGSEN

標準QFN封裝2008.4~2009.1

MEMSMART產業供應鍵整合

製造 後製程 測試封裝製造 後製程 測試封裝

KYECKYEC

自行研發的測試設備2008.4~2009.1

MEMSMART產業供應鍵整合

測試測試

KYECKYEC

自行研發的測試設備2008.4~2009.1

MEMSMARTStrategy Canvas

MEMSMARTMilestone

2006.02.05 ●曉翔、力墾、政諺、奕翔於清華大學電子所ASDM LAB組成創業團隊2006.12 ●完成加速度微感測晶片 Prototype α版2006.12.26 ●公司正式登記為股份有限公司006. . 6 公司正式登記為股份有限公司

2007.04 ●成功Demo 加速度微感測晶片 Prototype β版，國內第一

2008 04 ●完成量產流程整合 正式投產CMOS八吋晶圓廠 國內第2008.04 ●完成量產流程整合 正式投產CMOS八吋晶圓廠，國內第一2008.05 ●於 東京 11th EMBEDDED SYSTEM EXPO展 展出2008.06 ●於 台北國際光電展 展出2008.09 ●於 台北 IIC 展 展出於 台北 展 展出2008.10 ●於 香港秋季電子展 展出2008.12 ●完成 2-axis Analog Output G-sensor , Cost Down Version Design

2009 01 ●於 香港春季電子展 展出2009.01 ●於 香港春季電子展 展出2009.01 ●成功完成 Mass Production 之晶片，國內第一2009.02 ●晶片少量出貨，國內第一

Th kThanksforfor

Your Listening!g

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