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微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及展望(二)

發(fā)布時(shí)間:2011-10-19     來(lái)源:日經(jīng)BP社

一、五種MEMS業(yè)務(wù)模式

作為MEMS技術(shù)與產(chǎn)品,從它的應(yīng)用前景及靈活性來(lái)講,堪稱(chēng)通過(guò)開(kāi)拓市場(chǎng),認(rèn)清需要?jiǎng)?chuàng)造什么產(chǎn)品的最佳手段。那么,誰(shuí)能夠引導(dǎo)產(chǎn)品創(chuàng)新呢?從利基市場(chǎng)來(lái)講,當(dāng)屬中小型及風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)??梢哉f(shuō)絕大多數(shù)MEMS應(yīng)用最初幾乎都屬于這類(lèi)情況。下面就以各MEMS廠(chǎng)商的業(yè)務(wù)模式為例做一探討。

對(duì)于MEMS廠(chǎng)商而言,各廠(chǎng)商采取的業(yè)務(wù)模式有若干類(lèi)型。最普遍的為以下5種業(yè)務(wù)模式。

1.利用電子廠(chǎng)商的半導(dǎo)體閑置設(shè)備的設(shè)備轉(zhuǎn)用型制造與銷(xiāo)售廠(chǎng)商

通常來(lái)講,從生產(chǎn)設(shè)備的關(guān)系來(lái)說(shuō),大企業(yè)的半導(dǎo)體設(shè)備轉(zhuǎn)用型屬于大批量生產(chǎn)型,具有發(fā)展成為通用元件量產(chǎn)型的產(chǎn)品創(chuàng)新型業(yè)務(wù)模式的傾向。當(dāng)然,大企業(yè)也可將目標(biāo)鎖定在自有產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)上進(jìn)行生產(chǎn),也同樣屬于產(chǎn)品創(chuàng)新的范疇。說(shuō)到日本,擁有半導(dǎo)體閑置設(shè)備的大企業(yè)就屬于這種情況,前者就是在半導(dǎo)體內(nèi)存領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)特征的眾多大型半導(dǎo)體企業(yè),而后者則是自身?yè)碛凶罱K產(chǎn)品的愛(ài)普生和索尼等企業(yè)。

2.專(zhuān)門(mén)從事設(shè)計(jì)和工程業(yè)務(wù)的無(wú)工廠(chǎng)企業(yè)

這類(lèi)企業(yè)自身并沒(méi)有制造設(shè)備,而是根據(jù)用戶(hù)方面的需求,提供工程服務(wù)。日本沒(méi)有這類(lèi)企業(yè)。

3MEMS代工(專(zhuān)門(mén)提供受托生產(chǎn)業(yè)務(wù)的公司)

作為代工企業(yè),這類(lèi)公司并不進(jìn)行研發(fā),而主要從事受托生產(chǎn)。主要以臺(tái)灣的DRAM代工業(yè)務(wù)模式為基礎(chǔ),臺(tái)灣企業(yè)是此類(lèi)企業(yè)的典范。

4.以MEMS的研究開(kāi)發(fā)為主,開(kāi)展受托業(yè)務(wù)的企業(yè)

可進(jìn)行小批量生產(chǎn),主要是一些從歐洲MEMS研發(fā)機(jī)構(gòu)獨(dú)立出來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)。日本的東北大學(xué)風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)Mems Core公司等就屬于這一類(lèi)。

5.瞄準(zhǔn)MEMS核心技術(shù),從開(kāi)發(fā)到量產(chǎn)工作都由自己承擔(dān)的企業(yè)

率先把握MEMS領(lǐng)域的需求,在確保知識(shí)產(chǎn)權(quán)的條件下獨(dú)自組織生產(chǎn)。作為在特定元件領(lǐng)域具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的公司,美國(guó)Analog Devices、美國(guó)STMicroelectronics和日本Wako等公司就屬于這一類(lèi)。

在產(chǎn)品創(chuàng)新中,由于附加值并不依賴(lài)于成本削減和少品種大批量生產(chǎn),因此假如最初就將目標(biāo)鎖定于采取LSIDRAM)業(yè)務(wù)模式的產(chǎn)品創(chuàng)新型“薄利多銷(xiāo)方式”,恐怕就很難把業(yè)務(wù)做起來(lái)。作為MEMS來(lái)說(shuō),假如能大量生產(chǎn),那么與過(guò)去的積累式制造工藝相比,確實(shí)有產(chǎn)生出劃時(shí)代的低價(jià)產(chǎn)品的可能性,但并不是從一開(kāi)始就便宜的。另外,暫且不論產(chǎn)品尺寸,考慮到設(shè)備投資等問(wèn)題,應(yīng)該說(shuō)是還是需要經(jīng)過(guò)一個(gè)高造價(jià)的過(guò)程的。

作為MEMS制造商的業(yè)務(wù)模式,從現(xiàn)實(shí)來(lái)說(shuō),1中的MEMS生產(chǎn)適合于大企業(yè)。而作為24兩種業(yè)務(wù)模式,盡管銷(xiāo)售規(guī)模不大,但由于需要同時(shí)平行推進(jìn)多個(gè)品種的開(kāi)發(fā),因此適合于中小企業(yè)及風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)。剩余的35兩種模式,根據(jù)市場(chǎng)情況以及技術(shù)上的難易程度,有的適合于大企業(yè),有的則適合于中小型及風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)。

看看管理層如何把握MEMS,就能判斷出該公司的發(fā)展方向。從技術(shù)管理的角度來(lái)講,作為“MEMS元件”形成市場(chǎng)的產(chǎn)品,可以說(shuō)是在量產(chǎn)型產(chǎn)品的創(chuàng)新過(guò)程中加入了削減成本階段而已。從這個(gè)意義來(lái)說(shuō),在具有量產(chǎn)性的MEMS元件中,現(xiàn)已迅速發(fā)展成通用產(chǎn)品的“加速度傳感器”就是一種半導(dǎo)體產(chǎn)品,它就屬于產(chǎn)品創(chuàng)新。而用途明顯正在不斷拓展的噴墨頭尚不能算做MEMS元件,可以說(shuō)遠(yuǎn)未脫離產(chǎn)品創(chuàng)新的過(guò)程。從技術(shù)管理的角度來(lái)說(shuō),不僅是大企業(yè),能夠經(jīng)營(yíng)得好的中小型及風(fēng)險(xiǎn)企業(yè),都是在上述應(yīng)用中明確業(yè)務(wù)模式,將自身優(yōu)勢(shì)與MEMS的附加值統(tǒng)一起來(lái),并率先付諸行動(dòng)的企業(yè)。

二、利用低風(fēng)險(xiǎn)打造新業(yè)務(wù)

技術(shù)管理的關(guān)鍵詞中有一個(gè)非常重要的“高科技管理”?,F(xiàn)實(shí)生活中,有時(shí)會(huì)發(fā)生一些誤解,認(rèn)為“高科技=高級(jí)且完成度高”,“低科技=低級(jí)且完成度低”。實(shí)際上則完全相反,越是“低科技”,技術(shù)上越成熟,完成度越高,換句話(huà)說(shuō),就是低風(fēng)險(xiǎn)、高水平。這樣的例子在已經(jīng)非常成熟的傳統(tǒng)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)中隨處可見(jiàn)。

雖說(shuō)如此,由于制造業(yè)的創(chuàng)新主要來(lái)自于技術(shù)革新,因此就需要有能夠推動(dòng)技術(shù)革新的高風(fēng)險(xiǎn)的高新技術(shù)。不僅如此,還需要與“低科技”的傳統(tǒng)技術(shù)結(jié)合起來(lái),很好地加以運(yùn)用。MEMS可以說(shuō)是微加工尖端技術(shù)的集大成,即高科技,因此從MOT上來(lái)說(shuō)假如不能很好地與低科技相結(jié)合,就無(wú)法快速地實(shí)現(xiàn)低風(fēng)險(xiǎn)的商品化。

MEMS工藝技術(shù)是建立在半導(dǎo)體工藝技術(shù)基礎(chǔ)上的。盡管如此,在基本加工方面,與“低科技”的現(xiàn)有機(jī)械加工等材料加工技術(shù)仍有共通點(diǎn)。二者盡管看起來(lái)區(qū)別很大,但在“切、粘、層疊、成形、削”等方面則完全相同。MEMS可以說(shuō)是現(xiàn)有機(jī)械加工的微細(xì)化。

一般而言,假如材料相同,即使工具不同,也能使用相同手法的就是工藝。不過(guò),MEMS加工由于屬于微細(xì)化技術(shù),因此很多場(chǎng)合無(wú)法使用與現(xiàn)有機(jī)械加工相同的工具。比如,機(jī)械加工一般結(jié)合使用各種刀具和熱能,而半導(dǎo)體工藝則運(yùn)用等離子和分子·原子級(jí)化學(xué)反應(yīng)。

而且,MEMS的定義方式也各種各樣。有的公司將微加工技術(shù)稱(chēng)為MEMS。而其他公司則做了進(jìn)一步的限制,假如沒(méi)有激勵(lì)器等驅(qū)動(dòng)部分,就不會(huì)稱(chēng)之為MEMS。但假如以應(yīng)用于現(xiàn)有產(chǎn)品為前提的話(huà),除發(fā)現(xiàn)了全新的用途,或者與半導(dǎo)體元件實(shí)現(xiàn)一體化的情況之外,必須與現(xiàn)有加工技術(shù)相結(jié)合。

在現(xiàn)有技術(shù)與MEMS的結(jié)合中,現(xiàn)有加工技術(shù)與微加工技術(shù)的接口也能稱(chēng)為MEMS。這也是低科技與高科技的結(jié)合點(diǎn)。從這個(gè)意義上來(lái)講,只要使用了MEMS,就能在低科技(現(xiàn)有技術(shù)和產(chǎn)業(yè))領(lǐng)域運(yùn)用MEMS,反過(guò)來(lái)也可通過(guò)高科技(尖端技術(shù)與產(chǎn)業(yè))領(lǐng)域達(dá)到MEMS元件的實(shí)用化目標(biāo)。只要很好地運(yùn)用MEMS,無(wú)論是從高科技方面,還是從低科技方面,都能達(dá)到目的。在通過(guò)將高科技的MEMS運(yùn)用于現(xiàn)有成熟技術(shù)來(lái)提高附加值的例子中包括汽車(chē)和手機(jī)等產(chǎn)品,今后將會(huì)自然而然地向基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和電氣產(chǎn)品等領(lǐng)域逐步普及。

接著從加工尺寸這個(gè)角度來(lái)分析一下二者的交匯點(diǎn)。過(guò)去的半導(dǎo)體工藝主要擅長(zhǎng)10μm以下的微加工,而傳統(tǒng)的機(jī)械精加工技術(shù)在100μm上還可以,再往下就不行了。為了使MEMS達(dá)到實(shí)用水平,或者說(shuō)實(shí)現(xiàn)一種使低科技與高科技相結(jié)合的手段,10μm100μm之間的過(guò)渡性加工技術(shù)將顯得越來(lái)越重要。

三、MEMS所必須的兩個(gè)接口

為了實(shí)現(xiàn)泛在系統(tǒng)或傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),作為以分散方式對(duì)硬件進(jìn)行處理的元件,MEMS模塊的運(yùn)用必不可少。在這種情況下,MEMS模塊通常被定位于實(shí)現(xiàn)分散處理的工具。

現(xiàn)有的設(shè)備和電子系統(tǒng)均由CPU對(duì)信息進(jìn)行集中處理。但在運(yùn)用MEMS技術(shù)后,則可變成分散處理。所以,眾所周知,用于實(shí)現(xiàn)分散處理的MEMS技術(shù)必須具有無(wú)線(xiàn)功能,自我修復(fù)功能,以及能量(電池)功能。下面,將從硬件和軟件2個(gè)方面,對(duì)用于連接具有上述功能的MEMS和現(xiàn)實(shí)社會(huì)的技術(shù),即接口進(jìn)行說(shuō)明。從技術(shù)管理的角度來(lái)講,這個(gè)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)有可能向各種方向發(fā)展。僅就目前的成本和可能性來(lái)說(shuō),還存在著很難說(shuō)清楚的不連續(xù)性與不確定因素。這也是無(wú)法定量探討MEMS的結(jié)果與預(yù)測(cè)的原因之一。

1.硬件方面的接口:封裝問(wèn)題

MEMS模塊在使用上的課題主要是封裝問(wèn)題。在實(shí)際環(huán)境中使用MEMS技術(shù),存在著諸多困難。即使已經(jīng)有了最合適的MEMS模塊,也必須要有與模塊的使用場(chǎng)所和環(huán)境相應(yīng)的接口。這就是封裝與布線(xiàn),同時(shí)這也是與能量源之間的接口。在此由于不能使用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,因此必須單獨(dú)進(jìn)行處理。反過(guò)來(lái)講,需要我們關(guān)注的是,假如各企業(yè)能夠把自己的技術(shù)與知識(shí)運(yùn)用到這里來(lái),將會(huì)產(chǎn)生巨大的高附加值。

2.軟件方面的接口:目的是為了綜合運(yùn)用MEMS

作為使用多個(gè)MEMS模塊的應(yīng)用課題,可以舉出的是在利用插件將各MEMS模塊連接起來(lái)時(shí)的難度。這可以說(shuō)是MEMS模塊的生產(chǎn)廠(chǎng)商與用戶(hù)共同面臨的課題??紤]到MEMS模塊本身的變更難度,在綜合使用多個(gè)MEMS模塊時(shí),必將為模塊之間的連線(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)化付出艱苦的努力。

為了解決這一問(wèn)題,必須簡(jiǎn)化各種MEMS的連接及處理,開(kāi)發(fā)和運(yùn)用便于MEMS使用的通用的插座型接口(接口平臺(tái))。圖中給出了MEMS在使用方面的課題,以及與高附加值的關(guān)聯(lián)性和定位。

四、企業(yè)聯(lián)盟的重要性

對(duì)于聯(lián)盟來(lái)說(shuō),具備不同于網(wǎng)絡(luò)化的難度,其手法具有各種模式。從技術(shù)管理的角度來(lái)看,最具效率的是客戶(hù)與廠(chǎng)商組成的聯(lián)盟。這種關(guān)系如能實(shí)現(xiàn)“雙贏”,就能完全跨越“死亡之谷”。此次,在MEMS中就這種聯(lián)盟進(jìn)行探討。

首先,必須注意的是廠(chǎng)商與客戶(hù)對(duì)完成度的認(rèn)識(shí)。對(duì)于產(chǎn)業(yè)化階段,客戶(hù)希望在認(rèn)識(shí)上與廠(chǎng)商保持一致。比如,研究開(kāi)發(fā)階段的聯(lián)盟將以技術(shù)為主導(dǎo)。而到了產(chǎn)業(yè)化階段的聯(lián)盟,就要有一個(gè)明確觀(guān)點(diǎn),知道廠(chǎng)商怎么做才能滿(mǎn)足客戶(hù)的要求。必須對(duì)二者加以區(qū)分。也就是說(shuō),假如用戶(hù)考慮的應(yīng)用階段和廠(chǎng)商具備的MEMS元件的完成度不一致,工作就無(wú)法順利地開(kāi)展。尤其是企業(yè)規(guī)模和行業(yè)不同,造成各部門(mén)在速度上的感覺(jué)不同,因此雙方必須從時(shí)間上協(xié)調(diào)好。

一般來(lái)說(shuō),只要廠(chǎng)商能夠由開(kāi)發(fā)階段過(guò)渡到產(chǎn)業(yè)化階段,與此相應(yīng)的市場(chǎng)特性就會(huì)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。因此,受競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)的影響,就希望將業(yè)務(wù)攬入公司內(nèi)部。從此以后,產(chǎn)品化進(jìn)程就只能在廠(chǎng)商的封閉世界里進(jìn)行。在這種情況下,假如不能明確地了解MEMS商品開(kāi)發(fā)的難度,以及在開(kāi)發(fā)階段反復(fù)試制MEMS產(chǎn)品,即反復(fù)試驗(yàn)的重要性(從技術(shù)管理來(lái)說(shuō),“跨越死亡之谷”就等于將產(chǎn)品變成了商品),就會(huì)陷入產(chǎn)業(yè)化困境。

結(jié)果是花費(fèi)的財(cái)力和人力越大,風(fēng)險(xiǎn)也越大,對(duì)于廠(chǎng)商與用戶(hù)雙方而言,就會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生沖突和爭(zhēng)吵。廠(chǎng)商內(nèi)部不解地稱(chēng)“東西是搞出來(lái)了,為何銷(xiāo)不出去呢?”而用戶(hù)內(nèi)部則埋怨說(shuō)“通過(guò)各種努力,得到的卻是不實(shí)用的玩具”。另外,此時(shí)假如廠(chǎng)商的設(shè)備不齊備,還有可能無(wú)法迅速做出反應(yīng)。

為了將MEMS投入實(shí)際應(yīng)用,用戶(hù)和廠(chǎng)商都需要能夠共同承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的多個(gè)聯(lián)盟,而不僅僅是擁有網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)對(duì)MEMS用戶(hù)和廠(chǎng)商聯(lián)盟的必要性及效率進(jìn)行研究,根據(jù)不同的業(yè)務(wù)模式,可以考慮各種方式的聯(lián)盟。廠(chǎng)商和用戶(hù)如能在明確聯(lián)盟目的的情況下開(kāi)展協(xié)作,就能盡快取得成功。下面舉出的可以說(shuō)是成功的聯(lián)盟模式:

1.雙方均具有經(jīng)營(yíng)自主產(chǎn)品的推廣欲望,能夠利用MEMS技術(shù)在高附加值產(chǎn)品和高級(jí)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品特色化的企業(yè)。比如,索尼、松下電器產(chǎn)業(yè)、佳能和美國(guó)邏輯器件。

2.雙方均希望利用MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)獨(dú)家商品且充分掌握現(xiàn)有技術(shù)的核心企業(yè)。比如,奧林巴斯、愛(ài)普生、日本電裝和瑞士COLIBRYS SA

3.雙方均希望利用MEMS技術(shù)發(fā)展成新興企業(yè)或?qū)崿F(xiàn)新的應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)。比如,日本MEMS-Core、日本Wako,以及從事其他各種應(yīng)用開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)。

4.盡管MEMS技術(shù)不是主業(yè),但雙方均希望通過(guò)將MEMS技術(shù)及現(xiàn)有技術(shù)與產(chǎn)品進(jìn)行綜合運(yùn)用,來(lái)推動(dòng)技術(shù)開(kāi)展的企業(yè)。比如,歐姆龍、日立制作所、東芝等大型電子和大型機(jī)型廠(chǎng)商,以及著名設(shè)備工程公司。

一般來(lái)說(shuō),在由用戶(hù)和廠(chǎng)商組成的聯(lián)盟中,大企業(yè)之間很難開(kāi)展工作??偟恼f(shuō)來(lái),靈活性強(qiáng)的中小和風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)之間的結(jié)合往往最容易開(kāi)展工作。而在中小和風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)中,尤其是現(xiàn)已擁有各種獨(dú)特產(chǎn)品的企業(yè),以及采用MEMS技術(shù)開(kāi)發(fā)高科技產(chǎn)品的企業(yè)所組成的聯(lián)盟就更好了。

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