微纳系统
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微纳系统 (MEMS) 集成化 技术 PowerPoint PPT Presentation


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微纳系统 (MEMS) 集成化 技术. 黄庆安 东南大学. 东南大学 · 南京 MEMS 教育部重点实验室. 报告背景. 传感器 : 能 感受 规定的被测量并按照一定规律转换成可用 信号 输出的器件或装置. 电路. 传感器. 能用集成电路的制造方式生产传感器么?. 能把传感器、电路和封装体一起集成制造么?. 传感器 多品种 小批量. 电路 低成本 高性能. 传感器制造. CMOS 电路制造. 这么大规模制造, 有市场需求么?. 能把传感器、电路、封装体、基板、电源一起集成制造么?. 传感器封装. 电路封装. 印刷电路板 + 电源.

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微纳系统 (MEMS) 集成化 技术

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Presentation Transcript


Mems

微纳系统(MEMS)集成化技术

黄庆安

东南大学

东南大学 · 南京

MEMS

教育部重点实验室


Mems

报告背景

传感器:能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置

电路

传感器

能用集成电路的制造方式生产传感器么?

能把传感器、电路和封装体一起集成制造么?

传感器多品种

小批量

电路

低成本

高性能

传感器制造

CMOS电路制造

这么大规模制造,

有市场需求么?

能把传感器、电路、封装体、基板、电源一起集成制造么?

传感器封装

电路封装

印刷电路板+电源


Mems

报告提纲

  • MEMS市场发展

    (电子消费品,汽车,医疗,物联网)

  • MEMS技术发展

  • MEMS集成化制造技术

    (CMOS-MEMS,SiP及国外典型产品)

  • 我国863计划MEMS技术

    (863,重大专项,物联网专项)

  • 总结

东南大学 · 南京

MEMS

教育部重点实验室


Mems

一.MEMS市场发展

医疗传感器

消费类MEMS

汽车传感器

电信

医疗

工业

国防

消费

汽车

航空


Mems

消费类MEMS: 手机

加速度

陀螺

磁场

压力

图像

东南大学 · 南京

MEMS

教育部重点实验室

麦克风


Mems

消费类MEMS: 手机

手机中的传感器

2012:20亿美元

2015:30亿美元

东南大学 · 南京

MEMS

教育部重点实验室


Mems

汽车传感器(安全+节能+舒适)


Mems

汽车传感器

普通轿车>100只/车,豪华轿车>200只/车

汽车中的传感器

2012:8亿只

2014:10亿只


Mems

汽车传感器

中国汽车电子

2011:200亿美元

2015:300亿美元

东南大学 · 南京

MEMS

教育部重点实验室


Mems

医疗与健康监护传感器

小型化与集成水平

时间

东南大学 · 南京

MEMS

教育部重点实验室


Mems

医疗与健康监护传感器

健康监护传感器

2009:12亿美元

2015:45亿美元


Mems

物联网传感器(物联网:战略性新兴产业)

物联网

  • 传感器网络

  • 传感器

感知系统

通讯系统

计算系统

控制系统

数据海

中国43万公里(>220kV), 2010

TD 移动通信

中国7.41万公里(高速公路), 2010

中国43万公里(河流长度)

湖泊2800多个,面积8万平方公里

此传感器非彼传感器!

成本?功耗?


Mems

物联网传感器(物联网:战略性新兴产业)

The 10th Annual MEMS Technology Symposium

May 23,2012, San Jose, USA

KristoferPister, UC Berkeley

JanuszBryzek, VP Fairchild Semiconductor

Robert Haak, MANCEF

Richard Friedrich, HP Labs

Greg Galvin, CEO of Kionix

Stephen Breit, Coventor

Russell Shumway, Amkor

Steve Nasiri, founder of InvenSense

JérémieBouchaud, iSuppli

Jean-Christophe Eloy, YoleDéveloppement

Sensors: A Foundation for Accelerated MEMS Market Growth to $1 Trillion

传感器:加速MEMS产业链到1万亿美元的基础

东南大学 · 南京

MEMS

教育部重点实验室


Mems

二.MEMS技术发展趋势

无线集成微系统

半导体材料 第一代微传感器 新的应用 复杂器件 集成敏感系统


Mems

MEMS制造技术趋势:集成化

体微加工

表面微加工

厚SOI

薄SOI

三维集成

腔SOI

CMOS集成


Mems

三.MEMS集成化制造技术

  • MEMS制造方式

  • (硅+并行制造)

  • MEMS集成制造方式

  • (传感器+电路)

  • 微纳系统三维集成制造方式

  • (传感器+电路+无源+封装体+基板+引线)

东南大学 · 南京

MEMS

教育部重点实验室


Mems

MEMS制造方式(硅+并行制造)

体微加工

表面微加工

键合

湿法1967

阳极键合1968

气相HF腐蚀1996

干法DRIE1995

硅直接键合1986

键合SOI+DRIE


Mems

目前状态

传感器制造(并行)

ASIC制造(并行)

基板制造(并行)

集成化(串行)


Mems

MEMS集成制造方式(传感器+电路)

传感器+CMOS=单片

电路

电路

传感器

电路

传感器

传感器

传感器

体微加工

Sensors beside CMOS

表面加工

Sensors beside CMOS

Sensors on CMOS


Mems

MEMS集成制造方式(传感器+电路)

传感器+CMOS=多片

ASIC制造

传感器制造

Sensors beside CMOS

Sensors on CMOS


Mems

MEMS集成 (传感器+电路)哪一种更好?

  • 研发成本

  • 市场周期

  • 生产成本

  • 系统性能

单片:Sensors beside CMOS

单片:Sensors on CMOS

混合:Sensors beside CMOS


Mems

案例

体微机械加工技术

表面微机械加工技术

东南大学 · 南京

MEMS

教育部重点实验室


Mems

Analog Devices

惯性传感器

ST-microelectronics

惯性传感器

东南大学 · 南京

MEMS

教育部重点实验室


Mems

电路

传感器

Infineon

压力传感器

传感器

电路

Honeywell

微辐射计

东南大学 · 南京

MEMS

教育部重点实验室


Mems

Bosch

东南大学 · 南京

MEMS

教育部重点实验室


Mems

传感器

电路

Invensense


St microelectronics

ST-Microelectronics

东南大学 · 南京

MEMS

教育部重点实验室


Mems

微纳系统三维集成制造方式(传感器+电路+无源+封装体+基板+引线)

前沿

无线集成微系统


Mems

案例:TPMS


Mems

无线集成微系统

东南大学 · 南京

MEMS

教育部重点实验室


Mems

无源元件制造

IC制造

传感器制造

天线制造

电源制造

东南大学 · 南京

MEMS

教育部重点实验室


Mems

东南大学 · 南京

MEMS

教育部重点实验室


Smart dust

案例:Smart Dust

传感器

处理器

能量

收集

能量

存储

射频

天线

时钟

2mm3:敏感+电源+计算+通讯


Mems

《微纳系统》系列译丛,东南大学出版社(2005-2012)

知识需要更新!

技术需要更新!

东南大学 · 南京

MEMS

教育部重点实验室


863 mems

四.我国863计划MEMS技术

2001-2005(2亿)

2006-2010(2亿)

2011-2015

  • 共性技术

  • 微纳传感器设计技术

  • 微纳传感器制造技术

  • 微纳传感器封装技术

  • 微纳传感器集成化技术

  • 微纳传感器测试技术

  • 微纳传感器可靠性技术

  • 微纳传感器

  • 环境检测传感器

  • 石油化工传感器

  • 工业传感器

  • 医疗传感器

  • 汽车传感器

  • 消费类传感器

  • 

工业传感器

医疗传感器及系统

环境(安全)检测传感器

汽车传感器

石油化工传感器



2011(0.6亿)

油气田监测压力传感器

汽车电子稳定惯性传感器

麦克风

交通安全传感器

电场传感器

血糖检测传感器

2012(0.5亿)

硅微纳传感器批量制造与封装

环境检测传感器

汽车传感器

医疗传感器

2013(0.5亿)

无线微纳传感器(机械行业)

  • 2013-2015(建议)

  • 前沿技术

  • 阵列化微纳传感器

  • (纳米)高性能微纳传感器

  • 微能源制造技术

  • 关键共性技术

  • 单片集成技术

  • 三维异质集成技术

  • 微纳传感器重大产品

  • 智能制造装备

  • 工业过程控制

  • 医疗与健康监护

  • 汽车传感器


Mems

总结

  • 过去传感器市场分散、种类多,长期处于多品种、小批量的制造方式;

  • 电子消费品、汽车、医疗、物联网等发展对传感器需求巨增,采用MEMS并行制造技术,才能满足这种需求;

  • 毫无疑问,这将会改变传统传感器的生产模式,给传感器产业带来革命性变化;

  • 国家863计划、重大科技专项、物联网行动计划等实施会强力推动这种制造技术发展;

  • 机遇与挑战并存!


Mems

报告完毕!

谢谢!

东南大学 · 南京

MEMS

教育部重点实验室


Mems

集成电路:高精度并行制造

  • 以150mm生产线为例

  • 芯片面积=3×3mm2;芯片数量1962个/园片

  • 考虑成品率,1500只芯片/园片,10000园片/月,15×106只/月

  • 芯片面积=3×3mm2,消费类成本 1元/只

  • 工艺特征尺寸为0.25~0.5m

  • 高精度制造,使批量一致性得到保障,会大大降低测试成本。

  • 高精度并行制造=低成本、大批量

  • 硅材料=低成本


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