MEMS 在加拿大有著悠久的歷史，可以說(shuō)是該國(guó)半導(dǎo)體領(lǐng)域的一大亮點(diǎn)。但如果該行業(yè)想要成為全球領(lǐng)導(dǎo)者，就需要更多的商業(yè)化和制造能力。

雖然加拿大距離大規(guī)模半導(dǎo)體制造還有很長(zhǎng)的路要走，但MEMS是一種簡(jiǎn)單得多的技術(shù)，只需要適度的制造設(shè)施。雖然 MEMS 可能不是加拿大半導(dǎo)體行業(yè)的前沿，但悠久的歷史意味著，成熟的公司已經(jīng)積累了大量的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，初創(chuàng)公司和大學(xué)研究機(jī)構(gòu)也在不斷創(chuàng)新。

加拿大無(wú)法跟上更廣泛的半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，這可以說(shuō)是該國(guó)發(fā)展MEMS 能力的原因。

CMC Microsystems 總裁兼首席執(zhí)行官 Gord Harling 在接受 EE Times 采訪(fǎng)時(shí)表示：“20 世紀(jì) 80 年代和 90 年代，大學(xué)實(shí)驗(yàn)室無(wú)法跟上半導(dǎo)體投資的步伐，因此他們被迫尋找他們能負(fù)擔(dān)得起的新技術(shù)。幸運(yùn)的是，硅光子學(xué)和微機(jī)電系統(tǒng)并不像其他半導(dǎo)體一樣遵循縮小設(shè)計(jì)規(guī)則的趨勢(shì)。”

阿爾伯塔大學(xué)的?nanoFAB 是一個(gè)集中式開(kāi)放式研發(fā)設(shè)施，專(zhuān)門(mén)從事微納米級(jí)制造和表征，其中包括濕法處理通道。（來(lái)源：阿爾伯塔大學(xué)）

MEMS制造挑戰(zhàn)較少

Harling說(shuō)，這些實(shí)驗(yàn)室擁有的大部分半導(dǎo)體設(shè)備都非常適合，不需要經(jīng)常更換。“MEMS 和光子學(xué)更多地與智力、巧妙的設(shè)計(jì)和處理有關(guān)，而不是與資本設(shè)備有關(guān)，”Harling說(shuō)。“MEMS 的難點(diǎn)在于，該工藝往往針對(duì)每種設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，因此很難獲得大批量生產(chǎn)的好處，除非你挑選你的客戶(hù)。”

MEMS是加拿大半導(dǎo)體計(jì)劃中被認(rèn)定為具有戰(zhàn)略意義的關(guān)鍵領(lǐng)域之一。最近獲得資助的 FABrIC 計(jì)劃包括承諾創(chuàng)建基準(zhǔn)或平臺(tái)流程，人們可以使用這些流程來(lái)創(chuàng)建 MEMS 或光子學(xué)設(shè)計(jì)。Harling 表示，這不是一個(gè)完美的解決方案，但足以向投資者或潛在客戶(hù)展示最小可行產(chǎn)品。他說(shuō)，一旦產(chǎn)品開(kāi)始進(jìn)入批量生產(chǎn)，開(kāi)發(fā)該產(chǎn)品的公司就可以直接與工廠(chǎng)合作，優(yōu)化其設(shè)計(jì)和工藝。

通過(guò) FABrIC 計(jì)劃，CMC Microsystems 正在與加拿大埃德蒙頓的 Applied Nanotools、渥太華的光子制造中心、布羅蒙特的 C2MI 和 Teledyne、3IT、4D 實(shí)驗(yàn)室等合作，開(kāi)發(fā)具有流程描述或流程設(shè)計(jì)套件 (PDK)、設(shè)計(jì)示例、培訓(xùn)和其他工具的平臺(tái)流程。

Harling表示，CMC 每年在 MEMS 領(lǐng)域制造 80 或 90 個(gè)原型，在光子學(xué)領(lǐng)域制造約 180 個(gè)原型。“這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他國(guó)家，我們擁有出色的技術(shù)基礎(chǔ)。”

盡管加拿大在微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域擁有強(qiáng)大的技術(shù)基礎(chǔ)和悠久的學(xué)術(shù)研發(fā)歷史，但其創(chuàng)新可能并未獲得充分的贊譽(yù)，因?yàn)槠浼夹g(shù)最終往往被用于國(guó)外開(kāi)發(fā)的應(yīng)用。

溫莎大學(xué)（該校是微機(jī)電系統(tǒng) MEMS 研究實(shí)驗(yàn)室所在地）教授 Sazzadur Chowdhury 表示，加拿大在 MEMS 方面的研究活動(dòng)大部分都是與美國(guó)公司合作進(jìn)行的。專(zhuān)利通常在美國(guó)申請(qǐng)，這意味著很難估計(jì)加拿大 MEMS 技術(shù)在蘋(píng)果 iPhone 等商業(yè)電子產(chǎn)品中的實(shí)際應(yīng)用量。他指出，根據(jù)加拿大統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)，過(guò)去二十年來(lái)，加拿大電氣工程領(lǐng)域的專(zhuān)利數(shù)量急劇下降。

加拿大MEMS需要更多投資

進(jìn)行研發(fā)的成本很高，Chowdhury 指出，加拿大最大的 MEMS 公司 Teledyne Technologies 的 MEMS 代工廠(chǎng)位于魁北克省的 Bromont，但它并不是一家加拿大公司。（該公司在艾伯塔省埃德蒙頓的工廠(chǎng)是其于 2019 年 9 月收購(gòu)加拿大 MEM 先驅(qū) Microlayne 的結(jié)果。）

Chowdhury 補(bǔ)充道，加拿大在 MEMS 和半導(dǎo)體方面的投資與美國(guó)相比相形見(jiàn)絀。“將 CHIPS 法案的 520 億美元與加拿大在同一時(shí)期的 2.4 億美元進(jìn)行比較。這說(shuō)明了一切！”他補(bǔ)充說(shuō)，歐盟目前有《歐洲芯片法案》。

Chowdhury表示，加拿大如果要發(fā)展包括 MEM 在內(nèi)的半導(dǎo)體能力，就需要有自己的《CHIP 法案》，MEM 具有廣泛的用途，包括電動(dòng)汽車(chē)、衛(wèi)星、手機(jī)、電視和微波爐。

他說(shuō)，加拿大大學(xué)需要更多資金來(lái)支持研究，并為其提供必要的設(shè)備以及商業(yè)化能力。“我們需要擁有自己的商業(yè)化生態(tài)系統(tǒng)或商業(yè)化網(wǎng)絡(luò)，”Chowdhury說(shuō)。“商業(yè)化網(wǎng)絡(luò)不存在。他們必須在加拿大開(kāi)展所有的微電子活動(dòng)。”

曼尼托巴大學(xué)普萊斯工程學(xué)院教授道格拉斯·布坎南也表達(dá)了同樣的看法。他說(shuō)，大學(xué)正在努力想辦法讓工程師和商人走到一起，但目前加拿大大學(xué)進(jìn)行的大部分研究成果都被加拿大以外的國(guó)家采用——其中大部分被美國(guó)采用，因?yàn)槊绹?guó)就在加拿大隔壁。

他說(shuō)，專(zhuān)注于 MEMS 對(duì)加拿大來(lái)說(shuō)是有意義的，因?yàn)榧幽么笥肋h(yuǎn)無(wú)法進(jìn)行 CMOS 或 DRAM 級(jí)制造，因?yàn)槌杀咎吡恕！拔覀儾粫?huì)很快在這里生產(chǎn) DRAM。資本投資高達(dá)數(shù)百億美元。”

Buchanan 補(bǔ)充說(shuō)，MEMS的尺度在微米級(jí)，而不是納米級(jí)。“就尺寸而言，兩者相差了三個(gè)數(shù)量級(jí)，”他說(shuō)。“這樣做更容易，因此成本也更低。”

需要更多初創(chuàng)企業(yè)

布坎南曾在沃森實(shí)驗(yàn)室工作了 16 年，與來(lái)自世界各地的人共事，包括諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者。他說(shuō)，加拿大大學(xué)的研發(fā)水平與世界任何地方一樣好。“加拿大大學(xué)的研究是一流的。但事實(shí)是，我們沒(méi)有足夠的人愿意創(chuàng)建一家初創(chuàng)公司并嘗試讓事情起步，”他說(shuō)。“這是一種不同的思維方式。”

加拿大確實(shí)有一些衍生活動(dòng)。MEMS Vision 是蒙特利爾麥吉爾大學(xué)的衍生公司，總部位于該市，并在埃及設(shè)有設(shè)計(jì)中心，總員工人數(shù)超過(guò) 50 人，運(yùn)營(yíng)時(shí)間約為 15 年。

該公司的重點(diǎn)是環(huán)境傳感器和超聲波傳感器。MEMS Vision 首席產(chǎn)品經(jīng)理 Hani Tawfik 在接受 EE Times 采訪(fǎng)時(shí)表示，該公司設(shè)計(jì) MEMS 和集成電路，并將于 2025 年或 2026 年初推出首款此類(lèi)細(xì)顆粒傳感器。

他說(shuō)，該公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一系列從零開(kāi)始開(kāi)發(fā)的 MEMS 工藝。MEMS Vision 最初專(zhuān)注于 IP 開(kāi)發(fā)，并于 2019 年發(fā)布了其首款傳感器。

MEMS Vision 的產(chǎn)品組合包括濕度和溫度傳感器，例如其 MVH4000 系列傳感器。（來(lái)源：MEMS Vision） Tawfik表示，MEMS Vision 將繼續(xù)與麥吉爾大學(xué)和魁北克大學(xué)合作，這兩所大學(xué)為原型設(shè)備提供潔凈室和制造設(shè)備。“與大學(xué)的合作非常有幫助。”

他說(shuō)，這種潔凈室生態(tài)系統(tǒng)是加拿大 MEMS 行業(yè)的優(yōu)勢(shì)之一，因?yàn)?MEMS 具有高度定制性。“如果你沒(méi)有潔凈室來(lái)創(chuàng)新你正在構(gòu)建的工藝，那么你將很難制造出具有競(jìng)爭(zhēng)力的設(shè)備。”

Tawfik表示，加拿大還擁有大量受過(guò)良好教育的人才。“這對(duì)加拿大來(lái)說(shuō)是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。”他說(shuō)，盡管通過(guò)加拿大半導(dǎo)體委員會(huì)等舉措，情況正在得到改善，但該國(guó)缺乏的是整個(gè)行業(yè)的合作。

Tawfik 補(bǔ)充說(shuō)，加拿大還需要更強(qiáng)大的制造能力，因?yàn)橄?MEMS Vision 這樣的公司經(jīng)常出國(guó)到東南亞進(jìn)行制造

總體而言，加拿大的 MEMS 需要更多投資才能與世界其他國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)。Tawfik表示，如果加拿大想成為北美 MEMS 領(lǐng)導(dǎo)者，就需要利用這些地緣政治變化。“現(xiàn)在有這樣的機(jī)會(huì)，但需要投資。” 審核編輯 黃宇