对于反向还原工程厂商而言，其主要之任务便是深入探讨技术内部，拆解集成电路与电子系统，以为客户提供相关的工程信息。而不同的客户也有不同的需求，有些对技术情报感兴趣，有的则对专利情报感兴趣。
对技术情报感兴趣的通常都是制造商，这些厂商将反向还原工程用于产品开发，或者市场战略推广以及同类产品研究等用途上；而对专利情报感兴趣的客户通常是专利律师或制造商内部的知识产权部门。
由于业界对先进CMOS制程怀有浓厚的兴趣，因此Chipworks也以CMOS制程技术为主，分析了其中各种类型的芯片。在本文中，将针对微机电（Micro Electro-Mechanical System；MEMS）领域选择一款具代表性产品进行反向还原分析，这就是德州仪器（Texas Instruments；TI）所研发的数字光处理器（Digital Light Processing；DLP）投影组件。
德州仪器数字光处理器
TI从1987年开始开发DLP MEMS产品，于1994年正式推出，而产品于市场的成长速度亦逐渐增加。2004年12月TI宣布其销售数量达到500万套，高出2004年4月的300万套，美国微计算机传真杂志（PC Magazine）在德州仪器首度推出DLP技术时表示：「这是史上最奇怪的发明技术─最具巧思与最特别的微机电技术」。而在短短几年之间，DLP也成为全球前投影与背投影市场的主要技术之一。根据日本Techno Systems Research的报告指出，德州仪器DLP子系统出货量于2004年一年之内即超过265万套，成为全球最大投影子系统供货商，到今天为止，其销售量已超过1000万套。而太平洋媒体协会（Pacific Media Associates）的数据也显示DLP前投影技术市占率已于2004年突破47％，DLP俨然成为全球前投影与背投影市场的主流技术之一。
DLP是真正的数字投影和显示技术。利用接受数字视频，进而产生一系列的数字光脉冲，而眼睛会把这些接收到的数字光脉冲讯号解译成为彩色模拟影像。DLP技术是德仪在1987年所发明的一种速度极快的反射性数字光开关。该技术是以一种MEMS组件做基础，称之为数字微型反射镜组件（Digital Micromirror Device；DMD）。DMD微芯片上面有着数量庞大的超小型数字光开关，是一种由铝金属制成的绞接式反射镜，面积小（14微米）、外观四方。在接受电子讯号代表的数据字符后产生光学字符输出。DMD周围环绕着许多必要功能，例如图像处理、内存、格式转换、时序控制、光源和投影光学系统，它们可以接受数字影像，然后在不降低画质的情形下，把这些影像投影到投影幕。而DLP投影系统究竟该采用一颗或三颗DMD芯片则取决于成本、光源效率、功耗、重量和体积等多项因素。而采用一颗或三颗DMD芯片则需视其应用领域而定。
首先先来讨论单芯片DLP子系统。单芯片的DLP技术最主要运用在商用数据投影机、家庭娱乐投影机以及大屏幕背投电视上。它的原理是将灯泡发出的光线透过聚光镜，聚焦在穿透性色轮（transmissive color wheel），然后再将通过色轮的光线透过第二组镜片均匀聚焦在DMD组件表面。而随着反射镜旋转状态的不同（＋12度或－12度），光线可能会反射进入或是离开投影镜头的透光孔。单片面版的优点在于可缩小光学系统的体积，减轻重量，使厂商得以发展出携带方便又有弹性的投影机。
而在需要高亮度的会议室、礼堂、研讨会及舞台，就必须以三颗DMD架构式的投影机，提供更高亮度的输出。在具备三颗DMD组件的投影机中，棱镜将灯泡发出的光线分成红、绿、蓝三种原色，将每种颜色分别导向适当的DMD组件，也就是说红光、绿光和蓝光各有一颗DMD组件负责执行光调变。3DMD提供的屏幕像素是三个微反射镜输出的组合/聚光结果，三个各自独立的微反射镜分别调变出红光、绿光与蓝光，进而提供范围更宽广的色彩再生能力。
德州仪器的DLP主要针对四类市场：背投电视、家用、商用以及电影院前投影仪器。本文所分析的DLP系统来自戴尔（Dell）的2300MP投影机，另外还附有DAD1000和DDP2000控制ASIC。
DLP中的MEMS部分实际上是S1076-7402 XGA数字微型反射镜组件（DMD），这是一种对角尺寸为0.7吋的数字光开关，采用了1024×768铝合金微镜数组，在5个晶体管SRAM驱动组件上制造。这些反射镜分为48组，每组都有48行1024个微镜单元。
驱动电路采用0.6μm CMOS制程制造，利用P－/P＋外延基座，然而此处过于微小而无法进行观察。原始晶圆是由德州仪器或者DongbuAnam所制造，另外封装则是在Amkor所进行。
该组件封装在一个牢固的密封玻璃、金属及陶瓷组装件中，构造有些类似砖墙屋子的形状，最后还有一个坚固的散热片和内部吸气条，如(图一)所示。在玻璃里面有一个长方形窗口使得光线只能通向微镜数组，另外在基座还有159个镀金的接触点。
(图二)是从封装中取出的裸晶照片，该组件使用了五个金属层，三个用于CMOS电路，两个用于MEMS上层部分。裸晶边缘的紫色部分是第三金属层（M3），上面覆盖有一层薄的氧化物，经过调整使其尽量不反射光线，该层用于遮挡地址线路。图二的照片是将多张图像组合在一起而得到的拼接效果图。
| 《图六 微镜电路连接到每个微镜下面的SRAM单元转换开关输出端》 |
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(图三)显示了微镜数组的一角，每个镜12.7μm见方，间距为13.7μm。每个镜中央的暗点是支撑点，连在下面扭动的转动点上。(图四)是第五金属层（M5）上微镜的SEM图像，其中有两个镜被拿掉了，而图中也可见到在取出微镜的过程中所产生的一些碎片掉落在其他微镜上。
仔细观察第四金属层（M4）微镜下面的金属，如(图五)，可以发现扭动的转动点呈对角排列，转动点支撑每个像素的右上角和左下角，并从下面连到第三金属层M3。第三金属层的线从像素的左手和右手边连接到相邻像素上，使每行微镜发生偏转。微镜地址电路在转动点的任一边，同样连到第三金属层上。
第四金属层（M4转动层）和第五金属层（M5微镜层）都是在氧化层上利用沉积制程完成，这在SEM图片上并不明显，但是数组中的第三金属层也覆盖了同样一层薄的氧化物作为外围金属，这种暗金属可用来防止当微镜关闭时偏光照射到屏幕上。据说这样可将对比度从800：1提高到超过1500：1。
微镜电路连接到每个微镜下面的SRAM单元转换开关输出端，如(图六)。偏转微镜需要12V以上的电压，所以SRAM单元里7.5V CMOS晶体管是不够的，为了解决这个问题，在微镜偏置总线上施加了一个较大的偏置电压（高达28V）。这个电压加上微镜地址电路偏压，可以提供偏转微镜所需的静电作用力。微镜达到锁定位置后，可用反向微镜偏压使其得到释放。
微镜的锁存与解锁透过二进制数字处理来完成，每个画素的灰阶等级则由微镜的占空系数决定，微镜锁存到投影位置次数所占百分比越高，亮度就越大。微镜的投影光路和黑暗光路角度倾斜相差12度。
在(图七)中可以看到DLP结构的截面图，上面显示了三个常规CMOS金属层，以及薄的（70nm）M4扭转层和M5微镜层。铝合金微镜经过优化处理，反射率约有90％，扭转金属是Al/Ti合金，应该具有很好的扭矩和可靠性能。M5微镜层与转动点金属连接的一面明显很薄，另外还可以看到M4扭转层通孔深深蚀入到了第三金属层M3中。
(图八)是微镜/转动接点TEM放大图，可以清楚地看见转动点非常薄，但即使这样德州仪器仍声称其具有很高的可靠性。可以看出德州仪器在这几年里对其结构进行了简化，从图中的芯片显示微镜直接连在转动点，而德州仪器公布的数据显示微镜是连在一个连接套上，再连到一对转动点，如(图九)。这种简化极有可能使得倾斜角从10度升高到12度，进而提高了光学效率。
显然，DMD是MEMS技术一项非常有意义的应用，其数字驱动系统开关转换速度比起其他例如LCD显示技术都要高上好几个等级，同时光学效率、对比度以及可靠性都要优于PDP和LCD显示技术。因此，DLP技术在显示器市场中的占有率能逐年提高也自有其道理。德州仪器目前在投影机市场拥有近50％的占有率，未来随着技术能力的改进与提升，这个数字也必将随之增加。
（作者为Chipworks资深技术分析师；本文原文曾刊载于MICRO magazine）
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