滿足多元應用　MEMS元件醞釀整合

微機電系統(MEMS)帶動全球龐大商機，除了在2009年引發多宗購併事件(表1)外，「整併」趨勢也蔓延到MEMS元件的設計。

表1　近期MEMS購併事件一覽表　　　　　　　　　　　　　　　　製表者：侯俊宇
時間	金主/特性	購併對象/特性		備註
2009年8月	博世集團 工業、消費性電子與車輛產業產品與服務供應商	阿庫斯蒂克 MEMS麥克風設計業者		博世集團從MEMS重力感測器延伸至MEMS麥克風
2009年10月	羅姆半導體 半導體研發、設計與製造供應商	Kionix MEMS感測器設計業者		羅姆半導體獲得快速進入MEMS領域之專利與技術
2009年10月	住友精密 航太、感測與微電子供應商	Aviza MEMS深蝕刻設備供應商		住友精密得以補強MEMS深蝕刻設備技術
*自2008年12月起，全球晶片設計業者聯發科即傳出有意收購中國大陸MEMS晶片設計業者美新半導體，一般認為，兩者之結合將有助聯發科拓展MEMS產品線、鞏固中國大陸手機市場，同時強化與晶圓代工廠台積電之關係。

資料來源：各公司

在廠商購併部分，如微機電系統大廠博世(Bosch)集團購併微機電系統麥克風鼻祖阿庫斯蒂克(Akustica)，羅姆(Rohm)買下微機電系統晶片設計業者Kionix，住友精密(Sumitomo Precision Product, SPP)收購深蝕刻設備廠商Aviza，再加上市場傳聞已久聯發科與美新半導體(MEMSIC)之購併消息，無一不是為了可觀的商機積極布局。而從產品設計層面來看，由於重力感測元件的整合將成大勢所趨，因此成為業者擴大市占外，積極購併的最大動力。  

成長潛力雖強大　MEMS應用大異其趣  

微機電系統不但成功布局汽車市場，在消費性電子市場也獲得絕佳發展契機，諸如重力感測、電聲元件、投影與印表機等領域的發展皆有不錯的表現。由於消費性電子特別注重低成本與輕薄短小的設計，因此元件整合的走向更是動見觀瞻，亦為各家業者一爭長短之關鍵。  

從表2可以看出微機電系統商機龐大，應用領域相當廣泛，投入業者亦大相逕庭。微機電系統元件一般可分為感測器、麥克風、數位光學處理(DLP)投影、噴墨與其他元件等領域。感測器可再細分為加速度計(Accelerometer)、陀螺儀(Gyroscope)、壓力與溫度等感測，其他元件則包括塊體波濾波器(BAW Filter)與振盪器(Oscillator)等，而微機電系統振盪器則可依成分分為全矽與石英兩種。

表2　2009年微機電系統廠商排名　　　　　　　　　　　　　　　製表者：侯俊宇
排名	廠商	2006營收(百萬美元)	2007營收(百萬美元)	2008營收(百萬美元)	2007～2008營收成長	業務主力		備註
1	意法半導體	30.6	96.8	221.2	128%	加速度計、陀螺儀、壓力感測器		與歐姆龍合作開發之麥克風將於2010年第一季問世
2	安華高	103.9	143.5	210.9	47%	塊體波濾波器
3	德州儀器	457.4	305.0	174.9	-43%	數位光學處理投影
4	樓氏電子	82.8	93.7	119.8	28%	麥克風		目前是站超過90%
5	亞德諾	43.6	74.7	68.9	-8%	加速度計、陀螺儀與麥克風
6	愛普生東洋	13.2	35.9	62.2	73%	振盪器、加速度計、陀螺儀、壓力感測器、溫度感測器		以石英元件為主
7	Panasonic	39.3	46.4	49.2	6%	陀螺儀
8	Kionix	23.9	31.3	43.7	40%	加速度計		於2009年10月時遭羅姆集團購併

資料來源：各公司、iSuppli(06/2009)

而在2006年年底任天堂(Nintendo)的家用電視遊樂器Wii轟動問世後，其帶來之動態感應(Motion Sensing)也推動微機電系統加速度計之升溫，大舉推動相關市場成長。如目前在微機電系統營收排名第一的意法半導體(ST)，就是因為Wii的大幅出貨而沾光，一躍成為龍頭廠商。

除了加速度計之外，微機電系統打造的陀螺儀，除了原先即已遍及高階車款，為駕駛提供車輛防盜、防滑等警示外，隨著人機介面(UI)與應用程式的創新，進而打入手機產業鏈，提供電子羅盤、慣性導航等服務。  

消費性電子/手機敲邊鼓重力感測器成長依舊強勁  

放眼微機電系統元件之相關應用，以加速度計與陀螺儀為主之重力感測器，無疑是市場成長的兩大主力(圖1)。而在手機製造商、應用程式開發商的戮力抬轎下，此類元件逐漸在高階手機中愈見普及，如蘋果(Apple)、宏達電等一線手機大廠均將之視為必備元件，並與協力廠商共同打造適合之應用程式，進而推動相關市場成長(圖2)。而感測器元件的整合，更成為未來大勢所趨，並吸引各家業者投入。

圖1　2006～2013年應用於消費性電子與手機之MEMS加速度計與陀螺儀出貨與營收成長圖

圖2　2008～2013年MEMS加速度計與陀螺儀市場規模與年複合成長率比較圖

圖3　飛思卡爾消費性電子與工業感測器營運經理Wayne Chavez表示，汽車安全、人機介面等皆是帶動微機電系統感測器成長之關鍵。

飛思卡爾消費性電子與工業感測器營運經理Wayne Chavez(圖3)預估，微機電系統市場將會持續大幅成長。而成長最明顯的部分除了安全氣囊系統之類的汽車安全應用、電子穩定性控制與胎壓監控外，就屬手機與遊樂器裝置所使用的動作控制類消費性電子應用。

感測器整合成必經道路  

但隨著感測器之應用持續延伸，也有不少業者將腦筋動到整合多顆感測器上，期盼透過高度整合各種微機電系統感測器，為手機或其他消費性電子製造商提供更高密度、低成本與小尺寸的元件。

一般認為，由於加速度計乃針對固定重力之存在線性或傾斜運動，而陀螺儀則負責高精準度的旋轉檢測，因此為精準描述線性和旋轉運動，終端裝置須要同時採用加速度計與陀螺儀，進而實現線性與旋轉運動數據偵測與追蹤。也因如此，近期不少業者均表態有意在此多所著墨。如意法半導體日前便透露，該公司正在發展結合加速度計、陀螺儀、壓力感測器與微控制器等其他元件之模組(圖4)，並期盼未來步入單一封裝後，得以減少元件數目，有助於降低成本、打造更加精密之元件。

圖4　微機電系統加速度計、陀螺儀、壓力與磁力感測器等元件整合勢在必行。

整合技術門檻提升  

不過，要將原先即極微小之微機電系統感測器再進一步整合，必須仰賴更先進的技術才能達成。Chavez分析，整合式微機電系統可細分為兩種，分別是單體整合(Monolithic Integration)與系統級封裝(System in Package, SiP)。簡單來說，單體整合就是把微機電系統元件和整合線路納入同一片矽晶片中；而SiP則是把微機電系統元件和整合線路納入同一塊封裝當中。而Chavez認為，唯有能提供成本效益、低功率、尺寸小、高效能與高整合度之供應商，才能滿足上述高度整合之需求。  

另外，Chavez也強調，飛思卡爾身為擁有豐富技術的公司，因此有能力提供系統層級解決方案所需的一切核心，除了多重感應器技術外，包括電源管理、有線與無線通訊技術、微控制器(MCU)核心運算及軟體等皆一應俱全，因而可創造出領先市場的產品。  

意法半導體功率與類比元件產品市場經理郁正德則大致認同Chavez對高度整合微機電系統元件所需技術之看法。郁正德指出，該公司從設計、製造、封裝至測試，採「一條鞭」為客戶完成，客戶既毋須假手他人，亦可維持一定品質，故此類服務模式大受歡迎。而意法半導體同時兼具其他關鍵零組件之技術，可協助客戶打造微機電系統以外之周邊元件。

節能/安全不可輕忽　車用市場依舊搶眼

圖5　意法半導體微機電系統與醫療電子事業群車用產品部經理Marco Ferraresi認為，在車輛中裝置MEMS感測器將有助人身安全。

雖然近期用在手機與消費性電子之微機電系統吸引了大眾的目光，但傳統汽車市場採用相關感應器的應用也不斷增加。根據分析報告，汽車安全系統仍處持續上升之發展態勢，更以預防事故發生之主動安全系統為主。另外，微機電系統溫度感應器可協助偵測引擎溫度，也有助提升引擎效能，進而節省二氧化碳排放。  

翻開微機電系統重力感測器之歷史可以發現，車輛才是最早大量採用相關感測器的應用大宗。尤其為了提升人身安全、車輛防盜，重力感測器常與車輛電子的普及呈現正相關。  

意法半導體微機電系統與醫療電子事業群車用產品部經理Marco Ferraresi(圖5)表示，為了在車輛失速打滑時能即時提醒駕駛做出回應，許多高階車款常內建加速度計，一旦重力產生急遽變化便迅速通知，盼將傷亡降至最低。而近期也常見高階車款搭配陀螺儀，提供車輛水平幅度之偵測，若車輛因衝撞導致側翻、抑或竊賊企圖搬動車輛時均可發出警告，有助於生命與財產之保護。  

在提升引擎效能方面，Chavez透露，面對全球二氧化碳之排放法規和不斷上升的汽油價格等問題，不同等級的汽車領域對於引擎控制與效能管理之需求持續擴大。而由於微機電系統感測器與微控制器可互相結合，藉此滿足上述需求。  

值得注意的是，隨著加速度計與陀螺儀之持續演進，航位推算(Dead Reckoning, DR)之未來亦更加可期。一般認為，由於線性加速度計和陀螺儀所偵測到的行車距離(Traveling Distance)和旋轉率(Turn Rate)可結合各式導航系統與電子地圖，因此可實現永不中斷的導航，讓可攜式導航裝置提供更完善的應用服務。  

搭上導航熱潮　QMEMS風潮再起  

圖6　台灣愛普生科技電子零件事業群產品企劃一部經理殷之江透露，搭上高精準度導航之熱潮，石英振盪器可望再掀高潮。

應用在車輛上的微機電系統相關元件，還不僅止於加速度計與陀螺儀而已。透過微機電系統打造的振盪器，由於可協助掌控射頻(RF)訊號，因此受到全球衛星定位系統(GPS)元件業者之歡迎，而其中更以可提供更高精準度的石英微機電系統(QMEMS)振盪器為主，並以在稍早購併東洋通信(Toyocom)之愛普生(Epson)為主要供應商。  

台灣愛普生科技電子零件事業群產品企劃一部經理殷之江(圖6)表示，相較於全矽振盪器，石英振盪器可提供較佳之精準度，因此在追求更高精準度之導航應用上，具有更強大的優勢。  

一般來說，振盪器在通訊系統中均扮演極為重要的角色，不論是載波或本地振盪訊號皆由振盪器產生。在多數的情況下，由於石英具有壓電效應，因此可帶來較小機械振動振幅，同時穩定振動頻率，因此頗受重視精準度之製造商所重視。  

殷之江指出，目前全矽振盪器產品能達到之精準度約為 ±10ppm，與愛普生已推出達±0.5ppm之產品差距頗大。尤其在追逐高度精準應用之導航裝置上，仍有一段距離。  

稍早時愛普生東洋(Epson Toyocom)發表全球最小的32.768kHz石英振盪器產品，其最大尺寸只有2.2毫米×1.4毫米×1.0毫米，能幫助設備製造商縮小產品尺寸，同時提升性能。  

殷之江說，32.768kHz石英振盪器是各類應用中時脈、微控制器子時脈和計時器功能所不可缺少的元件，除手機、數位相機等常見消費性電子產品外，此類振盪器也用於工業測試儀器和機械工具，更普及於導航系統、GPS模組和引擎控制單元等車載系統。隨著近年環保意識抬頭，元件本身常被要求既要保持更強的功能，也要使用更少原物料和能源消耗，進而刺激問世逾60年之高性能石英振盪器重新抬頭。  

常被與石英振盪器相提並論的全矽振盪器，主要以SiTime為主要供應商，並由博世集團提供多項技術支援。全矽振盪器支持者認為，雖然全矽振盪器訊號不如石英元件精準，但由於該類元件在成本上較具優勢，因此仍有發展契機。  

綜觀而言，無論是應用在消費性電子、手機、車輛或導航裝置上，微機電系統由於可滿足在加速度、旋轉、溫度、高度與時脈等精密資訊之感測與蒐集，因此市場不斷擴增，不但吸引更多供應商加入，也同樣迫使老牌業者重新思考可能發展之方向。而隨著相關業者為搶攻市占而奇招盡出，可以預見微機電系統在2010年仍炙手可熱。