新興應用抬轎　MEMS遍布消費性電子

消費性電子的新應用，促使微機電系統(MEMS)元件滲透率不斷提高。舉凡蘋果(Apple)iPhone 4S的Siri語音功能、室內定位，以及近期業者大力布局的擴增實境(AR)、定址服務(LBS)等，在在帶動各種MEMS元件的需求攀升。此外，MEMS元件價格「溜滑梯」，也驅動多自由度(DoF)MEMS迅速普及。

圖1　Bosch Sensortec執行長Frank Melzer指出，該公司電子羅盤內的三軸加速度計與磁力計皆自行研發，可確保產品可靠性。

根據IHS iSuppli分析，市場上有越來越多新功能如定位檢測、滾動、姿態檢測、計步器、傾斜檢測等，為MEMS感測器創造大量新商機。預估2011∼2013年，消費性電子用MEMS感測器的年複合成長率將達21%。

Bosch Sensortec執行長Frank Melzer(圖1)表示，消費性電子的新應用不斷驅動裝置導入MEMS元件，如更精確的導航、室內定位與其衍生的應用，對於加速磁力計、壓力計、加速度計與陀螺儀進入消費性電子有相當大的助益，並促使業者開始利用自有的MEMS元件發展多自由度產品。

MEMS麥克風加持　語音控制成人機介面新寵

語音控制更直覺、更貼近人們操作模式的特性，可望成為新一代人機介面。由於說話可更直接表達所想，在操控各種裝置時可更為準確，因此在蘋果iPhone 4S推出Siri語音控制功能後，隨即受到市場重視。

圖2　歐勝微機電系統技術總經理Mark Hesketh表示，該公司的MEMS麥克風可協助終端裝置架構更好的溝通介面。

歐勝(Wolfson)MEMS技術總經理Mark Hesketh(圖2)表示，包括觸控、非接觸式紅外線或超音波、手勢與聲控等各種人機介面皆不斷的發展，以期帶給使用者最直覺式的操作模式，其中，在蘋果Siri的推動下，聲控更可望成為未來消費性電子產品人機介面的重要一員。

事實上，推出Siri的蘋果相當看好未來語音控制人機介面的前景。蘋果前執行長賈伯斯(Steve Jobs)即曾暗示，語音控制將為未來智慧型電視(Smart TV)與消費者溝通的方式，打破電視機與使用者間的操作隔閡，並提供消費者最易使用的人機介面。

聲控功能也為MEMS麥克風帶來新的市場契機。Hesketh指出，以聲控人機介面應用需求而言，必要的條件包括音訊清晰度、音頻訊號處理演算法、低失真、寬廣頻率回應，以及較大的動態範圍等，而上述條件得透過MEMS麥克風完成，甚至須要採用麥克風陣列，才能讓裝置收取最清晰的訊號，並做出正確的回應。

為因應聲控人機介面的發展，歐勝已投入一系列MEMS麥克風專案開發，使產品能進一步提供符合上述所有需求的最佳功能。

Akustica策略行銷總監Marcie Weinstein認為，為能在安靜或吵雜的環境中精準詮釋所輸入的語音，手機對語音品質的需求較過去高出許多。唯有使用麥克風陣列，並配合波束成型(Beamforming)與雜訊抑制軟體，才能獲得高品質的語音輸入。由於MEMS麥克風比傳統駐極體電容式麥克風(ECM)更精巧，同時靈敏度與相位更符合需求，因此手機製造商認為微機電麥克風是追求小體積、高性能的理想方案。

山寨業者漂白　MEMS麥克風需求增溫

除了聲控助長MEMS麥克風滲透率外，中國大陸山寨機廠商積極轉型為品牌手機廠，亦提高MEMS麥克風導入比重。受到國際品牌廠商強打低價智慧型手機的影響，山寨手機的價格優勢逐漸喪失，在利潤與銷售量不復以往的狀況下，山寨手機業者紛紛轉型為中國大陸本土手機品牌廠商，而為與國際業者競爭，中國大陸手機業者開始採用成本較高的MEMS麥克風，以提高手機品質。

圖3　鑫創科技市場行銷處協理林育川表示，該公司的CMOS MEMS麥克風已獲得中國大陸品牌手機業者採用。

鑫創科技市場行銷處協理林育川(圖3)表示，目前山寨手機業者面臨品牌廠商推出人民幣1,000元智慧型手機的極大競爭壓力。過去，山寨業者組裝一支手機的利潤約為人民幣1元，現在已降到人民幣0.5元，使用MEMS麥克風的機率相對較低，然而為了提高營收，山寨業者開始走自創新品牌的路線，因此也開始重視手機產品的通話品質與效能表現，並導入MEMS麥克風。

另一方面，語音品質的提升須仰賴噪音消除技術，也讓手機中的MEMS麥克風從一顆增加為最少兩顆。林育川指出，現階段，MEMS麥克風收音後將轉為數位訊號，而數位訊號最大的弱點則是雜訊干擾，若雜訊太多，自然影響手機語音品質，因此手機業者致力發展主動式消噪技術，以兩顆以上的麥克風陣列，來減少雜訊干擾。

林育川並強調，MEMS麥克風可透過自動化產線的方式嵌在印刷電路板上，相較ECM須以人工將元件焊在板上方便，也是促使轉型後山寨業者採用MEMS麥克風的原因之一。

未來，除了手機外，周邊應用也充滿MEMS麥克風商機，林育川認為，手機免持聽筒收音端中，若要有更清晰的收音與發話品質，MEMS麥克風將是最佳的選擇，更何況，MEMS麥克風既薄且小，相當符合免持聽筒收音端微型化的需求。

Win 8/Android添助力　陀螺儀成手機/平板標配

MEMS麥克風加速導入消費性電子的同時，陀螺儀也大舉進駐手機與平板裝置(Tablet Device)。隨著Android 2.2版以上的作業系統，以及微軟(Microsoft)預計2012年推出的Windows 8，皆將三軸陀螺儀列入基本支援配備，將加快手機與平板裝置製造商導入陀螺儀速度，並讓九軸MEMS動作感測器發展更加蓬勃。

圖4　意法半導體技術行銷經理郁正德表示，九軸MEMS感測器已逐漸從選配功能，成為手機與平板裝置必備元件。

意法半導體(ST)技術行銷經理郁正德(圖4)表示，根據微軟所公布的作業系統架構內容，Windows 8將三軸加速度計、三軸磁力計與三軸陀螺儀視為系統最基本要求，而Android 2.2版本之後的作業系統也是如此，將驅動陀螺儀在手機與平板裝置的成長動能，且有助於打破智慧型手機與平板裝置以六軸MEMS感測器為主流的發展現狀。

郁正德進一步指出，由於新推出的筆記型電腦或平板裝置外觀設計變化日趨多樣，若是面板設計為可轉動、滑動等功能，僅有加速度計與磁力計將無法即時計算出面板精確的轉動角度，也無法達到電子防手震的功能，因而促使Windows 8及Android作業系統大舉支援三軸陀螺儀。

另一方面，除了終端產品的設計外，相關應用的開發也是促使陀螺儀獲得Windows 8與Android 2.2作業系統青睞的原因。郁正德強調，雖然加速度計與磁力計即可支援某些定址服務(LBS)應用，但卻無法做到陀螺儀可在隨時變換角度、快速移動後，即時顯示位址資訊的能力，甚至還有可能當機，讓陀螺儀更加受到系統業者的重視。

多自由度MEMS大勢所趨

圖5　飛思卡爾感測器部亞太區產品市場經理嚴更真表示，行動裝置提供消費者直覺、基於動作的介面，為對MEMS感測器的需求來源。

為更節省行動裝置印刷電路板(PCB)空間，並提供更完備的感測效能，MEMS元件亦開始進行整合，因此多軸又稱為多自由度的MEMS成為各家廠商布局的重點。包括意法半導體、Bosch Sensortec、亞德諾(ADI)與利順精密等，皆陸續推出多自由度的產品。Melzer指出，目前Bosch Sensortec已推出整合三軸磁力計與三軸加速度計的電子羅盤，未來將視市場需求推出更多軸的產品。

飛思卡爾(Freescale)感測器部亞太區產品市場經理嚴更真(圖5)表示，針對消費市場，飛思卡爾除已提供單軸和兩軸加速計，並且正在研發三軸數位和類比加速計。藉MEMS技術的持續演進，六軸MEMS感測器將達更高的效能水準，符合實現高精確度動作和位置偵測的應用要求，某些消費電子產品正在向精確度更高的要求發展，但目前的價格點是一個制約因素。

圖6　Bosch Sensortec市場行銷總監Leopold Beer表示，2012年消費性電子對六軸電子羅盤將出現大量需求。

Bosch Sensortec市場行銷總監Leopold Beer(圖6)表示，整合式解決方案是否可行，有效率的封裝技術是關鍵因素，因此每一感測器元件的尺寸皆扮演極為重要的角色。除組件外，感測器訊號融合也是一項挑戰，唯有具備所需軟體技術的MEMS供應商才能克服此一問題，並將演算法最佳化。嚴更真則認為，因感應器種類多元、技術差別較大，所以供應商必須擁有全面的感應器技術和產品線，同時還要在嵌入式微控制器、演算法和作業系統等方面有深厚的基礎，才能開發符合市場需求的多軸元件。

陀螺儀價格續降　九軸MEMS發展添動能

陀螺儀價格不斷下殺，讓中低階智慧型手機採用九軸MEMS感測器機會大增。由於陀螺儀單顆售價仍約落在2美元，導致現階段僅少量高階智慧型手機內建九軸MEMS感測器，隨著2012年陀螺儀的單價下滑到1.5美元左右，將促使九軸MEMS感測器逐漸滲透到中低階智慧型手機。

利順精密表示，行動裝置中，特別是智慧型手機，導入由三軸加速度計、三軸磁力計與三軸陀螺儀組成的九軸MEMS感測器雖已逐漸發酵，然而受限於陀螺儀的價格仍高居不下，對手機系統廠而言，除了主處理器外，周邊元件單價若高於1美元，都是相當大的成本支出，因此目前僅蘋果iPhone等高階機種內建九軸陀螺儀。

也因陀螺儀售價仍高，因此目前大多數的智慧型手機，無論中高低階，皆以內建三軸加速度計、三軸磁力計的六軸產品為主。利順精密認為，2012年陀螺儀的單顆售價若可如市場期望降至1.5美元，九軸MEMS感測器將被更多手機業者接受，並跨足中低階智慧型手機市場。

事實上，陀螺儀未能迅速在手機市場開花結果的另一主因在於相關應用太少。利順精密指出，主宰手機採用MEMS感測器的最大關鍵是遊戲，而六軸MEMS感測器已足以應付現下90%的遊戲操作所需。不過，未來AR與LBS相關應用發展更完備後，對陀螺儀的需求也將大增。

值得注意的是，九軸MEMS感測器的核心在於陀螺儀，因此一旦九軸MEMS感測器已成大勢所趨，加速度計、磁力計將須和陀螺儀搭配。利順精密認為，屆時具備陀螺儀研發能力的廠商，在MEMS市場將更具競爭力，也將促使未有陀螺儀的MEMS元件供應商積極投入開發。

補上高階產品缺口　MEMS振盪器火力全開

除了陀螺儀與加速度計等持續進駐消費性電子產品外，MEMS振盪器的發展也有大躍進。隨著美商賽特時脈(SiTime)推出業界第一款三級鐘(Stratum 3)MEMS振盪器，讓MEMS振盪器取代傳統石英振盪器的攻勢，由以往中低階市場，延伸至高階領域。

圖7　SiTime市場行銷副總裁Piyush Sevalia表示，MEMS振盪器追上石英振盪器的時間應不遠矣。

SiTime市場行銷副總裁Piyush Sevalia(圖7)表示，MEMS振盪器憑藉高整合度、多功能與低成本的特性進軍市場，試圖取代傳統石英元件，但現階段產品卻只能滿足中低階應用市場需求；隨著符合三級鐘MEMS振盪器方案的推出，不僅該公司產品從低階到高階一應俱全，也讓MEMS振盪器正式跨入電信、網路基礎設施等高階市場，可望加速取代傳統石英振盪器，於全球50億美元振盪器市場中拿下更大占比。

在網路與電信市場，或是量測儀器、智慧電網(Smart Grid)等應用中，對於三級鐘所要求的20年4.6ppm，以及24小時內小於0.37ppm的穩定性，需要高精密的石英振盪器才能符合，目前業者大多採用恆溫石英晶體振盪器(OCXO)與溫度補償石英晶體振盪器(TCXO)，市場規模約可達2億美元。

Sevalia指出，OCXO與TCXO在工作頻率支援範圍有限，僅為5M～10MHz，且有抗震與抗衝擊能力不佳、封裝尺寸較大與成本較高等問題；而透過先進的製程技術，三級鐘MEMS振盪器可達到高出七至十倍的抗震、抗衝擊能力，工作時間可達5億小時，遠大於OCXO與TCXO的2,000萬小時，更重要的是，可支援1M～220MHz工作頻段，成本也可較OCXO與TCXO低15～20%。

據Yole Dveloppement預估，未來幾年MEMS振盪器的年增率均可達100%以上，而傳統石英振盪器則僅約3～5%的成長率。Sevalia強調，補足三級鐘MEMS振盪器，以及甫推出的差分振盪器與壓控矽振盪器等產品後，SiTime將可提供客戶最完整的振盪器產品，加速取代傳統石英振盪器。

MEMS市場加入新血

圖8　快捷半導體技術長Dan Kinzer表示， 該公司已將MEMS元件作為未來三大產品線之一。右為亞太區市場行銷暨應用工程副總裁與台灣總經理藍建銅

MEMS市場的火熱吸引廠商競相加入。專注於類比、電源管理的快捷(Fairchild)看準原始設備製造商(OEM)對MEMS動作感測器的需求不斷攀升，透過授權Sandia國家實驗室Sandia超平多層MEMS技術正式進入MEMS市場。

快捷半導體技術長Dan Kinzer(圖8左)表示，目前該公司將以動作感測器以及MEMS光學元件為主要發展的重點，以滿足消費性電子市場對於導航、遊戲等應用的需求。

快捷已在位於South Portland的6吋晶圓廠開始量產MEMS元件。快捷亞太區市場行銷暨應用工程副總裁與台灣總經理藍建銅(圖8右)指出，預期MEMS產品在1～3年內會開始挹注公司營收，而該公司雖為新進業者，但快捷除了授權SUMMiT IV技術外，也將率先推出業界最高十一自由度的MEMS產品，作為進軍MEMS市場的重要手段。