應用觸角擴大延伸　MEMS動作感測器商機再起

穿戴式/醫療成發展新目標

圖1 亞德諾半導體亞太區MEMS市場經理趙延輝表示，穿戴式市場將會是推動MEMS動作感測器成長的關鍵。

此外，趙延輝也提到，穿戴式產品還可配戴於動物身上，比如說進行寵物監測；或是可配戴於乳牛身上，偵測其狀態，並透過偵測數據，分析出乳牛何時進入發情期，以提高繁殖效率。此方式在歐美國家已有業者使用，而亞太地區還處於研發階段。

趙延輝指出，基於穿戴式產品市場驅動，未來MEMS感測器勢必會走向低功耗、小體積、低成本及高整合度的設計方式。以ADI為例，該公司目前所推出的產品皆以低功耗、小體積為主要導向，像是應用於小米手環中的ADXL362，便是以低功耗著稱。該元件為一款3軸MEMS加速度計，輸出資料速率為100Hz時功耗低於2μA，在運動觸發喚醒模式下功耗為270nA。針對市場需求，未來ADI將持續研發穿戴式解決方案，預計2016年發布ADXL362下一代產品。

Bosch Sensortec亞太區總裁百里博(Leopold Beer)也認為，低功耗、高整合度的穿戴式感測器會是未來趨勢。例如Bosch之前所開發的BHI160與BHA250，便是感測器與DSP的系統封裝(SiP)整合產品，其能源效率比目前一般感測器中樞高4倍。

據悉，BHI160與BHA250感測器功能完全相同，唯一差異是BHI160感測器整合一個6軸慣性測量元件，由一個3軸陀螺儀與一個3軸加速計所組成。BHA250因無陀螺儀，體積更精巧，也更節省成本，提升原始設備製造商(OEM)在不需使用陀螺儀的狀況下對電子羅盤應用的設計彈性。

百里博透露，該公司接下來會進一步加強解決方案所提供的內容，除了已經啟動的零件產品線、超低耗電整合感測器中樞(BHx)產品線，以及針對物聯網(IoT)應用的BNO與整合感測器與微控制器(BMF)產品線，也會針對穿戴式與IoT應用擴展該公司產品。

針對穿戴式市場，英飛凌也推出低功率MEMS氣壓感測器—DPS310(圖2)。DPS310以電容感測為基礎，可在寬廣的溫度範圍內，甚至在溫度快速變化之際，維持一貫的高度準確性。英飛凌射頻及感測元件、電源管理及電子事業處資深行銷經理潘哲源表示，DPS310優勢為在高精度模式下可精準感測到5公分距離內的氣壓變化，準確測出使用者走路、爬樓梯或運動時的每一步變動。此外，DPS310還可用於室內導航、氣候預測等，並可根據使用者應用模式不同，設定功率分配。

圖2 英飛凌低功率MEMS氣壓感測器--DPS310，可測得5公分距離內的氣壓變化。

意法半導體類比、微機電與感測元件技術行銷與應用工程經理蘇振隆則指出，動作感測器的應用面不斷擴張，在消費性電子方面已經出現非常多產品；而隨著醫療界開始關注並探索如何利用植入式醫療設備為其他慢性病患者進行輔助治療，醫療級MEMS感測器產品也逐漸受到關注。

為因應此一需求，意法於2015年推出適用於美國食品藥物管理局(FDA)第三級植入式醫療應用的醫療級專用超低功耗3軸加速度計--MIS2DH。蘇振隆表示，透過此類感測器，可提高治療效果和病患的生活品質，避免資源浪費。例如心律不整的病患，將MIS2DH結合心律器，植入人體之後，便可監控心臟跳動頻率。當病患心臟跳動頻率出問題時，該感測器便可發出警告至醫院服務系統，醫師便能即時掌握患者情形，通知病患回院看診。

穿戴式裝置可量化民眾生活，將個人日常生活中心理及生理偵測來的數值加以分析，有效評估、改善個人生活品質；而醫療級產品則可持續監測病患的生理資訊，其監測數據可協助醫療診斷，甚至邁向整合式預防醫療的服務模式。綜上所述，隨著智慧手機市場日趨飽和，MEMS製造商紛紛開始找尋動作感測器新商機，而穿戴式裝置和醫療應用因貼近民眾生活需求，極具發展潛力，吸引業者相繼投入。

無人機新契機　MEMS業者紛紛搶進

除穿戴式裝置與醫療級產品為MEMS感測器商機帶來新曙光之外，無人機也成動作感測器發展新契機。趙延輝表示，從市場需求上來看，未來MEMS感測器將會朝兩個方向發展。第一個方向為超低功耗、小體積與低成本，以滿足消費性電子產品需求，像是上述提到的穿戴式裝置；第二個方向則為高精度、高穩定性，以符合較複雜的應用，例如中高階無人機。這兩個方向將是未來推動MEMS感測器成長的動能。

因應此一趨勢，ADI的動作感測器除持續拓展穿戴式應用之外，也將積極搶進無人機市場。趙延輝指出，無人機的發展重點為提升可靠性及用戶體驗。

因此，ADI目前主要策略為協助客戶改善無人機的穩定性與可靠性，藉此提升用戶體驗。舉例而言，為克服溫差挑戰，使無人機在不同的溫度之下，皆能有穩定的飛行狀況，其感測器須具備良好的溫度重複性，才可使得客戶在進行溫度校準時，獲得精準的溫度曲線。

同時，為提升無人機整體之可靠性，ADI還提供客製化的整合性感測器，依客戶需求將不同感測器，如陀螺儀、加速度計、磁力計或氣壓計等，整合至單一晶片，使客戶在感測器之使用上，具備更多選擇。換言之，幫助客戶實現無人機長期穩定性，提供客製化、高精度與高穩定的感測器，為ADI現今在無人機市場的主要布局策略，而目前也與中國無人機大廠大疆有所合作。

不讓ADI專美於前，其餘MEMS製造商也積極開疆拓土，布局無人機市場。飛思卡爾(Freescale)感測器資深營銷與市場開發經理高小龍表示，該公司已具備9軸MEMS動作感測器，可應用於無人機上。該9軸感測器分別是由3軸數位陀螺儀--FXAS21002C、高精確度3D磁力計--MAG3110，以及12位元加速度感測器--MMA8652FC組合而成；此外，飛思卡爾還能提供客戶原始碼，使客戶可基於此一9軸感測器方案發展相關產品。

另一方面，為避免意外發生，無人機須建立一個完善的防撞機制；而意法旗下的雷射Proximity Sensor，可實現此一功能；蘇振隆指出，將該感測器配置於無人機上，可測量與物體間的距離，當偵測到異物時就可立即進行迴避。

除意法之外，英飛凌也具備相關產品可避免無人機發生撞擊事故，提升操控安全性。英飛凌射頻及感測元件、電源管理及電子事業處經理吳柏毅提到，該公司目前已發表的24GHz雷達感測器，可偵測物體間的距離、方向、速度或是旋轉角度等，並利用演算法計算偵測結果，分析周遭物體狀況，防止碰撞。

繼穿戴式與醫療產品之後，無人機市場也逐漸抬頭，牽動MEMS感測器朝更高精度、高穩定性發展，創造更嶄新的人機互動體驗。

功能再翻新　整合性將成未來發展趨勢

顯而易見地，在物聯網帶動之下，MEMS感測器應用更加多元；而能滿足民眾對周遭環境品質要求的環境感測器，更是目前的熱門選項。工研院南分院微系統中心副主任許郁文認為，隨著感測器的部署及重要性日與俱增，不論是目前「錢」景大好的環境感測器或是已成熟的動作感測器，未來勢必會朝MEMS多功能整合(Combo)設計發展。原因在於此一設計方式不僅可提供互補效益，提升整體感測器性能，還能降低業者營運成本。

趙延輝表示，多功能整合設計可說是由手機所帶動。由於目前智慧手機越做越薄，整合度越來越高；為使3軸加速度計/陀螺儀/磁力計，甚至增加一個氣壓計，可順利應用於手機當中，MEMS感測器勢必會朝多功能整合方向設計，以降低印刷電路板空間、成本及功耗。目前整合式MEMS感測器除廣泛應用於行動裝置之外，工業市場及高階消費性電子產品的需求量也越來越多，ADI已針對不同客戶需求，提供客製化的多功能整合設計感測器。

此外，趙延輝進一步指出，過往MEMS供應商大多只提供硬體，軟體部分往往是由客戶自行負責；為因應物聯網發展，提供更完整、準確的分析數據供客戶參考，軟硬體整合也將是未來MEMS感測器的重點設計趨勢。例如過往加速度計應用於工廠中，只能捕捉到設備震動訊息是否異常，而無法進一步分析是何處或是何種原因而產生異常。若將加速度計與分析軟體相整合，便可於偵測到震動異常時，即時提供客戶及維修人員異常原因和位置，甚至進一步作出預警，避免更多損壞。

據了解，ADI目前也積極發展軟硬體整合之MEMS感測器，並已研發出相關產品，如ADIS16228，便是3軸加速度計整合ADC運算處理器，以滿足不同運用的需要。與此同時，ADI也與第三方業者合作，像是軟體廠商邁斯沃克(MathWorks)，藉助其數據訊號處理和軟體能力，結合該公司的硬體技術，共同研發新產品。

百里博也認為，目前MEMS感測器最主要的趨勢便為發展整合性產品。不論從硬體整合(SiP)或者是功能性整合(硬體+軟體)的觀點來看，都能發現這項趨勢。這項趨勢的推動力來自於特定的應用要求。例如，中階智慧型手機通常會使用到加速計及磁力計，因應這些要求越來越多人採用電子羅盤整合工具(SiP)，以及針對Andriod系統的電子羅盤軟體。

此外，目前市場上也看到有些智慧型手機製造商為了電源效率而在應用處理器以外採用感測器中樞；針對此應用，具有整合感測器資料融合(內部中樞)的IMU(加速計+陀螺儀SiP)則是誘人的解決方案。

總而言之，隨著物聯網發展熱潮持續擴散，不僅刺激MEMS感測器市場成長，亦驅動MEMS業者加速朝向多軸及多功能整合設計發展，進而延伸出多種異質功能整合的感測器產品，諸如動作加生物感測器，或是將MEMS麥克風整合至環境感測器與穿戴式產品等，新產品及應用正如雨後春筍般冒出頭來，持續為MEMS感測器帶來新商機與新話題。