行動/穿戴式裝置內建比重大增　MEMS麥克風測試需求高漲

繼動作感測器之後，麥克風將挹注下一波微機電系統(MEMS)成長動能。MEMS動作感測器已成為行動裝置標準配備，成長幅度趨緩；相形之下，MEMS麥克風則在手機、穿戴式電子、車載和家庭自動化設備業者掀起語音辨識發展熱潮激勵下，需求將扶搖直上，並引領產業邁向新成長高峰，因而吸引意法半導體(ST)、Bosch Sensortec、應美盛(InvenSense)，以及眾多MEMS晶片新秀積極卡位。

MEMS麥克風出貨量與日俱增，已帶動龐大的元件測試需求，搶搭此一商機熱潮，近期意法半導體已搶先在台灣成立MEMS麥克風實驗室，期就近服務亞洲區客戶；與此同時，美商國家儀器(NI)也祭出新一代PXI自動化測試方案，並與半導體測試系統整合暨代理商--思衛科技合作，打造出高速、低成本的MEMS麥克風測試系統。

動作感測器成長放緩　MEMS麥克風接棒領漲

圖1　意法半導體大中華區與南亞區類比、MEMS及感測器事業群行銷總監吳衛東提到，該公司日前正式啟用台灣MEMS麥克風實驗室，可協助客戶加速終端產品的測試驗證時程。

意法半導體大中華區暨南亞區類比、MEMS及感測器事業群行銷總監吳衛東(圖1)表示，隨著物聯網(IoT)時代來臨，人對機器(H2M)溝通介面的重要性將更形突顯；其中，尤以直覺、容易使用的語音辨識最具發展潛力，遂刺激MEMS麥克風出貨需求高漲，預估2013～2017年的出貨量年複合成長率(CAGR)將達到兩位數，可望在MEMS動作感測器成長率開始放緩之際，躍居MEMS產業新星。

相較於傳統駐極體電容式麥克風(ECM)，MEMS麥克風基於製程特性，可實現微型封裝尺寸，迎合行動裝置、穿戴式電子邁向極致輕薄的設計要求，同時亦有助提高元件一致性、靈敏度匹配，可強化抗射頻(RF)干擾性能，並簡化雜訊消除演算法的複雜度以降低元件功耗；也因此，MEMS麥克風正加速取代ECM方案，成為語音辨識系統的關鍵零組件。

意法半導體大中華區暨南亞區類比、MEMS及感測器事業群資深技術行銷經理郁正德指出，自蘋果(Apple)率先在iPad和iPhone導入二至三顆MEMS麥克風，大幅改善Siri語音助理及視訊通話使用體驗，並實現波束成形(Beamforming)、環境消噪等功能後，Android陣營的手機品牌大廠也紛紛跟進此一設計策略，甚至規畫擴大採用四到五顆麥克風，從而達成更優異的雜訊抑制效果，並引進更多元的聲音指向辨識、特定音訊強化演算法，提升語音辨識精準度與靈敏度。

除行動裝置導入MEMS麥克風數量可望翻倍外，吳衛東強調，智慧手表、智慧眼鏡等穿戴式電子因操作空間有限，將以語音控制為主要人機介面；此外，車載語音辨識系統也開始大量採用高精準度、品質穩定且耐高溫的MEMS麥克風，以減輕外在噪音干擾，在在促進MEMS麥克風出貨量激增。

為搶占MEMS麥克風市場商機，包括意法半導體、Akustica(已併入Bosch Sensortec)和瑞聲科技(AAC)皆不斷擴充產品陣容，而應美盛近期則購併亞德諾(ADI)MEMS麥克風事業部，並與Sonion組成策略聯盟，積極壯大技術實力。吳衛東更透露，由於MEMS麥克風技術門檻比動作感測器低，因此許多新進供應商亦紛紛冒出頭來，甚至透過向MEMS晶圓廠採購裸晶再自行封裝的方式，開始瓜分中低價產品應用商機。

隨著市場競爭加劇，MEMS麥克風製造商在元件一致性、體積和靈敏度等重要規格上的較勁也更加激烈。意法半導體大中華區暨南亞區類比、MEMS及感測器事業群技術行銷經理蘇振隆指出，該公司近年持續加碼投資，已發展出麥克風與音訊擷取/轉換ASIC的高整合設計，以及專利聲孔上封裝(MEMS-On-Sound)技術和四點式支撐的感應振膜架構，不僅可縮減晶片尺寸和成本，亦可提高收音和雜訊濾除表現，以更高的靈敏度和訊噪比(SNR)在市場上脫穎而出。

MEMS麥克風需求旺　晶片/儀器商加碼測試布局

圖2　MEMS麥克風實驗室實景圖

由於行動裝置、穿戴式電子和車載資通訊(Telematics)系統內建的MEMS麥克風數量倍增，因此系統廠對元件測試速度及成本的要求也更加嚴格，進而刺激晶片商擴建實驗室，而儀器業者也致力研發新一代半導體自動化測試方案。

其中，意法半導體於近期正式啟用台灣MEMS麥克風實驗室或稱無響室(Anechoic Chamber)(圖2)，並獲得ISO 3744/3745工業聲學標準和環境噪音標準，以及英特爾(Intel)語音辨識標準認證，可提供從聲學元件到模組系統的所有層級音效性能測試，確保終端產品錄音及聲音品質，同時縮短系統偵錯時間。

蘇振隆強調，隨著大中華區對MEMS麥克風應用需求不斷升溫，該公司也意識到強化本地技術和應用支援的重要性，遂搶先在台設立亞洲首座麥克風聲學實驗室，以減輕系統廠將MEMS麥克風產品送到國外專業測試機構的成本負擔。

圖3　PXI半導體自動化測試設備圖

除了模組和系統端以外，MEMS麥克風晶片商也日益追求更快的測試時程和更低測試成本，因此，美商國家儀器遂以LabVIEW可編程軟體平台，搭配低成本、高彈性的PXI模組化硬體架構，開發新一代半導體自動化測試系統(圖3)，期協助MEMS麥克風晶片業者突破採用大型自動化測試設備(ATE)，難以降低儀器占位空間和測試成本的桎梏。

事實上，美商國家儀器與多家半導體測試設備供應商已合作多年，將PXI方案運用至半導體測試領域，做為大型ATE系統選配模組以擴展測試功能；然而，美商國家儀器資深銷售副總裁Pete Zogas(圖4)表示，隨著MEMS麥克風快速放量，晶片商對測試效率和成本效益的要求也明顯提高，遂積極尋求系統層級的PXI自動化測試方案，期以較低成本增加測試產能。

Zogas進一步指出，基於LabVIEW與PXI架構的半導體自動化測試方案，不僅具備模組化、可編程效益，有助元件商快速設定上線、客製化測試流程並降低設備體積，亦可搭配高效能現場可編程閘陣列(FPGA)，引進快速傅立葉轉換(FFT)等高階演算法，進而提高數倍測試速度；對於滿足需求急速湧現的MEMS麥克風測試而言，將有莫大助益。

圖4　美商國家儀器資深銷售副總裁Pete Zogas(中)指出，PXI方案未來亦將進軍RF元件、功率半導體和SoC等半導體測試領域。左為行銷經理郭皇志，右為自動化測試行銷經理潘建安

據悉，MEMS麥克風測試須兼顧類比和數位測試功能，而傳統ATE雖具有高速數位設計優勢，但面臨擴充類比資料擷取、轉換與分析設備的需求時，就須一筆可觀的花費。也因此，思衛科技副總經理陳建銘強調，利用LabVIEW、PXI加FPGA的平台解決方案，可快速滿足MEMS麥克風的各種類比和數位測試需求；據該公司實測，相較於傳統ATE系統，PXI自動化測試方案可提升約二十倍的MEMS麥克風測試速度。

顯而易見，MEMS麥克風已成為晶片商和儀器業者戮力耕耘的重點市場，未來可望有更多企業搶進布局，使市場競賽益趨白熱化。