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2010年手機MEMS元件將達25億美元規模
根據外電消息報導,市場研究公司Yole Developpement公佈一份研究報告指出,至2010年,MEMS微機電技術在手機應用的市場,將會達到25億美元的規模。
Yole表示,矽晶麥克風以及薄膜體聲波諧振(FBAR)在2003年推出時,就已吸引市場的注目,如今邁入成熟階段,應用也將更廣泛。而MEMS加速計正位於高度發展期,如陀螺儀、微型顯示器、微對焦和變焦產品則仍處於剛起步的階段。Yole也指出,2007年時,包括矽晶麥克風、FBAR、BAW濾波器和加速計三項MEMS產品,其總計的銷售額已達到4.4億美元
此外,Yole也表示,包括壓力感測器、微型鏡片、RF開關、可變電容、振盪器以及微燃料電池等,都是未來MEMS技術的新興市場。Yole也預測,MEMS將成為推動手機市場創新的主力,至2012年,手機使用MEMS技術的新功能將佔60%的MEMS市場。
2010年全球1/3手機具備MEMS感應器
市場研究公司iSuppli表示,2009年全球出貨的手機中,將有五分之一具備加速度感應器,而2010年更將提高至三分之一。預計2008至2013年,手機的MEMS感測器市場將成長兩倍以上,營收達16億美元。
據了解,2010年全球出貨的手機中,將有三分之一使用加速計,而2009年的比例為五分之一,2008年只有11分之一。雖然消費者並不清楚加速計是什麼東西,但他們都知道把iPhone側放時,螢幕會自動變成橫向顯示,或者搖動手機來操作遊戲。過去的智慧型手機就是藉此風靡全球,但現在其他類型的手機也開始具備相同功能。
根據iSuppli調查,自2009年1月1日以來,在已經推出的數百種手機中,有18.3%的機型使用了加速計。iSuppli預計,2009年下半年加速計在新款手機中的佔有率將持續上升。
以諾基亞為例,今年諾基亞38%的新款手機,已整合了動作感應加速計。至於索尼愛利信手機的加速計使用率最高,今年新推出19款手機中,有18款都採用了加速計。其他的三星和LG等,也推出了採用3軸加速計的新款手機。
而除了加速計,其他MEMS元件也開始應用在手機上,包括MEMS麥克風、BAW雙工器和濾波器、MEMS自動對焦器、壓力感測器以及MEMS微型投影機等。此外,MEMS陀螺儀也將在2010年進入手機市場。
MEMS麥克風將成為手機麥克風主流技術
德國博世(Robert Bosch)宣佈收購美國MEMS麥克風廠商Akustica。據了解,這是因為在手機麥克風市場,MEMS麥克風已取代傳統的駐極式電容麥克風(ECM),成為主流的手機麥克風技術。未來MEMS麥克風還將應用於汽車上。也由於MEMS麥克風市場不斷成長,近年來已有十多家廠商投入該市場。
成立於2001年的Akustica,過去已成功出貨500萬個MEMS麥克風,主要應用於PC、NB、手機等各種消費性產品中。雖然市場上還有其他MEMS麥克風競爭廠商,但Akustica是目前唯一能將MEMS麥克風與類比周邊、數位電路整合在同一顆CMOS晶片上的廠商。此次併購,Akustica將被成為博世MEMS部門Bosch Sensortec之一部分,而併購後博世的MEMS麥克風業務也將獨立運作。
目前博世的加速度計與MEMS麥克風兩種產品都是消費性MEMS市場成長最快速的。預估MEMS市場規模將在2012年達25億美元,其中MEMS麥克風市場的年複合成長率為30%,預計2012年出貨量將突破10億顆。
當然博世進軍消費性MEMS麥克風市場,對於原先該市場的老大哥美國樓氏電子(Knowles Electronics)造成不小威脅。目前樓氏已擁有不少MEMS麥克風專利,業界認為,就所擁有的MEMS麥克風專利來看,樓氏和Akustica兩家廠商掌握絕大優勢。過去兩家廠商就MEMS麥克風專利交互授權,極可能壟斷該市場。而現在Akustica被博世收購之後,由於博世原本就擁有極強的行銷、生產與開發能力,因此未來在消費性MEMS麥克風市場上,博世將成為樓氏的頭號敵人。其影響仍將視目前博世與Akustica的合併作業進度而定。
MEMS麥克風成長率高達20%
MEMS麥克風當前已是相當多MEMS大廠急於爭取的市場,原因在於MEMS麥克風未來幾年複合成長率將高達20%左右,而之所以會有如此高的成長力道,最主要原因在於MEMS麥克風較傳統麥克風優點在於音質較佳,且具有高感度與低耗電特性,而最讓系統廠感到躍躍欲試的是在於MEMS麥克風耐高溫與抗雜訊特性。
而採用MEMS麥克風的主因,是因為MEMS技術得以讓麥克風體積進一步縮小,讓其餘零組件得以進一步整合達到低成本最終目的。目前MEMS麥克風已用在筆記型電腦、助聽器、耳機以及部分消費性電子產品裡頭,未來MEMS麥克風更可進一步用在車用電子以及一些VOIP設備,但最讓所有MEMS麥克風廠引領期待的還是在於手機市場,原因在於手機每年出貨量已是所有終端商品中最大族群,但當前受限於手機廠無法滿足不同類型消費者使用手機姿勢,因此使得MEMS麥克風還無法有效用在手機內部。
(表一) 傳統麥克風與MEMS麥克風特性比較表<資料來源:樓氏電子>
特性 |
傳統麥克風 |
MEMS麥克風 |
抗電源噪音 |
小於20dB |
大於40dB(可測到約60dB) |
機械震動 |
小於3,000G |
大於15,000G |
工作溫度 |
-25~85℃ |
-40~105℃ |
振動靈敏度 |
約-64dBv/G |
約-74dBv/G |
靈敏度隨電壓的變化 |
於1.5伏特時將轉移為3dB |
在工作電壓1.5~3.6伏特範圍內變化小於0.1dB |
焊盤類型 |
無標準 |
SMT |
倒裝(音孔在底部) |
無 |
有板下型 |
最小體積 |
23平方毫米 |
18平方毫米 |
整合其他功能的能力 |
受限 |
可發展不同型態:放大型、數位型、差分型等 |
優點多 適用於中高階手機
MEMS麥克風外形較傳統電容式麥克風要小,且更重要的是MEMS麥克風更具備更強耐熱、抗振和防射頻干擾性能。由於耐熱性能強,MEMS麥克風採用全自動表面貼裝(SMT)生產製程,而大多電容式體麥克風則需手工焊接,因此MEMS麥克風不僅能簡化生產流程,降低生產成本,而且能夠提供更高的設計自由度和系統成本優勢。
MEMS麥克風也因不到普通麥克風一半大小,並具有整合音訊訊號處理功能,MEMS麥克風可作為單晶片手機的整合部分,適用在中高階行動電話。除此之外,與ECM的聚合材料振動膜相較,MEMS麥克風在不同溫度下的性能都十分穩定,不會受溫度、振動、濕度和時間的影響。由於耐熱性強,MEMS麥克風可承受260度的高溫回流焊,而性能不會有任何變化。由於MEMS麥克風組裝前後感應性變化很小,甚至可以節省製造過程中的音訊除錯成本。
MEMS麥克風開發商各擁優勢
目前全球生產MEMS麥克風大約有四家公司,包括了美國的Akustica和樓氏電子(Knowles Acoustics)、丹麥的Sonion MEMS、以及新加坡MEMS Technology等公司,然而全球各大半導體製造商現正蜂擁而此領域,據了解,目前全球已有20多家正積極開發MEMS麥克風,市場預估MEMS麥克風廠出貨量將從2006年的1200萬顆,成長到2011年將近3億顆。
為了滿足MEMS麥克風龐大市場需求,傳出歐姆龍(Omron)甫自IBM買下1條8吋產線,專門用於製造其MEMS麥克風,並計劃自2009年起開始陸續出貨。
當前全球前兩大MEMS麥克風分別為樓氏電子與Akustica,而兩家MEMS麥克風廠所設計的MEMS麥克風也是截然不同,樓氏電子所設計的MEMS麥克風採用的屬於雙晶片設計,是由CMOS與MEMS晶片共同組成的MEMS麥克風,至於Akustica則是採用SoC設計,也就是將MEMS晶片與CMOS晶片給封裝在同一晶片裡面。
事實上,兩種不同設計的MEMS麥克風各有優勢,採用雙晶片設計的MEMS麥克風對於客戶而言使用上較有彈性,客戶可以依據自己所需要的MEMS麥克風,而選擇不同種類的CMOS晶片或MEMS晶片來做排列組合,至於Akustica的單晶片設計,可能在整體的製造成本上有機會逐步降低,長期而言可能在價格上有相當程度競爭優勢。
MEMS麥克風市場最新動態
博世Bosch宣佈收購Akustica
博世北美分公司(Robert Bosch North America)已經正式簽署協定將收購美國Akustica。
Akustica主要從事開發及銷售一系列CMOS MEMS數位和類比麥克風。此創新技術將轉換器和相關的積體電路整合在單晶片上。博世將於此次收購進一步強化其在MEMS領域的市場地位。
博世汽車電子業務部的執行副總裁Stefan Kampmann博士表示,對Akustica及其尖端MEMS應用技術的策略性收購,不僅能完善Bosch日趨增長的半導體業務,同時也與Bosch現行的MEMS 業務活動形成優勢互補,Bosch期待與Akustica團隊通力合作,在這個舉足輕重的業務領域持續發展。
Akustica數位MEMS麥克風迄今為止,聲稱已經在全球銷售五百多萬隻麥克風。該公司現有的36名員工,將繼續被博世聘用。Akustica總裁暨執行長Joseph A. Jacobson指出,Akustica非常高興能成為博世消費類MEMS產品商業化進程的一部分。往後將整合技術、生產和人才方面的優勢,繼續為客戶提供創新的產品和多樣的感測器產品解決方案。
樓氏電子SISONIC MEMS麥克風出貨量突破10億顆
隨著第10億顆SiSonic表面黏著MEMS麥克風的出貨,樓氏電子達到MEMS科技史上的重要里程碑。樓氏電子於2003年推出首款MEMS麥克風,現已成為全球MEMS消費性及行動應用市占率排名前五大的供應商(資料來源:iSuppli,2009年1月),也是MEMS矽麥克風製造的主要廠商。
當應用於SiSonic專利麥克風封裝時,MEMS技術可產出外型短薄又堅固的元件,顯現低振動敏感度和高環境穩定性,而最重要的是MEMS麥克風可用於表面黏著製程大量生產的特性,在客戶應用中能更有效的使用。如今,SiSonic系列包含30多種零件型號和多代產品,為手機、筆記型電腦、遊戲系統和耳機產品優先選用的聲學元件。
因應不斷成長的需求,樓氏電子於2004年啟用全新的占地8萬平方英尺的先進製造廠,專門用於SiSonic麥克風生產。此製造廠位於中國蘇州,具有高度擴展性,能夠生產所有SiSonic不同系列產品,為樓氏電子提供未來持續成長及滿足全球客戶需求所必備的技術、製造和物流基礎設施。
樓氏電子總裁Jeffrey Niew表示,樓氏電子的長期承諾、探索新領域的意願、發掘「適當的」供應商和財務投資都是SiSonic MEMS麥克風的成功要素。10億顆MEMS麥克風的出貨量是一項極為重要的成就,證明樓氏電子不僅專心致力於生產革命性產品,還要成為聲學世界及更廣闊領域的願景引領者。
《圖一 ADI發表應用消費性電子裝置之MEMS麥克風》 ![](/art/2009/09/041348578164/p1.jpg) |
ADI發表應用消費性電子裝置之MEMS麥克風
儘管將聲音、音樂、以及視訊整合為一的電子裝置日益增多,但是由這些手持式電子裝置所產生出來的聲音仍舊未能符合消費者們的期望。ADI公司已經開發出一款可重現具有高傳真度之音訊 / 視訊、三方通話、與TIA - 92相容之網路電話(VoIP)、聲音辨識、以及其它功能的麥克風。
ADI將音訊應用方面的技能知識與微機電系統(MEMS)技術相互結合,以此設計出高信雜比(SNR)─超過61-dB A加權的麥克風產品家族。目前在行動電話中所能產生的最高音質只能達到55 dB。此嶄新的全向(omni-directional)輸入麥克風具有數位輸出或是類比輸出兩種形式,同時提供了從100Hz到超過15kHz的頻率響應,並且擁有符合可攜式電子裝置生產廠商設計考量的封裝尺寸以及成本。
ADMP 421 PDM(脈衝密度調變)數位輸出微機電麥克風乃是針對多媒體以及具有VoIP功能的行動電話、藍牙耳機、以及其它仰賴高品質數位化聲音與音訊的系統所設計。全新的ADMP 421 麥克風在數位輸出方面具有對來自於無線射頻(RF)以及電磁波干擾(EMI),由像是WiFi天線和LCD時脈信號等源極所產生的耦合雜訊的高度抗干擾能力。由於省去了類比信號調節上的需要以及一般必須用來做為類比信號路由纜線的包覆材料,系統設計工程師得以將ADMP 421數位微機械式麥克風的擺放位置最佳化,以便改善音訊增強的特點像是立體音聲與陣列波束成型(array beam forming)等。ADMP 421的特點還有:優於-70dB的FS電源供應拒斥比(PSRR)、左/右選擇、以及整合式的休眠模式。
《圖二 Wolfson亞太區銷售副總裁盧能相、Wolfson影像暨擬真麥克風產品線經理Nigel Burgess發表超迷你MEMS麥克風》 ![](/art/2009/09/041348578164/p2.jpg) |
Wolfson發表超迷你MEMS麥克風
Wolfson宣佈推出全新矽晶麥克風(silicon microphone)產品系列的第一批產品,新產品為具備高訊噪比(SNR)的薄型類比麥克風,專門設計給對於電力以及訊號品質十分要求的消費性電子產品。此新款麥克風採用Wolfson的CMOS/MEMS薄膜技術,在一個迷你的薄型(low profile)封裝內提供高可靠性和傑出效能。此外,Wolfson並也供應此款產品的強化版本,為一款提供靈敏度誤差(sensitivity tolerance)僅在+/-1dB的MEMS矽晶麥克風。
這是Wolfson購併Oligon公司的第一項成果,同時也是Wolfson AudioPlus策略中擬真麥克風(True Mics)技術的首款產品。Wolfson以其MEMS轉換器專利(transducer IP)技術為基礎,採用標準CMOS晶圓廠製程以提供高可靠性和可擴充的產能,讓廠商能夠將成本和彈性效益回饋給終端客戶。MEMS麥克風可以承受表面黏著回流焊技術所使用的溫度,因此可以採用自動化配裝生產(pick and place)技術,這免除了以手工焊接麥克風的程序,大幅度地節省組裝時間與成本。
這項新產品正常耗電量僅160μA,相當適用於可攜式產品(例如行動電話、可攜式多媒體播放機、數位相機、攝影機、導航裝置和噪音消除耳機等)。其提供改良的62dB SNR(A-weighted)效能,有效減少麥克風的雜訊層(noise floor),以捕捉清澈聲音並同時符合成本效益。它們擁有在100dB SPL下,最大總諧波失真(THD)僅有0.5%,以及傑出的線性化與平坦的相位響應(flat phase response)。
奧地利微電子為樓氏提供第10億麥克風類比IC
奧地利微電子公司已經為樓氏電子(Knowles)的SiSonic系列MEMS麥克風,提供第10億顆高性能類比IC。
SiSonic以樓氏電子於2002年發布的CMOS / MEMS技術平台為基礎,至今已發產至第五代的矽晶麥克風產品,到目前為止整個產品系列已出貨超過10億顆單位。成熟和不斷推陳出新的設計系列支援高性能、高密度的創新應用,如手機、筆記型電腦、數位相機、可攜式音樂播放器和其他可攜式電子設備。
MEMS麥克風由兩顆晶粒(die)、MEMS傳感器單元和CMOS電路構成。聲學訊號在MEMS中轉換為電容變化。接著CMOS IC會將電容變化轉換成數位或類比輸出電壓,然後再透過行動裝置中的其他元件進行處理。奧地利微電子的高性能類比ASIC是一個超低噪聲、低功耗、低電壓的MEMS介面系統,可實現較小的晶片面積和較低的成本,同時還可滿足高製造品質和高電壓能力的要求。
樓氏電子總經理Mike Adel表示,找到適合的IC是SiSonic MEMS麥克風成功的關鍵因素。奧地利微電子具有獨特的能力、深度和可靠性,這項合作關係將有助於在未來幾年擴大樓氏在MEMS麥克風技術的領導地位。
菱生MEMS麥克風打入Akustica供應鏈
類比IC封測廠菱生高毛利的新產品微機電(MEMS)麥克風,打入美國大廠Akustica供應鏈,而Akustica是諾基亞(NOKIA)、戴爾(DELL)微機電產品主要供應商,菱生成為Akustica夥伴,等同打入國際一線手機、PC大廠市場。
另外,任天堂最新款Wii遊戲機內建的MEMS零件,亦是透過菱生進行封裝,菱生打入通訊手機、遊戲機市場,MEMS效益將大舉顯現。除菱生外,同欣、矽格的MEMS產品也開始出貨,另外,全智亦看好MEMS領域,並積極著手進行佈局。
菱生2003年開始投入微機電領域研發,與工研院合作跨入「汽車電子用微機電感測系統技術」及「微機電壓力計封裝技術」。並成功開發出「超薄型(Ultra Thin)電容式微感測器封測技術」,是台灣第一家擁有MEMS麥克風封測技術廠商。
蘋果i-Phone及任天堂Wii大舉帶動MEMS的應用熱潮,隨著蘋果下半年將推出新版i-Phone,及Wii將推出Sport產品,新機種均大舉採用MEMS,勢必掀起一波MEMS商機。
菱生的MEMS初期鎖定在麥克風市場上,MEMS麥克風因輕薄短小,將逐漸取代傳統駐極式電容麥克風(ECM),成為相關MEMS廠商的商機。包括全球最大手機廠NOKIA已大舉在新款手機上,建置MEMS麥克風。
MEMS麥克風商機崛起,包括Akustica、Sonion MEMS、Infineon、Knowles Acoustics等歐美日大廠都相繼推出相關產品。菱生、同欣電、矽格未來將逐步與國際大廠合作,成為其後段封測代工夥伴。
侵權官司 樓氏提告裁定成立
2009年6月12日,美國國際貿易委員會(ITC)發出最後裁定(Final Determination)通知,關於矽麥克風封裝及產品(案號337-TA- 629:Certain Silicon Microphone Packages and Products Containing Same),被告馬來西亞的MEMS Technology Berhad公司侵犯了Knowles Electronics公司所擁有的美國專利號US6,781,231和US7,242,089。
2009年1月12號,行政法官Robert K. Rogers, Jr.發出初步裁定(ID)認定被告侵權。接著在09年3月13日,委員會進行審查:一、'231'專利之侵權和有效性的裁定;二、針對'089'專利賠索建構、侵權、技術和有效性的確定。
根據本通知(Notice),以行政法官Robert的初步裁定在確認及修改後,ITC 裁定該2件系爭專利有效以及被告構成侵權行為。ITC 還做出:一、對被告MemsTech發出有限禁制令(limited exclusion order)處分;二、考量到公眾利益(Public Interests)的維護、三、在總統審閱期間(Presidential Review Period)被告訴及產品不受約制,依然可以進口至美國。
結語
與傳統電容式麥克風相比,MEMS麥克風具備更多優勢特性。例如,MEMS麥克風設計便利、容易導入,其單一設計架構即可符合所有終端產品應用。在iPhone的帶動下,MEMS元件身價不斷高漲,而MEMS麥克風過去雖然價格高於傳統電容式麥克風,但其產品優勢反倒受到市場歡迎。未來手機麥克風勢必將大幅改換MEMS麥克風技術,因此其未來成長將非常令人期待。
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