微机电系统(MEMS)应用已广泛存在于我们日常生活周遭,举凡车辆安全气囊、胎压感测、医疗设备仪器的LoC芯片;打印机喷墨头、惯性鼠标、DVD与CD player读写头、家庭娱乐与投影系统;投影用显微镜、RF感测网络、数字光源处理DLP(Digital Light Processing)等等,涵盖汽车与工业感测、PC周边与消费家电以及光学通讯三大类领域。而今MEMS在消费电子和便携设备的应用,更随着Wii游戏机和iPhone的盛行而备受瞩目,加上CMOS整合MEMS的技术越来越成熟,MEMS感测组件诸如加速度计(accelerometer)、陀螺仪(Gyroscopes)、压力传感器等,在手机、可携式数字相机、微型麦克风、交互式游戏机和行动投影装置等消费电子领域的发挥空间也越来越广。

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根据市场研究机构The Information Network预估,今年全球MEMS应用市场将成长11%,市场规模可达78亿美元,其中MEMS在消费电子应用比例可近五成,规模将为35亿美元,预估到2012年全球MEMS应用市场规模将达154亿美元,其中MEMS消费电子应用规模可成长至71亿美元。iSuppli的报告则指出,手机会是MEMS下一阶段最具潜力的应用市场,成长预期可超过PC周边和汽车感测领域;到2012年,MEMS在手机领域的应用规模将达8.669亿美元,约为去年3.048亿美元的3倍,出货量达2.009亿颗则是去年的4倍。市调机构Yole Development的报告更为乐观,2012年MEMS零组件在手机应用市场规模可望达到25亿美元。

Apple所推出的iPhone系列,无疑是推动MEMS加速度计在手机应用的催生者。具备运动感测(motion sensor)功能的加速度计,让手机具备触控动感的浏览接口更为丰富且具亲近性;具角度侦测能力的陀螺仪,也进一步开拓MEMS在便携设备的应用想象力。MEMS在手持装置上的组件包含陀螺仪、新一代三轴加速度计、压力传感器以及模块设计等,应用上除了可触控移动浏览页面、倾斜手机以卷动网页、更动手机方向角度显示图片外,也可作为计步器、导览接口、LBS定位信息服务、硬盘地心引力防撞保护、个人惯性导航、照相防手震强化影像稳定度、智能互动游戏等。内建MEMS功能的手机也可作为检测绝对气压或高度的感测装置使用;手机MEMS传感器亦能检测用户拿起手机是否靠近耳边皮肤、藉此自动关闭手机显示屏幕来节省电源;也可将手机面朝下放在桌上便可关闭铃声等。

MEMS感测技术也可以结合微惯性感测组件,搭配人体姿态动力学演算处理,进一步针对人体动作产生做出高解析指向定位与动作型态的译码技术,可用于家庭数字娱乐中心控制器,未来整合在手机装置及无线遥控器上指日可待。新一代的加速器则能沿三轴来感知运动,因此具有更大的应用可能性。其中以三轴加速度计MEMS技术为基础的惯性导航模块,可侦测到运动讯号自行算出行驶轨迹,不受地形地物限制,可与GPS结合达到全方位无死角,进一步克服室内遮蔽问题,在GPS个人导航装置应用上前景可期。

值得注意的是,MEMS麦克风技术已水到渠成,正为其未来应用开拓光明坦途;越来越多的高阶手机、数字相机、MP3、GPS装置、蓝芽耳机内的整合单芯片内建MEMS麦克风功能。iSuppli数据显示,目前微型麦克风应用在整体MEMS市占率略低于10%,不过预估未来4年出货量将会以每年32%的速度成长,到2012年时可望超过10亿颗,市场规模将达2.115亿美元。市调机构Yole Development数据亦显示,今年MEMS麦克风出货量可达5.15亿颗,相较于2005年全球麦克风出货为20亿颗、其中MEMS麦克风出货为1亿颗,今年渗透率可望达到20%。

相较于一般传统驻极电容式(Electric Condenser Microphone;ECM)麦克风,MEMS麦克风具备许多特性。这包括具备对RF和EMI噪声消除功能与抗干扰能力以提高音质、灵敏度误差(sensitivity tolerance)可达+/-1dB、易与CMOS制程以及其他音频电子装置相互整合、封装基板厚度仅为传统QFN基板厚度的25%、可承受表面黏着回流焊技术(Surface Mount Technology;SMT))所使用的高温回焊烧烤温度(reflow temperature),因此可采用自动化配装生产(pick and place),略除以手工焊接麦克风的程序,可大幅节省组装时间与成本,具低耗电和低价格优势。加上MEMS麦克风可支持HD Audio规格和数字输出,因此可满足VoIP、Video Phone、三方通话、声音辨识等长距离数据传输的高音质应用需求。

MEMS应用市场若要能快速成长,MEMS组件的整合设计也要能满足高量产与低成本控制的制程需求。CMOS MEMS制程便可落实MEMS在可携式消费电子应用需要高整合/小尺寸/低成本的重要关键。目前藉由硅贯穿电极(TSV)技术整合CMOS和MEMS制程,MEMS也开始朝向3D IC架构的趋势发展。现在整合式MEMS麦克风、加速度计、显示器与RF组件开始商业化应用在便携设备上,主要原因是MEMS价格不断下降,只要以MEMS技术为核心的加速度计和陀螺仪产品单价,能够降到车用领域的1/10,MEMS便能在消费电子领域中大放异彩。不过技术革新、微细尺寸和低价格之外,MEMS还要创造更多的应用价值,扩张自己在大众主流市场的影响力;在可携式消费电子领域,MEMS的应用想象空间才会无限宽广。