根據Yole Development的統計資料，目前全球前十大的MEMS供應商分別為德州儀器（TI）、惠普（HP）、Robert Bosch、Lexmark、Seiko Epson、意法半導體（ST）、佳能（Canon）、飛思卡爾、ADI與Denso，其中TI以供應自有的光學MEMS元件為主，並未商品化，而HP、Lexmark及佳能則是用在墨水匣上，也未有商品推出，雖然四者都有一定的市場規模，但並不能列入供應商。而為了實際了解目前主要的MEMS元件供應商的市場策略與最新技術，本文特別專訪了ST、Epson、飛思卡爾與樓氏電子，詳細了解其發展策略，進而洞悉最新的MEMS技術發展與市場趨勢。

意法半導體（ST）

ST自2001年跨足MEMS市場後，隨即推出多樣且廣泛的MEMS元件，目前的產品線共有線性加速計、陀螺儀（將於2008年推出）、壓力計和MEMS麥克風等，其中又以加速計與陀螺儀為大宗。ST類比、功率與微機電元件產品市場經理郁正德表示，根據Yole Development的統計資料，截至2006年底，ST在全球MEMS市場的排名為第六，但至2007年之後，ST將會上升至第一。他指出，最主要的原因便是ST的MEMS感應器已被使用在數款知名消費性電子上，包含Wii、iPhone及iPod等，都是使用ST的解決方案。

《圖一　ST類比、功率與微機電元件產品市場經理郁正德表示，2007年之後，ST在全球MEMS市場的排名將會上升至第一。》

ST的MEMS系統可分為兩個部分，第一為機械結構的MEMS感測器，也就是透過機械結構產生作動，讓電容發生改變的部分；另一個為介面晶片（Interface Chip），為將電容間的改變轉成訊號並輸出的部分，其多為使用半導體製程CMOS架構的元件。郁正德表示，目前ST的解決方案有分兩種，一種為類比，就是直接將電壓的訊號輸出，不進行轉換；另一種為數位，也就是內建類比訊號轉換器，可直接輸出數位訊號。

全球唯一使用8吋晶圓廠生產MEMS的廠商

郁正德表示，目前MEMS Sensor的架構多為半導體製程，其材料為矽晶。而ST使用一種稱為「THELMA」的專利製程技術，它是一種表面薄膜的處理方式，為在晶圓處理之後，先增加一層氧化層，再去做四線的定位，然後於底部增添一層使之成為立體，再透過雷射將整體結構雕刻出來，最後再蝕刻一次，成為3D的架構。他強調，利用半導體製程來進行MEMS 的3D結構蝕刻相當困難，而ST也是全球唯一一家使用8吋晶圓廠生產MEMS的廠商。由於MEMS屬特殊製程，晶圓廠一旦投入MEMS生產，便不能從事其他的半導體製造，因此成本相對較高，所以一般的廠商多以5吋或6吋晶圓來進行MEMS的量產。

《圖二　ST的「THELMA」專利製程技術所製造的MEMS結構。》

朝小型化與訊號精確發展

由於裝置的應用需求以及可攜式產品的大量採用，未來MEMS的發展將會朝向訊號愈精確、體積愈小的方向發展，再者介面晶片也會整合更多的功能。為了達到體積小，封裝的方式便有堆疊與並排兩種，可依據客戶需求決定。郁正德表示，ST目前共提供四種解決方案，為線性加速計、陀螺儀、壓力計與MEMS麥克風，在產品種類上則涵括了二軸與三軸、數位與類比，及各種大小的封裝方式，以符合不同的客戶需求。他也透露，ST用於偵測速度的陀螺儀即將於2008年第一季推出，目前已有產品樣本。

《圖三　ST為消費市場應用所開發出的微型運動感應器。》

消費性電子為主要發展關鍵

MEMS感應器的應用範圍非常的廣泛，可用在各式各樣的裝置內，包含行動裝置、消費性電子、家電與工業醫療、筆記型電腦與汽車等，都會有MEMS感應元件在內。但郁正德指出，消費性電子才是未來MEMS元件最主要的發展關鍵。他表示，如遊戲、手機、MP3播放器與導航裝置等，將來都會普遍使用MEMS的技術在內。在遊戲與手機的應用上，Wii的操作器與iPhone的翻轉螢幕已經做出了很好的示範，日後也會有更多的廠商使用類似的功能；而在導航裝置上，透過MEMS的Dead Reckoning技術來進行方位模擬，可除去在隧道與高架橋下的導航死角，加強GPS的定用功能。郁正德也透露，目前ST正在開發一種3D滑鼠，其操作的功能與Wii類似，但應用的範圍更為廣泛，不僅可用於遊戲控制而已，它將可運作在Windows環境下，進行一般的應用程式操作。該產品目前已進入測試階段，不久便會正式推出。

《圖四　MEMS的終端應用解決方案》

提供客戶Turn Key解決方案

郁正德也表示，目前市場上對於MEMS的了解仍不足，一般客戶往往不知道MEMS技術可以應用在什麼地方，因此ST傾向於提供給客戶「Turn Key」解決方案。除了晶片之外，也提供API和軟體的支援，讓客戶可以快速跨過開發的障礙，加速產品上市的時間。他指出，在做MEMS應用開發的時候，最重要的便是元件運作的數值，一般的研發人員不太可能親自去個別測量這些值，若是元件供應商能提供這些數值，對於產品開發將有相當的助益。

愛普生（EPSON）

利用石英材料獨創QMEMS技術

以影像產品著稱的EPSON除了在印表機、投影機及LCD等應用上有突出的表現外，在MEMS技術上也有一番作為，旗下的愛普生東洋通信公司(Epson Toyocom Corp.)透過其自有的石英材料，開發出一種名為「QMEMS」的專利技術。

《圖五　台灣愛普生電子零件技術服務部經理殷之江表示，QMEMS技術最大的不同點就是使用石英為材料，是在石英上面做加工。》

有別於一般使用半導體材料的MEMS技術，其QMEMS是利用「Quartz (石英)」和「MEMS」所結合而成。由於石英是一種晶態材料，具備高穩定度與高精密度等特性，非常適合使用在需要高精確度的元件上，加上並非一般MEMS所使用的半導體材料，在成本與效能上都有相當的優勢。台灣愛普生電子零件事業群電子零件技術服務部經理殷之江表示，由於電子產品的發展趨勢為輕薄短小，因此相關的元件也必須隨之縮小，而其中有許多傳統的元件在體積縮小上則會遭遇技術上的挑戰；石英屬於傳統零組件的一部分，是電子零件的心臟，勢必也要隨之縮小。為了迎合這個需求，EPSON便將相關的元件走向MEMS製程。他強調，與一般MEMS技術最大的不同點就是在於使用石英為材料，是在石英上面做加工，此便是QMEMS的技術特點。

透過QMEMS技術將傳統元件微小化

殷之江表示，EPOSN很早就意識到未來的電子裝置都會朝向小體積發展，若不能提早因應，將會被業界所淘汰，因此便開始著手研發將半導體的加工方法（如曝光、顯影、蝕刻等）技術應用至石英材料上，將石英研磨至非常微小的尺寸，以符合消費性電子的設計需求。

《圖六　EPSON使用QMEMS技術將石英材料雕刻出一個類似「王」字形的MEMS感應器結構。》

目前EPSON使用QMEMS技術的感應器產品共有三類，第一為計時器（Timing）、第二為感應器（Sensor）、第三為光學元件（Optical）。而在感應器產品中，以角速度感應器為主要，其中又以XV-8100CB、XV-8000CB與XV-3500CB等三項產品最具市場優勢，殷之江表示，該三項產品皆使用5032包裝，並內含一個對外的感測元件，能感測角度的發生，該感應元件便是使用QMEMS技術所製造。他進一步解釋到，此感測元件為石英材料所製造，透過相當精密的工程，雕刻出一個類似「王」字型形狀的結構，由於體積非常小，無法使用傳統的工具進行製造，因此便導入半導體的製造方式。

而除了角速度感應器之外，EPSON另一個為市場廣泛採用的產品為計時器，其計時器也是透過QMEMS的微化技術，將石英單體加工成非常微小的音叉型晶體元件，且不犧牲其穩定度和精密度。該元件可被使用在非常精密的電子裝置(如手機、PDA、可攜式媒體播放器)內。殷之江表示，EPSON的產品定位主要是針對輕薄短小的裝置應用。也由於這樣的設計才讓EPSON的石英解決方案獲蘋果（Apple）採用，並使用在iPod之中。

製程和良率仍是最大的問題

《圖七　EPSON表示，在大型零件上，EPSON很難跟台灣的廠商競爭，所以朝向微小型的零件供應發展。圖為EPSON最新的角速度感應器。》

殷之江也強調，站在客戶的角度來說，並不在乎產品使用何種技術完成，只在乎能不能符合市場需求，同時在成本不增加太多的前提下。而QMEMS技術便可以達成這樣的需求，並沒有說哪一個產業特別需要。在大型零件上，EPSON很難跟台灣的廠商競爭，所以朝向微小型的零件供應發展，而小型零件也是獲利較高的領域。愛普生電子零件事業群資深行銷業務張書賓則表示，QMEMS最大的優勢便是小型化。因為小型化的因素讓許多於可攜式裝置上的應用可能實現，如數位相機的防手震功能，也是因為小型化才能普及。目前採用EPSON解決方案的客戶非常多，包含手機廠、MP3、PND、數位相機及遊戲機等，都市場上主要的製造商，其中PS3的六軸感應控制器，便是使用EPSON的角速度感應器。

《圖八　愛普生電子零件事業群資深行銷業務張書賓表示，QMEMS最大的優勢便是「小」。》

對於QMEMS技術發展的最大障礙，殷之江則認為，製程和良率仍是最大的問題。他表示，要在半導體製程中取得機械性能是非常困難的的工程，其中所有的電路與結構都要一體成型，因此必須使用非常精確的技術才能達成，加上還有耐用度、尺寸與電耗等議題的考量，因此不是一般公司可輕易涉入。為了量產QMEMS技術的產品，EPSON已投資了一定的金額興建專用的製造廠，來因應未來的產品需求，雖然初期因良率偏低，導致成本較高，但隨著產能的增加和良率的改善，成本也會漸漸降低，市場的經濟規模也會逐漸顯現。「長痛不如短痛」殷之江說道。

樓氏電子（Knowles）

在新興的MEMS麥克風市場上，樓氏電子（Knowles Acoustics）為市佔率最高的廠商，目前單月產能達1,500萬顆，在全球手機應用市場上有20％的市佔率，而在助聽器市場上則享有80%的佔有率。樓氏電子的第一枚MEMS麥克風於2003年生產，並在去年12月達成了3億枚SiSonic表面貼裝MEMS麥克風的生產，在MEMS麥克風技術的歷史上達到重要的里程碑，其已連續4年為MEMS麥克風出貨量的領先供應商。

MEMS麥克風具易整合及低噪訊優勢

相較於傳統的麥克風，MEMS麥克風具有易整合於整體電路設計的優勢，且其在IC的寬頻射頻抑制效能也相當突出，此優勢對於手機及其相似應用有很大幫助；再者，MEMS麥克風的小型振動膜質量非常輕巧，與ECM相比，MEMS麥克風安裝在PCB的揚聲器上可產生更低的振動耦合。

《圖九　樓氏電子矽晶麥克風產品經理Freank Guiney指出，目前的MEMS麥克風產品都朝向小型化的趨勢發展。》

由於MEMS麥克風具有許多的優勢，並對減低系統成本有助益，非常適合需體積小、耐震，且具備RF元件的中高階應用使用，例如中高階手機、數位相機、PDA或遊戲機等。而在筆記型電腦的應用上，透過MEMS麥克風結合VoIP等網路語音通訊應用，可讓筆記型電腦可作為電話使用，方便進行視訊或語音會議。而在工業、醫療及汽車領域上，MEMS麥克風也有很大使用空間，從監視器、助聽器到車載系統等，都有可能用到MEMS麥克風。Yole Development就預測，至2010年時，全球的MEMS麥克風市場規模將成長到8億片。

封裝朝向小型化 手機與數位相機將是主要應用

樓氏電子矽晶麥克風（SiSonic）產品經理Freank Guiney指出，目前的MEMS麥克風產品都朝向小型化的趨勢發展，而樓氏電子現今的晶片（Die Size）面積都以1.35mm2　　為主，並正在朝向1.1 mm2　　發展。由於在終端產品的製造上多以小化為主軸，同時並要求更低的雜訊品質，因此樓氏便發展MEMS麥克風來因應這樣的需求。就晶片的體積來看，每一年樓氏都有相當程度的縮減。樓氏電子亞太地區業務協理何美靜也表示，客戶的需求就是希望能樓氏提供越來越小的MEMS麥克風解決方案。她指出，目前樓氏的MEMS麥克風產品已發展到第四代，高度已從最早的1.45mm，降到目前的1.1mm。Freank Guiney則強調，未來的封裝高度將是低於1mm以下為主。

《圖十　目前樓氏的MEMS麥克風產品已發展到第四代，高度已從最早的1.45mm，降到目前的1.1mm，未來將是以低於1mm以下為主。》

Freank Guiney表示，目前樓氏電子的MEMS麥克風多用在手機應用上，依據2006年的統計資料，樓氏在全球有將近20％的佔有率，為全球第一，未來佔有率還會更進一步提升。而除了手機之外，另一個關鍵的應用為數位相機。他指出，目前的消費型數位相機都具有錄影的功能，由於MEMS麥克風在體積與雜訊上具有極佳的效能，因此非常適合數位相機上使用。

雙晶片解決方案具較佳設計彈性

《圖十一　樓氏電子亞太地區業務協理何美靜表示，樓氏在聲學領域已有六十年的歷史，推出MEMS麥克風更是業界的一項創舉，對於日後的產業將有舉足輕重的影響。》

Freank Guiney也強調，樓氏電子在麥克風的研發及銷售上，有非常久遠的歷史與經驗，能提供非常高效能與高可靠性的麥克風解決方案。何美靜也表示，樓氏在聲學領域已有六十年的歷史，推出MEMS麥克風更是業界的一項創舉，對於日後的產業將有舉足輕重的影響，未來更將是MEMS麥克風的天下。有別於其他競爭者的MEMS麥克風解決方案，樓氏所提供的MEMS麥克風為一種雙晶片的解決方案，Freank Guiney表示，相較於單晶片而言，樓氏的解決方案具備更佳的設計彈性，若日後要變更設計，無須更動整體的電路系統。而樓氏也提供了相當多樣化的產品線，包含數位麥克風、類比麥克風、放大器麥克風、交換器及遊戲麥克風等，以符合不同的客戶需求。也由於產品線相當多樣化的緣故，因此並不適合採用單晶片的設計方式來提供MEMS麥克風解決方案。樓氏的雙晶片解決方案能提供較佳的設計彈性。

5年內MEMS麥克風全球佔有率將超過五成

Freank Guiney也指出，MEMS麥克風在製造上是非常困難的一件事，特別是針對大量市場的應用需求。他表示，樓氏花了14年的時間在研發MEMS麥克風，並將之導入大量的生產，而目前市面上約有15家MEMS麥克風提供商，但能做到大量生產的僅有3家而已。目前MEMS麥克風進入市場最大的困難點就是如何取代ECM麥克風。相較於ECM，MEMS麥克風在全球僅有約10％的佔有率。加上ECM是一項非常成熟暨穩定的產品，進入市場已有十年以上的時間，不容易在短時間內說服客戶採用。MEMS麥克風在性能上有很大的優勢，近年的需求已逐步提升，再過5年，MEMS麥克風在全球的佔有率便可以達到50~60％左右。

飛思卡爾（Freescale）

進入系統整合時期

從2004年自摩托羅拉（Motorola）獨立出來的飛思卡爾（Freescale）半導體，在MEMS Sensor的設計上已有25年的歷史，目前已有加速度感應器、重力偵測儀等多樣的產品線面市。飛思卡爾類比與感應器產品部門資深產品經理彭嘉輝表示，飛思卡爾的MEMS感應器發展共分5個時期，第一個時期為分散元件時期，由BiPolar Sensor與其他元件個別分開設計；第三時期為Mix Technology，所整合的元件逐漸增多，已將MEMS與晶片如MCU、電源元件等整合在內；第五時期為Full Integration時期，此時期為系統時期，包含機械、電子及其相關周邊整合至單一設計內。

《圖十二　飛思卡爾的MEMS技術發展時期，目前已進入第五個系統整合時期。》 - BigPic:599x411

彭嘉輝表示，目前飛思卡爾已發展至第五時期，而飛思卡爾最新推出的TPMS（Tire Pressure Monitoring System）胎壓監控解決方案便是系統級設計。該系列最新的MPXY8300單晶片整合了MEMS的壓力感測器、8位元的MCU、雙軸加速度感測器、RF及一些電子管理功能在內，能即時監測胎壓。他也指出，壓力感測器最早是應用在汽車電子上，已有十幾二十年的歷史，到目前才逐漸往小型的消費性電子裝置上發展，如Wii、iPohne等。而在加速度感應器的應用上，大概可分為幾個領域，分別為移動（Movement）、角度（Tilt）、位置（Positioning）、下落（Fall）、震動（Vibration）及防振（Shock）等。彭嘉輝指出，加速度感應器的實際應用範圍非常的廣泛，目前的消費性電子都有應用的可能，例如虛擬滑鼠、硬碟保護設計、防摔、相機防手振、影像旋轉、GPS、計步器與3D遊戲等都會應用到。

缺乏統一標準 測試與驗證有困難

《圖十三　飛思卡爾類比與感應器產品部門資深產品經理彭嘉輝表示，MEMS技術都是各家自有獨特的製程，在測試和驗證上都缺乏統一的指標。》

對於整體的MEMS市場現況，彭嘉輝則表示，MEMS的技術已經起步一段時間了，相關的產品也已實際應用在市場上，但未來則會朝向更小型封裝發展，同時功能也會整合更多。目前MEMS的應用發展有幾個關鍵，其中一個是小型化與整合，再者為成本導向，另一個重要的議題則是缺乏統一標準。目前MEMS技術都是各家自有獨特的製程，因此在測試和驗證上便缺乏統一的指標，對客戶來說便會造成困擾。此外，MEMS的製造也仍是一項考驗， MEMS的設計原理是非常的容易，但在製程上卻是十分的困難，加上MEMS使用的是單晶矽材料與一般的半導體材料不太相同，因此想要在接近半導體級的尺寸下雕出機械結構是需要相當的技術。

市場競爭導致價格快速下降

《圖十四　三軸感應器的封裝有並排與堆疊兩種方式，目前ST所提供的解決方案結為單晶片的型式。》

在成本的議題上，彭嘉輝則表示，未來由於投入的廠商增加後，市場的競爭也會加大，因此便會導致整體的價格下降，也由於廠商間的競爭，技術也會逐漸的改良。MEMS在未廣泛進入大量市場前成本都還相當高，但因Wii及iPhone的採用後聲名大噪，連帶使得出貨量大增，成本也應聲下跌。其中三軸加速度感測器的價格就下降的非常快速，一個感應器約美金1元，未來也還有下降的空間，若能會跌到0.7~0.8美元左右，便能達到相當規模的普及。

以微系統（Microsystem）為終極發展目標

《圖十五　MEMS的應用非常多元，而未來將會朝向「微系統（Microsystem）」發展。》

而對於未來MEMS的發展趨勢，彭嘉輝認為將會朝向整合的目標發展，包含混合訊號、邏輯元件與MCU、RF及記憶體等，都會被整合在一個MEMS元件內。未來的MEMS在相同的封裝尺寸內將會包含更多的元件，同時封裝尺寸也會更小，並朝向成為單一獨立系統發展，終極的目標是成為「微系統（Microsystem）」，僅需要一個單晶片便能提供完整的功能，無須在其外增添其他的設計，但目前這仍是願景，據達成還有一段很長的路要走。而其殺手級應用則是會廣泛應用在汽車電子領域、消費性裝置與數位相機的影像穩定系統上。

結語

綜觀目前的MEMS發展現況，可知其已是不可扼抑的趨勢，未來也將會有越來越多使用MEMS技術的裝置走入日常生活中。事實上，目前已有不少的設備使用MEMS技術了。可想見的是，未來的電子設備除了具備多功能的應用外，其操作的方式也將會更接近「人」的模式，並顛覆過去10多年來人與電腦的互動模式。現階段MEMS的製造與設計仍存在著一定的難度，驗證與測試也未有統一的標準，因此要達到與目前半導體產業的蓬勃現況仍有相當的努力空間，但依其發展的速度來看，相信那一天的到來並不會太久。