电子书与微投影蓄势待发 MEMS需求排山倒海

机遇与挑战：

    MEMS加速度计/麦克风销售火爆

    三轴加速度计/六轴传感器行情看俏

    LED微型投影独占市场

    激光微型投影急起直追

    MEMS振荡器精准度为致胜关键

    市场数据：

    楼氏电子专利的SiSonic表面贴装MEMS麦克风出货量已突破十亿

    2009年微型投影的出货量可达约一千四百五十万台

    电子书与微型投影两大热门应用渐受欢迎，系统商为突显产品的差异化，纷纷加码投资新功能，遂引爆MEMS加速度计、麦克风、扫描镜、振荡器等组件需求热潮，因此，也吸引MEMS供货商竞相推出小体积、高效能、低功耗及低成本方案，以争食市场大饼。

    继智能型手机、游戏机与MP3播放器之后，近期，全球最大电信运营商中国移动宣布进军电子书市场，再加上三星(Samsung)和尼康(Nikon)于年中先后推出全球首款微型投影手机与微型投影数码相机，再次炒热微机电系统(MEMS)的应用话题。其中，随着电子阅读器热卖，将带动人机接口的MEMS惯性传感器及MEMS麦克风需求，同时，MEMS显示技术也可望由手机显示器转进中型、彩色的电子书市场。至于微形投影的应用，更是在发展初期即以MEMS为设计理念，至今MEMS已成为全球微型投影三大技术之一，现阶段，德州仪器(TI)与Microvision皆已采用MEMS技术开发微型投影机。另外，MEMS振荡器和MEMS麦克风于微型投影应用的后势也逐步看涨。

    电子书当红MEMS加速度计/麦克风销售火爆

    抢攻电子书商机，MEMS供货商如意法半导体(ST)、飞思卡尔(Freescale)、楼氏电子(KnowlesAcoustics)等竞相推出标榜小体积、高效能、低功耗优势的加速度计(Accelerometer)与麦克风器等组件，未来电子书的功能风貌亦呼之欲出。

    意法半导体指出，未来电子书将有更多功能须透过MEMS加速度计达成，例如为依照终端消费者的喜好选择屏幕直式或横式的阅读方式，众多系统商已在电子书中加入自动屏幕旋转探测功能；另为避免使用触控屏幕所造成的指纹影响画面辨识，未来电子书可望新增的动作控制浏览(MotionMenuNavigation)功能，将可依据电子书不同的倾斜角度进行拉页。

    意法半导体的加速度计和陀螺仪(Gyroscope)已被广泛地用于先进的运动感测功能，如横/纵向旋转、计步器和选单浏览，今年6月，该公司再推出最新超薄三轴数字MEMS加速度计，该款标榜高性能、高稳定度的16位组件，厚度仅0.75毫米，与意法半导体PiccoloMEMS系列的其它产品相同，面积仅3毫米×5毫米，适用于对空间节省有严格要求的产品设计。

    再者，为达成缩小加速度计和陀螺仪尺寸目的，意法半导体采用技术成熟且稳定的硅深蚀刻制程生产，并将微机械组件建立在单一芯片。因此，除了可将MEMS组件尺寸缩减到非常小之外，并具有低摩擦力、低磨损及高抗震优点。目前已有数以亿计的MEMS组件被用于支持各类产品的自适应和交互式功能，包括智能型手机、全球卫星定位系统(GPS)装置、游戏机等消费性电子产品、汽车子系统、工业设备、医疗仪器及研究设备。

    此外，新产品低作业电压与低功耗特性使其成为须使用电池的产品的最佳选择，由于具有关机省电模式，可在探测到动作时，立即自动开机，适用于动作感测、方向识别、自由落体探测及震动监测等应用。

    同样瞄准消费性电子市场的MEMS制造商飞思卡尔，针对电子书应用则发表强调低耗电量的三轴加速度计，以抢攻市场商机。飞思卡尔认为，对于电子书应用而言，低重力惯性传感器产品线的数字输出只需极低的操作电流，因此非常适合该项应用。

    飞思卡尔新发表的三轴加速度计MMA7660FC内含嵌入式功能，如方向探测、触击探测、晃动探测等，因此应用处理器毋须再经常调用加速度计数据，有助于降低其反应时间、电流消耗及指令循环。此外，产品会探测电子书的位置及方向变化，让应用处理器进行影像显示；并可探测触击动作，毋须透过触控屏幕或额外的机械式按键，藉以简化用户在电子书上的“翻页”动作。Kelsey强调，从使用者角度观之，手指轻触比按下按键更省力；而就电子书制造商而言，使用加速度计的触击探测功能也较机械式按键更便宜，且其单一多功能组件可为制造商节省成本，可谓一举数得。

    而专注于MEMS麦克风开发的楼氏电子，其专利的SiSonic表面贴装MEMS麦克风出货量已突破十亿颗，特别强调其低振动敏感度和高环境稳定性。近期电子书、微型投影机厂商已与该公司接洽，未来不排除有进一步合作的机会。楼氏电子亚太地区业务协理何美静(图3右)透露，楼式电子已获得电子书厂商探询，将有意于电子书内建MEMS麦克风，新增录音功能。

    藉由楼氏电子麦克风成功抢滩消费性电子市场，趁势打响MEMS麦克风知名度后，已进而急速扩大MEMS麦克风的市场需求。为满足市场需求，该公司除了专精于声学技术之外，也将致力于缩减MEMS麦克风尺寸，新一代MEMS麦克风尺寸仅3.76毫米×2.95毫米×1.1毫米。

    手势探测/动作控制需求兴三轴加速度计/六轴传感器行情看俏

    随着电子书功能更人性与智能化，对于三轴加速度计和六轴传感器需求更加殷切，成为MEMS厂商的兵家必争之地。

    如近期意法半导体已透过旗下众多的IP产权开发出六轴传感器样品，并先行提供给大客户参考。目前市场对于电子罗盘(E-compass)的市场需求量大，连带激励六轴传感器的出货量提高，六轴传感器为三轴加速度计结合三轴磁感应器的方案，为意法半导体大力擘画的产品线布局。相比陀螺仪只能探测到相对的位置；六轴传感器可计算出更精确的位置，因此更适合导航等功能的发展，未来无论三轴加速度计或六轴传感器均有机会用在电子书阅读器。

    而继单轴和二轴加速度计后，飞思卡尔正推出三轴数字和仿真加速度计，该产品仍提供增强特性和改进的技术规范，如低电流消耗、更严格的偏移补偿和增强的嵌入式智慧。

    借着MEMS技术的持续演进，六轴加速度计技术规范将达到更高的效能，有别于三轴加速度计的消费性电子应用要求实现基本的手势探测和动作控制，六轴传感器则诉求更高精确度的动作与位置探测，只不过目前尚未达到合适的价格点，加上这些特性并非当前电子书阅读器真正所需，反之，飞思卡尔却观察到应用于电子书阅读器领域的三轴加速度计市场规模逐渐扩大。

    有鉴于此，飞思卡尔正全力支持电子书阅读器的三轴加速度计市场，然消费性电子产品对于组件的价格敏感度高，因此，该公司针对消费性电子市场已制定高性价比的定价策略，并搭配适当的功能集，例如目前正在开发的三轴回转仪，飞思卡尔凭借拥有的MEMSIP，能在单一封装中提供传感器解决方案的各种组合，将可满足手机、硬盘、便携式导航装置(PND)及其它便携式电子产品市场对于性价比的要求。

    成本/效能/尺寸挑战加剧200毫米制程举足轻重

    为加速MEMS惯性传感器应用普及，除了评估个别应用领域对于MEMS组件的尺寸、成本要求选定适当的封装，如四方形扁平无接脚(QFN)、双排扁平无接脚(DFN)、小外型集成电路(SOIC)等技术之外，MEMS供货商更力图透过8吋(200毫米)晶圆厂，提升成本、效能及尺寸竞争力。

    意法半导体已于2006年11月于意大利米兰建置一条8吋MEMS芯片生产线，该公司号称是全球首家采用200毫米芯片制造MEMS产品的厂商，新生产线可望降低MEMS产品的单位成本。

    至于飞思卡尔已计划于今年4月，将位于日本和苏格兰的两家6吋晶圆厂迁移至三家8吋晶圆厂中，该公司期望这些8吋晶圆厂及其所建立的长期生产合作关系能充分符合未来生产量要求，并有助于提升成本与效能优势。

    现阶段，用来制造MEMS组件的制程可分为体型微加工(BulkMicromachining)和表面微机具(SurfaceMicromachining)两大类制程，飞思卡尔的晶圆厂兼具此两大项MEMS制造能力。Kelsey分析，飞思卡尔的加速度计内含表面微机具架构；此外压力传感器使用大量的微机具制程，亦即在制程中特别加入分离程序，利用非等向性化学过程，将硅晶从晶圆中移除，硅晶表面会视特定区域进行蚀刻以便形成薄膜，而薄膜会对压力做出反应而产生偏光效果。

    不过，专家表示，成本不见得与制程有绝对的关系，此外，现今MEMS市场尚未成熟到以价格为导向，因此仍以技术为主导，提供低价格MEMS组件的供货商并未占有市场的最大优势。

    另外，在微型投影机的热潮下，也可望刺激MEMS扫描镜、振荡器相关解决方案的需求，MEMS组件供货商正积极透过技术、产品与市场策略抢攻市场商机。

    微型投影掀浪潮MEMS扫描镜/振荡器前景可期

    根据市调机构PMA数据显示，传统投影机市场增长停滞，相反的，微型投影市场的爆发力惊人，自2008年始，即呈现直线增长的态势，预估至2009年，微型投影的出货量将可达约一千四百五十万台；至2012年，微型投影的出货量更高达近一千一百六十万台。

    目前，微型投影市场由数字微型反射镜组件(DMD)、硅基液晶(LCoS)及液晶显示器(LCD)微型投影技术三分天下，值得关注的是，标榜更小体积、更低功耗的新兴激光微型投影正积极摆脱技术桎梏，试图抢占微型投影市场的一席之地。而无论由德州仪器主导的DMD微投影技术，抑或微型激光投影，皆已分别采用MEMS微型反射镜、MEMS扫描镜开发微型投影机。随着微型投影市场崛起，可望扩大MEMS微型反射镜和扫描镜的市场规模。

    LED微型投影独占市场激光微型投影急起直追

    根据市调机构InsightMedia观察，微型投影机市场将于2011年开始大幅增长，届时微型投影机出货量可达近两千万台；另预计至2015年，全球超过十五亿支的手机中，其中约有7%搭载微型投影模块，微型投影模块产量可望高达一亿件。

    此外，市调机构iSuppli也预测，未来4年内，微型投影装置应用在智能型手机的出货量将增长六十倍，微型投影的应用领域正逐步延伸至智能型手机、数码相机、笔记本电脑、移动联网装置和便携式数字录放机等热门市场，微型投影技术成为系统厂商提升各类便携式置附加价值的热门功能选项。

    由于便携式装置内建微型投影机风潮兴起，市场对于微型投影机的尺寸要求更加严苛。有业内人士表示，相比发光二极管(LED)光源微型投影技术(表1)，激光微型投影具有无限焦距、光机体积小、色彩饱和度高、低耗能等特性，后势深具潜力。

    表1微型投影光机技术比较

    即便激光微型投影拥有诸多优点，但LED微型投影技术仍较为成熟，已成为市场的主流方案，反观激光微型投影的倍频绿光模块技术瓶颈若迟迟未能突破，将成为商品化的绊脚石。至今，发表过激光微型投影的厂商不乏国际知名大厂，如美商Microviosn、日商NipponSignal、台商先进微系统、三星(Samsung)及以色列bTendo等，惟未能量产的主因正是关键组件倍频绿光模块技术门坎过高，尚未有厂商能真正跨越。

    除了MEMS微型反射镜、扫描镜和致动器之外，便携式装置内建微型投影风潮兴起，也将带动MEMS振荡器、三轴加速度计及麦克风市场需求。

    功能日趋多元MEMS振荡器精准度为致胜关键

    以电子书阅读器和微型投影而言，频率振荡器为不可或缺的核心组件，每款电子书阅读器与微型投影必会搭配一颗频率振荡器，功能等同于电子装置的心脏，尤其电子书阅读器与微型投影功能不断推陈出新，为支持丰富的功能发展，对于振荡器的精确度要求亦将更高。

    为获得电子书阅读器和微型投影的青睐，MEMS振荡器厂商也使出浑身解数，争相推出讲求超薄化、高精度、低耗电、高可靠度的MEMS振荡器，争取最大市占。例如SiTime现已开发出厚度仅0.25毫米的MEMS振荡器，该公司称，该产品运作功耗达4毫安以下，低于任何可编程振荡器，且待机功耗少于1微安培，因此可延长电池使用时间；此外，工作频率达1M～100MHz，适合任何低功耗振荡器的应用；加上，防振性能可达70G～50,000G；至于稳定度方面，平均故障间隔(MTBF)最高可达5亿小时，优于石英振荡器十倍。

    而Discera则是继晶体振荡器后(XO)，再计划投入温度补偿晶体振荡器(TXCO)新品的开发，目标为精度达10-6，试图藉此拓展Discera的市场版图。

    此外，为获得电子书阅读器和微型投影的青睐，MEMS振荡器厂商相继标榜体积更小、成本更低的的MEMS振荡器。有别于石英振荡器采用陶瓷封装，尺寸愈小愈贵，相对而言，MEMS振荡器则是愈小愈便宜，Discera已开发出比产业标准封装尺寸如7050、5032、3225及2520等更小的MEMS振荡器，而随着体积缩小，MEMS振荡器单价将较石英振荡器更具竞争力。

    相比石英振荡器，MEMS振荡器具备更小、更薄的优势，恰好符合讲求轻薄短小的应用需求，遂逐渐引起电子书阅读器和微型投影厂商的关注。Discera即证实，电子书阅读器和微型投影机厂商正在测试Discera的MEMS振荡器样品。

    不过，相比石英振荡器，MEMS振荡器性能却有不及之处，此将影响市场接受度，将为MEMS振荡器厂商竭力改善的课题。

    实现梯形校正/录音功能MEMS三轴加速度计/麦克风需求涌现

    不同于传统桌上型投影机，微型投影无论单机或者内建于其它便携式装置，必须经常进行梯形校正，将大幅推升MEMS三轴加速度计需求。

    此外，可作为收音和传感器的MEMS麦克风，在提供传感器功能时可接收到人耳听不见的超高频或超低频声音，已有厂商试图透过MEMS麦克风的感测特性，实现梯形校正功能。楼氏电子不讳言，除了电子书之外，厂商也有意于微型投影系统内建楼式电子MEMS麦克风作为传感器，目的为取代传统的加速度计，初步规划为梯形校正的功能。

    为进军消费性电子市场，MEMS麦克风厂商皆致力于研发微小化、多功能的MEMS麦克风产品。专家认为，小体积MEMS麦克风将为市场的致胜关键，楼氏电子现在通过MEMS的CMOS设计流程，达成高整合、小体积及低成本的优势；此外，MEMS麦克风汇集数字/模拟输出、差分输出、抗射频(RF)噪音、放大器、敏感度等多元化功能将为大势所趋，未来楼氏电子亦计划于MEMS麦克风导入更多的功能。

    意法半导体对MEMS麦克风市场也跃跃欲试，该公司首款MEMS麦克风产品已完成，但未正式发表，目前仅提供给通讯、消费性电子、个人计算机及便携式装置等领域的大客户参考。该产品透过表面贴装技术(SMT)封装达成小尺寸优势，体积规格为3毫米×4毫米×1毫米。

    另外，为扩大MEME麦克风市场渗透率，MEMS麦克风厂商正致力于提高声音敏感度、信噪比、音压比、耐久度、稳定度及输出电阻等效能。专家指出，声音敏感度与信噪比及输出电阻为客户采购的三大要点，分别须达成-42dB、55dB和300奥姆的规格。现今，楼氏电子透过掌握技术门坎高的声学技术，以达成MEMS麦克风高效能的要求。

    随着MEMS技术显神通，电子书阅读器和微型投影功能将更趋多元，并可进一步缩减电子书阅读器、微型投影的外观尺寸与降低功耗，加上吸引更多厂商投入之下，价格将更具吸引力，可望再掀市场热潮。