行動/物聯網感測功能再進化　MEMS新商機接連引爆

微機電系統(MEMS)市場高潮再起。在各類動作感測器逐漸成為行動裝置標配，並衍生出多功能整合(Combo)設計商機後，業界已開始尋找下一個MEMS產業明星，紛紛將觸角延伸至環境、生物訊號及光學感測領域，期搶進更大規模的智慧家庭、聯網汽車、穿戴式電子和工業自動化(Industrial Automation)等物聯網應用市場。

與此同時，各類MEMS感測器需求勁揚，不僅已吸引大批IC設計業者從互補式金屬氧化物半導體(CMOS)領域跨行搶市，亦刺激許多中國大陸、台灣MEMS晶片新秀冒出頭來，因而也挹注MEMS晶圓代工業務成長動能，包括歐系的Tronics Microsystems、X-Fab，美系的Teledyne DALSA、IMT及以色列的TowerJazz，以及台灣晶圓雙雄和亞太優勢等晶圓代工廠，皆看好市場成長性，積極搶攻MEMS代工山頭。

繼行動裝置擴大引進動作感測器，引爆首波MEMS市場商機後，物聯網應用興起的環境和生物感測器導入需求，將接棒領漲，掀動新一波產業高潮。受惠於MEMS供應鏈日益茁壯，MEMS代工業亦可望持續擴張業務規模，成為MEMS市場成長的另一大亮點。

環境感測熱度直衝雲霄　MEMS商機迎向新高峰

圖1　Bosch Sensortec亞太區總裁Leopold Beer提到，感知物聯網下一個焦點將鎖定氣體、化學檢測，以實現環境安全應用。

環境感測器搭上感知物聯網設計熱潮，不僅已是手機和平板廠商實現情境感知(Context Awareness)功能的要角，更將擴大進駐家庭、工業和車用聯網設備，因而躍居MEMS市場新寵。

在眾多環境感測方案中，大氣壓力、溫/濕度和紫外光(UV)感測器需求可望率先爆發。意法半導體(ST)技術行銷經理李炯毅指出，以壓力計為例，其可精準測量氣壓變化，進而達成各種壓力檢測、高度追蹤和輔助定位等應用功能，近來正快速在智慧手機、運動/競賽專用穿戴式電子、智慧家庭能源管理裝置、汽車胎壓監控系統(TPMS)，以及工業監控設備設計中崛起。

無獨有偶，Bosch Sensortec和飛思卡爾(Freescale)亦瞄準壓力計應用市場，並分別發表用於TPMS的多功能整合模組，將二軸以上加速度計、壓力計、MCU和無線射頻方案合而為一，進而大幅縮減系統占位空間和功耗。

至於溫/濕度和UV感測器亦是情境感知的重要一環。Bosch Sensortec亞太區總裁百里博(Leopold Beer)(圖1)表示，透過常時擷取環境溫/濕度和UV指數等資訊，物聯網裝置將能因應環境的變化，主動發出提醒，給予用戶操作裝置的參考依據，或再結合應用程式達到情境感知功能，因此也日漸受到各類物聯網裝置開發商青睞，出貨量與日俱增。

隨著環境感測需求日益明朗，MEMS晶片廠也頻頻發動產品攻勢，積極圈地。其中，Bosch Sensortec已運用系統級封裝(SiP)技術，搶先量產溫/濕度加壓力計的三合一環境感測器；而意法半導體也已分別發布壓力計、溫/濕度感測器產品，並計畫在2014年底前增添UV感測器陣容，隨後亦將在2015年發布壓力加溫/濕度三合一感測方案。

Beer更透露，由於環境感測器必須與外界接觸以便擷取資訊，所以通常放置在裝置上下方開孔處附近，基於此一系統布局考量，該公司也開始研擬MEMS麥克風整合環境感測器的SiP解決方案，透過「地利」提高零組件整合度，以爭取更多設計空間。

至於環境感測下一階段的發展，工研院南分院微系統中心特別助理陳弘仁認為，一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和酒精等氣體(或稱化學)感測器，可望成為MEMS產業新亮點。由於氣體或化學感測必須利用特殊材料與環境因子進行反應，再透過演算法和資料庫的比對才能得到成分、濃度等結果，因此也將帶動MEMS感測層結構和材料技術革新浪潮。

陳弘仁更提到，使用者注重環境安全和個人健康的意識正逐漸抬頭，因此已有手機品牌大廠開始評估導入MEMS氣體和化學感測器，以常時監控用戶周遭的危險環境因子，可望帶來龐大的設計商機。

繼情境感知之後，系統廠、晶片商和軟體開發商更已將目光投射至自我監控(Self-Monitoring)應用，將結合動作、環境感測器和心率、血氧等生物感測方案，進行全方位的使用者生理狀態監控，可望創造嶄新的人機互動體驗。

物聯網/車用感測需求挹注　MEMS晶圓代工商機滾滾

圖2　亞太優勢微系統公司總經理蔡裕賢提到，為微縮晶片體積，光通訊元件商亦開始評估導入MEMS製程。

隨著環境、生物感測器需求爆發，加上動作感測器在行動和物聯網裝置的滲透率仍持續飆升，無晶圓廠(Fabless)MEMS晶片商正紛紛加重產品和技術投資力道，以瓜分整合元件製造商(IDM)的市占率，因而也掀動龐大的MEMS晶圓製造需求，為MEMS代工產業引來嶄新的成長契機。

瞄準物聯網和汽車安全應用對MEMS元件的強勁需求，歐美及台灣MEMS晶圓代工廠皆已競相加碼布局動作感測器、壓力計、麥克風、諧振器(Resonator)和微投影晶片等關鍵製程技術，並陸續通過客戶認證進入量產。

亞太優勢微系統總經理蔡裕賢(圖2)表示，物聯網、汽車、行動裝置、醫療和光通訊設備對系統占位空間、功耗要求日益嚴格，刺激愈來愈多晶片商投入研發MEMS製程，以打造更小尺寸且省電的動作、環境或光學感測器，以及高速、高頻寬的光通訊元件，因而帶動一波MEMS晶圓代工商機。

蔡裕賢強調，MEMS代工業者已布局多年，正快速追趕意法半導體和Bosch Sensortec兩家IDM廠的技術能力，近期更特別鎖定物聯網和汽車應用，加緊開發低功耗、低成本且小尺寸的加速度計、磁力計、壓力計和麥克風，以及溫/濕度、UV和紅外線(IR)等環境感測器製程。

以亞太優勢為例，已投入2年以上時間專注研發物聯網、手機、醫療和車用系統感測器，近期則開始擴大生產壓力計，瞄準穿戴式電子、流量計、TPMS和血壓計等各式智慧感測裝置，現與合作夥伴正邁入產品合格認證階段，目標係於2015∼2016年大量商用。亞太優勢微系統研發處副處長吳建宏補充，根據全球前三大汽車一級(Tier 1)供應商的產品藍圖，未來整部智慧汽車可望安裝約十八顆壓力計，以監控引擎室壓力、油壓、煞車性能、安全氣囊和TPMS等多種車用系統運作狀態，再加上各種動作、環境感測器內建需求，商機規模龐大。

至於物聯網方面，蔡裕賢透露，壓力和環境感測將是智慧家庭、穿戴電子熱門焦點，包括智慧手環/手表、洗衣機和能源管理設備皆將導入壓力計，以及各種環境感測器，達成高度輔助導航、溫/濕度、氣體和流量監控等智慧應用；因此該公司亦正緊鑼密鼓部署相關製程，協助晶片商搶攻商機。

感測器需求湧現已促進MEMS代工服務崛起，而隨著物聯網產品降價和快速上市的壓力加劇，MEMS代工廠更將挾生產成本和靈活度等優勢，持續擴大影響力。蔡裕賢認為，透過晶圓代工服務，晶片商可加速克服偏重機械結構和特殊材料的MEMS製程挑戰，並提升研發和生產經濟效益。

揮軍RF/光學設計　MEMS商機無限延伸

陳弘仁認為，MEMS還有許多應用潛力等待發掘，除了動作、環境和生物感測外，射頻微機電(RF MEMS)設計商機亦不容小覷，其微型、低耗電和可編程的技術特性，可望在要求高效能並兼顧輕薄外觀、省電特色的4G智慧手機市場大展拳腳。

此外，蔡裕賢指出，隨著行動資料量暴漲，大型資料中心改搭高速傳輸方案已是大勢所趨，相關業者為了節省廠房設備和布線空間，更開始計畫以全光纖傳輸，取代傳統仍須運用光電轉換模組進行資料交煥的模式，全面朝微型化系統設計邁進；基於此一要求，相關設備供應商也對更小尺寸和功耗的光學MEMS元件燃起興趣，再為MEMS闢建新市場。

MEMS產業正逐漸由動作感測應用版圖，朝向多元領域擴展，預期這股MEMS新趨勢將在半導體及電子科技產業持續發酵，激發更多應用創意和商機。