Freescale MEMS麥克風 iPhone 重力感測計 智慧手機 智慧型手機 Smart Phone 消費性電子 Epson 加速度計 虛擬實境 石英元件 陀螺儀 磁力計 ADI ST 歐勝

手機/CE挹注成長動能 MEMS市場價量齊揚

2010-12-21
在消費性電子與手機的雙重驅動下,包含加速度計、陀螺儀、MEMS麥克風等MEMS元件的發展可謂相當亮麗,也吸引廠商群起搶攻市場商機,甚至以工業市場為主力的MEMS供應商也跨足消費性電子。為鞏固市場,以及提供消費者更佳的體感經驗,MEMS廠商紛紛邁向多軸感測器,並擴大MEMS產品線,以提供客戶更多的選擇。
根據iSuppli分析,手機和消費電子產業對於感測器的需求,將有助全球微機電系統(MEMS)市場在2010年強力回升,結束之前兩年的下滑局面。預計2010年MEMS市場將增長11.1%,市場規模達到65億5,400萬美元,略高於2007年創下65億5,000萬美元的高峰。過去兩年是首次負成長,2008年銷售額下滑到63億美元;2009年則降到59億美元。

2010年總體半導體產業增長30.8%,雖然2010年MEMS市場的增長率略遜一籌,但MEMS產業並不遵循半導體產業的景氣週期。iSuppli表示,實際上,整體來看,2009~2014年MEMS擴張速度快於晶片產業,年複合成長率達10.7%,高於半導體產業的9.6%。

消費性電子/手機蔚為MEMS應用大宗

MEMS市場真正的發動機將是消費電子與手機應用,預計2014年兩大應用領域將貢獻MEMS超過32億美元規模,接近整體MEMS市場的三分之一。尤其是用於手機和遊戲機搖桿的加速度計(Accelerometer)和陀螺儀(Gyroscope),將在消費性電子與行動裝置MEMS領域占主導地位。另外,根據統計,2010年全球MSMS市場產值可達約80億美元規模,預計2011年將逼近100億美元大關,商機相當龐大。消費性電子如遊戲機、平板裝置(Tablet Device)等,以及智慧型手機的熱銷功不可沒,連帶使陀螺儀、加速度計、MEMS麥克風與MEMS振盪器的需求水漲船高,預計2012年全球加速度計產值將達16億1,000萬美元;陀螺儀則近14億美元,成MEMS產業中表現最亮眼的元件。

MEMS市場中另一個快速增長的領域將是工業領域,其中包括過程控制和自動化、儀器與能源。壓力與流量感測器及加速度計將是重要產品,2010~2014年工業市場的年複合成長率將達18.1%,僅次於手機的25.4%。由於平均銷售價格高於消費電子及行動裝置應用,2014年工業市場的MEMS規模到將擴大一倍以上,從2009年的5億1,600萬美元上升到12億美元。

iSuppli的數據並顯示,到2014年,有五種MEMS元件將產值超過或接近10億美元大關,分別是噴墨頭、加速度計、壓力感測器、MEMS光學顯示器和陀螺儀。

圖1 意法半導體技術行銷經理郁正德表示,即使不透過封裝方式,意法半導體也可在單一裸晶上整合加速度計與重力感測計。
瞄準消費性電子與智慧型手機對MSMS元件的需求,土洋業者動作頻頻。原主攻工業用MEMS元件的VTI,自2010年10月也宣布進軍消費性電子領域,目前MEMS市占超過50%的意法半導體(STMicroelectronics)在手機與消費性電子提供的MEMS產品主要為加速度計、陀螺儀等,並透過購併方式取得MEMS麥克風研發能力,致力齊備MEMS產品,強調產品完整性與多元化;飛思卡爾(Freescale)2010年重新定義代表未來感測器發展方向的智慧感測平台架構,並於6月推出Xtrinsic感測解決方案,該產品組合高性能感測、處理功能和軟體;亞德諾(ADI)以加速度計與MEMS麥克風搶攻市場;至於歐勝(Wolfson),則是以其音訊IC發展基礎,跨入MEMS麥克風領域。

成本為手機/消費性電子應用最大挑戰

圖2 亞德諾亞洲區微機電事業發展經理吳彥彬表示,該公司採用多晶片封裝技術,將MEMS元件與電路進行整合。
眾所周知,手機與消費性電子產品對於成本相當敏感,因此對於產品中各個關鍵元件的成本,包含MEMS感測器,也相當要求。意法半導體技術行銷經理郁正德(圖1)表示,除了成本之外,MEMS元件的感測靈敏度才是實現最佳的使用者體感經驗的關鍵。亞德諾亞洲區微機電事業發展經理吳彥彬(圖2)認為,在消費性電子市場的主要挑戰就是低成本,不過,低成本往往意味性能也將被犧牲,因此亞德諾的MEMS感測器目標市場是鎖定在需要高性能MEMS元件的應用。

另外,消費性電子與手機不可或缺的石英元件,透過MEMS製程,也達到符合手機與可攜式裝置輕薄短小的需求。隨著智慧型手機的普及,與整合多項功能的產品設計趨勢,連帶使零組件的規格要求愈加嚴格。由於石英的材質在小型化的過程中,會遇到阻抗等物理上的限制,目前愛普生(Epson)的QMEMS製程可以克服此一限制並達成更高的精準度。

圖3 台灣愛普生電子零件事業群產品企劃部協理李中居表示,愛普生將持續與全球客戶夥伴緊密配合,以因應瞬息萬變的消費性電子與手機市場發展趨勢。
台灣愛普生電子零件事業群產品企劃部協理李中居(圖3)表示,若採傳統研磨方式,石英元件製程的尺寸極限為25毫米(mm)×20毫米(2520),而為因應智慧型手機對各種零組件微型化需求日增,愛普生獨創QMEMS製程,使石英元件可微型化,目前以QMEMS製程製作的石英元件已普遍被應用在智慧型手機,如即時時脈所使用的32.768kHz、通訊用石英晶體,以及使用在全球衛星定位系統(GPS)或無線寬頻通訊模組的溫度補償石英振盪元件(TCXO)等,另外,如平板裝置的崛起,也帶動微型化石英振盪元件需求。在產品方面,2016規格早已量產應用,1612尺寸技術也已成熟,隨時等待客戶需求,邁向量產。

飛思卡爾感測器部亞太區和全球分銷發展總監陳光輝(圖4)指出,成本效益、低功率、尺寸小、高效能與高整合度皆是MEMS元件在消費性電子將遭遇到的技術挑戰,不過,將多種功能整合至同一矽晶或是同一封裝內,就可減少元件數目,有助於降低成本。而整合式微系統可分為兩種,單體整合(Monolithic Integration)與系統封裝(System-in-a Package, SiP),單體整合等於是把MEMS元件和整合線路納入同一片矽晶當中;單一封裝系統則是把MEMS元件和整合線路納入同一塊印刷電路板(PCB)封裝中。

實現更多體感功能多軸MEMS大勢所趨

圖4 飛思卡爾感測器部亞太區和全球分銷發展總監陳光輝表示,憑藉多重感測器技術、運算及軟體,該公司可快速推出迎合市場需求的MEMS產品。
10年前MEMS加速度計開始應用於汽車安全,隨著消費性電子與手機業者窺見導入MEMS,可開發出更多元與更人性化的功能之後,MEMS元件即迅速於消費性電子與手機開花結果,其中,智慧型手機可謂MEMS元件市場最大驅動力,手機增加的功能也驅使MEMS元件從原本的三軸,逐漸進化至六軸、九軸。

郁正德表示,體感已成為消費性電子與手機最大的賣點之一,也讓MEMS感測器須朝更聰明、感測效能更為精準的方向演進,因此多種感測器的整合,亦即更多軸的MEMS感測器將成為未來發展的重點之一。舉例而言,蘋果(Apple)iPhone 3GS與4最大的差別在於iPhone在加速度計之外,又再加上陀螺儀,且現階段智慧型手機多採用觸控面板,按鍵已消失,因此即須透過體感來完成許多過往按鍵負責的指令,讓使用者更容易操作,如玩遊戲時從自身動作的變化即可增添更多樂趣,然而體感所創造更豐富的使用者經驗,與避免感測器誤判的情況,皆須倚賴更精密、感測靈敏度更佳的多軸MEMS元件。

另外,多軸MEMS感測元件再配合雲端運算(Cloud Computing)技術,也可讓廠商開發更多的新應用,如定址服務(LBS)的變形--虛擬實境,也稱為標記位置的功能,郁正德指出,過去智慧型手機的定址服務功能僅限於定點的資訊顯示,若要知道單一地區其他景點的資料,則須用手指在觸控螢幕上左右移動才能得知,但加速度計與陀螺儀的搭配,讓使用者毋須再利用「手動」方式,僅須平移手機,螢幕上即可即時顯示相關資料,使用更為便利,而雲端運算則是即時顯示景點資訊的幕後功臣。

看準未來多軸MEMS感測器發展,擁有涵蓋加速度計、陀螺儀、重力感測計、磁力計與MEMS麥克風等產品的意法半導體,目前已推出六軸MEMS感測器,郁正德表示,意法半導體的多軸MEMS產品iNEMO,終極目標為十二軸,現階段,意法半導體已利用封裝方式整合兩顆感測器,推出六軸MEMS感測器,也將視市場需求推出九軸感測器。

在消費型電子產品採用QMEMS感測元件的陀螺儀,目前以數位相機防手震為最大應用。李中居指出,愛普生在高階數位相機如數位單眼的光學防手震市占約達七成,遊戲機操縱器及搖桿、3D滑鼠等產品中也多見愛普生陀螺儀的身影,未來該公司也將陸續開發多軸感測器,應用於各種動作感測上。

陳光輝指出,未來的感測器市場將不再是單獨的、或者是不同類型感測器的簡單組合與補充。更大的挑戰在於多種感測器間的融合、更智慧的系統級解決方案。飛思卡爾將彙集自身在微處理器、電源管理、多媒體應用、系統級解決方案等方面的優勢,為客戶提供智慧感測的新平台,MMA9550L就是致力於此方向的新一代產品。

台灣廠商也積極開發MEMS元件,已發布MEMS加速度計並計畫推出陀螺儀的利順精密科技表示,目前推動MEMS元件發展的最大驅動力仍在於手機,根據市調單位的調查,2010年智慧型手機出貨量成長20%以上,2011年將成長50%,而智慧型手機功能也將越來越多,新興應用如虛擬實境等,將促使多軸MEMS感測器的需求攀升,利順精密科技也將順應市場趨勢,進行六軸MEMS感測器的研發,預計2011年第三或第四季即可推出六軸MEMS感測器。

利順精密科技進一步表示,所謂的六軸感測器是加速度計加上陀螺儀,九軸則為再加上磁力計,因此要進行多軸感測器的研發,則須具備加速度計、陀螺儀與磁力計的技術能力,然而陀螺儀的設計難度較加速度計困難五至十倍,原因在於,陀螺儀感測靈敏度較低,訊號解調相對困難,而這也是利順精密科技努力的目標。更何況,目前市場上陀螺儀供應商僅意法半導體與Kionix,競爭較少,相較於加入速度計約有六至七家供應商,利順精密科技陀螺儀推出後,市場機會也較大。

不過,既有的三軸感測器,並不會隨著多軸感測器的出現而被淘汰,郁正德表示,加速度計已成為智慧型手機的標準配備,而智慧型手機的發展將朝高階與低階雙向發展,高階智慧型手機無疑將採用多軸感測器;入門型智慧手機則因成本與功能考量,則仍持續選用三軸加速度計。利順精密科技則認為,加速度計的價格如溜滑梯,每年平均單顆售價降幅幾乎減少一半,若三軸加速度計毛利已不符國際大廠的期待,其將轉往高階六軸、九軸MEMS感測器的發展,對利順精密科技將是相當好的市場契機。

MEMS麥克風逐步取代傳統麥克風

傳統麥克風價格固然便宜,但是在音質表現與尺寸上卻已面臨瓶頸,目前消費性電子與手機為突顯產品差異性,提供更好的音訊品質即為廠商的方法之一,而MEMS麥克風的出現,已對傳統麥克風市場造成莫大威脅。

圖5 歐勝大中華區總經理鍾慶源表示,智慧型手機、平板電腦熱賣帶動MEMS銷售,而專注於研發音訊IC的歐勝,將繼續著重在MEMS麥克風的改良。
以消費性電子和行動電話市場作為MEMS麥克風的設計目標的歐勝大中華區總經理鍾慶源(圖5)表示,MEMS麥克風將取代傳統電容式麥克風(Electret Condenser Microphone, ECM),MEMS麥克風包含一個轉換器和一顆特定應用積體電路(ASIC),採用專屬的MEMS製程技術並以特殊設計的聲學元件封裝方式供應。

MEMS的應用非常廣泛,而在聲學產品的應用開發中,如何封裝是關鍵因素,且與呈現出來的聲音品質密切相關,這也是至今許多半導體廠商僅僅供應MEMS晶片,但並不提供封裝技術的原因。目前歐勝MEMS麥克風包含六種產品,包括類比和數位元件,並將陸續推出更多新設計。

面對台灣廠商挾互補式金屬氧化物半導體(CMOS)與低成本優勢進軍MEMS麥克風市場,而身為MEMS麥克風後進業者的歐勝,有何因應之道,鍾慶源表示,歐勝在消費性電子和智慧型手機市場的方案供應上已奠定穩固的根基,而該公司高效能MEMS方案將進一步擴充歐勝的市場地位,亦即歐勝在音訊供應鏈中保有專業領導性,包括音訊中樞方案、環境噪音消除方案、喇叭放大器、類比數位轉換器、數位類比轉換器及電源管理元件等,再加上25年的音訊技術專業,讓歐勝能為客戶提供客製化的音訊方案。

吳彥彬表示,MEMS產品製作挑戰高,特別是在高音量的MEMS麥克風,舉例而言,廠商常面臨的問題是,即使出貨量已達一百萬顆,MEMS麥克風仍有許多問題未顯露出來,也造成大多數新的MEMS供應商仍然有很長的路要走,唯有經過長期的考驗,產品才能達到高品質、高可靠性和高容量的水準,而亞德諾的MEMS麥克風即具備高性能與更好的聲音品質。未來,隨著MEMS麥克風成本續降,可望全面取代傳統麥克風。

完整MEMS解決方案需求浮現 一站式服務崛起

面對許多MEMS供應商由工業領域跨入消費性電子市場,意法半導體已感受到市場的衝擊,郁正德表示,2005年意法半導體正式推出MEMS元件以來,則是鎖定手機與消費性電子應用,隨著多家廠商進入,為將市場衝擊降到最低,加快產品研發速度將是重要的市場生存之道,因此促使意法半導體朝多樣化的MEMS產品線發展。而備齊所有MEMS產品線也可提供客戶更多選擇與彈性,並可與客戶進行溝通,為其終端產品找出最適合的MEMS產品組合。

對於意法半導體朝一站式服務的市場策略,利順精密科技表示認同,提供完整MEMS的解決方案予客戶,可擴大現有的市場空間,而在產品價格上也可更具優勢。鑫創科技則指出,未來該公司將慢慢累積於MEMS感測器的技術能量,現階段已針對加速度計和陀螺儀進行市場與技術評估,希望兩年後可落實加速度計和陀螺儀產品的推出,補足鑫創科技MEMS產品線。

未來,若其他MEMS廠商也依循意法半導體的市場策略,致力於MEMS產品線完整化,是否市場的競爭也將更加激烈,郁正德表示,如此一來,也證明意法半導體在MEMS市場洞燭機先,因此可吸引其他廠商跟進,由於意法半導體較早發現市場的趨勢,因此待其他廠商追隨意法半導體腳步,該公司早已在市場站穩腳步。

由上述可知,為在競爭日益劇烈的消費性電子與手機市場勝出,MEMS廠商毋不卯足全力研發更高效能產品,以期鞏固市場的同時,進一步擴大市占。

本站使用cookie及相關技術分析來改善使用者體驗。瞭解更多

我知道了!