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消費性電子產業體感風潮起 MEMS元件需求水漲船高

2011-04-28
MEMS元件發展歷史悠久,不過卻在遊戲機業者導入產品後,其提供的體感經驗,才開始廣受到消費者的歡迎,並促使MEMS元件進一步發展,由於消費性電子領域挹注最多MEMS發展動能,因此也成為業者兵家必爭之地。
龐大的消費性電子市場吸引各家業者的競相投入,而為更貼近使用者習慣,並強化各種應用功能,消費性電子開始導入微機電系統(MEMS)元件,其中加速度計、陀螺儀與MEMS麥克風為最大受惠者,相關業者包括飛思卡爾(Freescale)、IMT、VTI、Akustica與耕耘MEMS時脈的SiTime也持續推出新產品搶占市場商機。

飛思卡爾逐步整合MEMS感測器

圖1 飛思卡爾全球市場行銷總監Dlen Burchers表示,由於MEMS裸晶尺寸較大,進入更先進製程時,利用CMOS製程將提高成本,因此飛思卡爾並不打算以CMOS製程開發MEMS元件。
目前MEMS的應用以消費性電子為大宗,未來將為智慧能源與醫療裝置,飛思卡爾全球市場行銷總監Dlen Burchers(圖1)表示,在消費性電子領域中,MEMS元件受到行動運算裝置、手機等產品的推動,再加上MEMS具備低成本、小尺寸與低功耗的特性,符合消費性電子產品的需求,每年皆有雙倍的成長率,因此飛思卡爾投入MEMS市場時,即以消費性電子及車用/工業應用市場為主,未來並將瞄準醫療、智慧能源等應用。經過30年MEMS產品發展累積的基礎,目前飛思卡爾MEMS出貨量已達十億顆。

針對消費性電子朝輕薄短小的發展,飛思卡爾也計畫將各種MEMS元件整合為單一的智慧MEMS平台,Burchers指出,飛思卡爾透過封裝技術將MEMS與微控制器(MCU)整合為單晶片,但並不等於一個完整的多顆MEMS感測測器系統平台,尚須要搭配軟體,因此飛思卡爾也開發相關軟體,若客戶未有軟體研發的能力,飛思卡爾也可提供適當的協助,此外,多MEMS感測器平台也具備使用者介面(UI),在功耗上,搭配i.MX處理器,可降低約90%的耗電。

由於飛思卡爾的陀螺儀預計於2011年中發表,Burchers談到,雖然比其他廠商晚約6個月時間推出陀螺儀,但飛思卡爾並未落後太多,原因在於,陀螺儀的應用才剛起步,至於愛普生(Epson)推出十二軸MEMS感測器,Burchers認為是相當未來性的產品,但MEMS勢必往多軸發展,飛思卡爾將視市場狀況,投入多軸感測器的研發。

VTI跨足消費性應用市場商機

圖2 VTI北美副總裁暨總經理Scott Smyser表示,該公司選擇於亞洲地區委外代工消費性電子專用的MEMS產品,可減少30%的研發成本。
由於消費性電子市場商機龐大,原先耕耘工業領用的MEMS業者VTI亦宣布跨入消費性電子領域,該公司北美副總裁暨總經理Scott Smyser(圖2)表示,挾20年於汽車/工業用MEMS累積的技術基礎,看準每年整體成長率超過18%的消費性電子,將衍生MEMS元件15億美元的市場規模,因此毅然跨進消費性電子領域。

與其他廠商的計畫相同,VTI也認為醫療裝置為未來MEMS的重要應用市場,Smyser指出,由於醫療裝置涉及人身安全,因此須經過嚴格的產品驗證,而VTI擁有同樣嚴格要求的汽車相關技術,恰好可轉移至醫療電子。雖然在消費性電子領域中,VTI為後進業者,但目前該公司已可提供加速度計、陀螺儀與時脈產品,並採用三維(3D)製程技術,此外,VTI MEMS產品較高的良率與較低的功耗,為該公司勝出市場的重要因素。

嫁入博世 Akustica轉向消費性電子領域

圖3 Akustica執行長Stefan Finkbeiner表示,利用博世的資源,Akustica已成功推出第一個購併後的MEMS麥克風產品。
專注於筆記型電腦MEMS麥克風研發的Akustica,於2009年被博世(Bosch)購併後,也將觸角從筆記型電腦延伸至消費性電子,Akustica執行長Stefan Finkbeiner(圖3)表示,過去該公司規模較小,因此無力於消費性電子市場推廣產品,且MEMS生產量也追不上消費性電子龐大的需求,現在擁有富爸爸--博世,可利用博世的生產設備與資源,因此有能力可進軍消費性電子市場。

Akustica的MEMS麥克風產品與其他業者,如樓氏(Knowles)、意法半導體(STMicroelectronics)、歐勝(Wolfson)與飛思卡爾最大的不同點是,Akustica採用互補式金屬氧化物半導體(CMOS)製程生產MEMS麥克風。Burchers認為,透過CMOS製程製造MEMS麥克風有一定的難度,原因在於CMOS晶圓較薄,MEMS為立體設計架構,因此要順利研發產品,挑戰相當大。

針對此疑慮,Finkbeiner表示,CMOS製程擁有許多優點,如低成本,以及成熟的製程技術與設備可作為後盾,即使MEMS製程與CMOS有極大的差異,導致初期生產CMOS MEMS麥克風遭遇極大挑戰,但Akustica已克服,且逐漸取得樓式電子的市占率,展現市場開拓成果。

面對台灣與中國大陸MEMS製造商亦積極推出CMOS MEMS麥克風,且產品成本更具優勢,Finkbeiner表示,MEMS產品不僅僅是成本低即可分食市場大餅,品質、效能亦為客戶採用的重點,且在CMOS MEMS麥克風的設計架構上,目前競爭對手多為特定應用積體電路(ASIC)加上MEMS裸晶的架構,再封裝為系統單晶片(SoC),但Akustica已成功將ASIC整合於MEMS裸晶中,尺寸可更加縮小,為該公司一大優勢,未來Akustica也將推出尺寸更小的產品。

不過,由於Akustica小尺寸產品將以省略周邊元件達成,也造成效能上的疑慮,Finkbeiner表示,周邊的減少不代表效能將隨之降低,Akustica透過更高整合度與效能更高的ASIC解決效能不足的問題。

MEMS時脈扮要角

許多晶片與終端產品中皆須內建時脈才能確保工作效能,由於更高的運作效能需更高頻的時脈振盪器,但目前石英振盪器在高頻領域的開發相當困難,且各種不同特性的石英振盪器也有各自的缺點,促使MEMS時脈產品的崛起。

圖4 SiTime市場行銷副總裁Piyush Sevalia指出,目前該公司擁有MEMS時脈振盪器58%的市占率,預期2011年將可出貨四千五百萬顆MEMS時脈元件。
SiTime市場行銷副總裁Piyush Sevalia(圖4)表示,MEMS時脈產品在效能上有一定程度的表現,且較不亦受使用環境影響而造成故障,相較於石英振盪器的研發時間須耗時8~16週,MEMS時脈元件僅需3~5週,可藉此減少研發成本,並加快產品上市時程,因此MEMS時脈元件廣受市場歡迎,根據研究資料顯示,MEMS時脈元件每年有高達100%的成長率,而石英元件僅5%,即可證明MEMS時脈元件已逐漸打開市場大門。

面對MEMS振盪器的龐大商機,SiTime已推出針對平板裝置(Tablet Device)以及電子書閱讀器(E-reader)等應用,推出完整的MEMS時脈振盪器解決方案,Sevalia表示,該元件比傳統石英振盪器薄30%,並提供高出十倍以上的穩定性和防振抗震性,可最佳化平板電腦以及電子書的設計美觀及耐用性。

MEMS切換器登場

圖5 IMT副總裁Craig Trautman指出,雖然IMT同時擁有授權與晶圓廠,但在MEMS切換器市場中,並未發生與客戶成為競爭對手的情況。
MEMS切換器(Switch)在終端產品中也扮演重要角色,其中射頻(RF)MEMS切換器可用於無線通訊、振盪電路與訊號處理等,Innovative Micro Technology(IMT)推出一系列MEMS切換器產品,目前累積全球出貨量已達六千兩百萬顆,IMT副總裁Craig Trautman(圖5)表示,RF MEMS切換器可用於包括手機、筆記型電腦、電視機、遊戲機、DVD攝錄影機、MP3播放器與汽車中。

有關IMT的優勢,Trautman強調,目前MEMS業者多自行生產MEMS元件,較少委外代工,雖然IMT亦有自己的晶圓廠,但是仍有一些MEMS切換器產品交由代工廠進行製造,可進一步節省成本,且該公司MEMS切換器產品亦包含矽智財(IP)、平台的部分,也授權給其他客戶,事實上,IMT並非單純的普通晶圓廠,目前授權IMT產品的無晶圓廠客戶約占80%。

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