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受惠於終端應用廣 MEMS市場前景大好

本文作者:admin       點擊: 2011-03-15 00:00
前言:
微機電系統(MEMS)在2010年成長強勁,和2009年的營業額相比成長了18.9%,根據市調機構IHS iSuppli最新調查顯示,2012年到2014年MEMS都將維持兩位數的成長。該機構認為iPhone 4是MEMS擴大手機市場的重要因素,因為該手機採用陀螺儀及兩個MEMS麥克風以抑制雜訊。

2011年智慧型手機、平板電腦等應用將大量採用陀螺儀及加速度計, IHS iSuppli指出,2010年採用陀螺儀(Gyroscope)的手機僅有5款,但由美國消費性電子展(CES)中展示的新產品來看,今年會有45款手機及平板電腦會內建陀螺儀,其中包括摩托羅拉、宏碁等大廠,已經在平板電腦中搭載了加速度計(Accelerometer)、陀螺儀、壓力感測器、傳輸濾波器(BAW)等MEMS元件。 

該報告也強調,中國及印度,對MEMS需求最為強勁。以中國為例,汽車電子市場已將MEMS安全感測器列為標準,MEMS微投影則用於教育市場。而三網合一也將帶動光纖型MEMS晶片需求,智慧電網也把MEMS流量感測器及加速度計納入標準中。生物醫學及生物科技等都利用MEMS的特性以提升醫療效果,多方面的應用將大幅推升MEMS的需求,也讓MEMS終端應用更為廣泛,進入消費者日常生活。

2011年平板電腦成為最快成長的MEMS 市場 
 
根據iSuppli最新的分析報告指出,由於Apple 的iPad和Android平板電腦的需求帶動, 在消費性電子與手機領域可望是2011年MEMS成長最快的市場。今年平板電腦的MEMS銷售量將大幅提高到1.4億美元,較2010年的2970萬上升了373%。到2014年,平板電腦將繼手機之後成為MEMS感測器在消費性與手機領域的第二大塊應用,營收將達2.8億美元。
 
ISuppli分析師表示,MEMS加速計與陀螺儀在平板電腦中扮演重要角色,它們不止運用在自動螢幕旋轉與作為指南針的傾斜補償,也作為以動作為基礎的使用者介面。MEMS濾波器如薄膜體聲波雙工器也可用在3G平板機上,同樣的,像壓力感測器與MEMS麥克風也都將在2011年加入戰局。這些元件都將擴大MEMS在平板機的銷售量,並且有助於帶動整個MEMS消費性電子裝置與手機的市場。

MEMS的消費性電子與手機市場在今年的成長率將超過25%,這個量幾乎等於2010年產業從2009年金融危機下復甦的一整年的成長率。

MEMS主要應用
在整個消費性電子與行動裝置中,手機 仍將在2011年佔有MEMS使用最大的比重,可望接近11億美元。 iSuppli預估,手機銷售將持續在未來幾年中不斷擴大,包括傳統手機與智慧型手機都將運用為數更多的MEMS元件數。

其次是電玩,今年消費性MEMS的銷售額可望達到2.29億美元,但由於該領域日漸成熟, MEMS元件價格持續下跌,因此市場規模持穩縮小。但營收將會在2014年當下一代遊戲機平台推出後再度反彈。今年其他重要的消費性MEMS市場為相機,投影機,筆電,MP3播放機和電視等。

主要MEMS元件—依類型分 
 
加速度計(accelerometer)除了運用在手機,平板機,也用在遊戲機,筆電與遙控器上,今年將持續坐上龍頭寶座,營收可望超過5億美元,從現在到至少2014年為止,仍將由手機佔加速度計出貨量的絕大多數。

接在其後的是三軸陀螺儀,今年營收也將超過5億美元,這是由於它們被用在Apple的iPhone4與Sony的PlayStation Move遊戲控制器中,以及一些手持式遊樂器如任天堂3DS和新推出的Sony PSP中。到2014年,加速度計與陀螺儀將隨著市場整併而讓這兩個元件無分軒輊,預計市場規模可達16億美元。

其它在2011年銷量最佳的MEMS元件還包括薄膜體聲波濾波器,該元件將受益於不斷普及的應用在下一代4G無線技術中; MEMS麥克風的抗噪音技術由於受到摩托羅拉的Android智慧型手機以及iPhone 4的普遍採用,使其佔了優勢;還有數位照明處理(DLP)晶片組,在微型投影機上廣受採用。

iSuppli研究指出,去年ST(加速度計與三軸陀螺儀)與TriQuint(MEMS BAW filter)拿下Apple iPhone 4與iPad的design win,讓這兩家的成長率領先MEMS在消費性電子與行動裝置業界。 其中產業新秀TriQuint的營收成長率高達778.6%,2009年時該公司營收只有850萬美元,排名從前年的16名躍昇至第8名,漲勢驚人。ST在前十大中居第二高成長率,營收成長63.5%。公司營收從2009年的2.16億美元大幅成長至3.53億美元, 鞏固了ST 在此領域的龍頭地位。


對於全球MEMS市場, iPhone 4是一個突破性的產品,它不止代表首個智慧型手機採用陀螺儀的範例,它也整合了三軸加速度計,創新的MEMS-based傳輸模組以及兩顆針對雜訊抑制的小型MEMS麥克風。 至於iPad 3G則包括三顆MEMS元件。

MEMS產業動向 
消費性MEMS龍頭:ST
分析消費性MEMS元件供應體系中,不能不提STMicroelectronics(意法半導體)這家龍頭廠。2010年底ST宣佈其MEMS感測器全球出貨量已突破10億顆大關。許多廣受歡迎的消費性電子產品透過意法半導體的微加工加速度計和陀螺儀實現人機介面的動作控制功能,如遊戲機、智慧型手機、遙控器等,不僅提高易用性,更增加產品的魅力價值。

在過去的5年內,意法半導體把MEMS加速度計和陀螺儀的尺寸從 500mm3縮減到10mm3以下,同時提高測量的解析率、準確度以及溫度穩定性,並將功耗降低到原來十分之一。意法半導體正引領MEMS感測器邁入量產遊戲系統和行動應用的消費市場化風潮。意法半導體是全球首家擁有專屬8英吋MEMS晶圓廠的主要製造商,採用低成本、高產量的基板柵格陣列(Land-Grid-Array)封裝,與主要合作夥伴共同開發最先進的校準設備。目前意法半導體MEMS動作感測器的每月產能約5000萬顆。

在過去兩年, ST約佔全球加速計營收的50%,iSuppli分析,該公司的佔有率未來將不會有明顯的提升,而且在加速度計市場的成長是趨於緩慢。有鑑於此,ST已經詢球心的成長驅動力,在2008及2009年間大舉投資於陀螺儀開發,2010年陀螺儀的業務為ST帶來1.17億美元的回報,佔ST消費性MEMS營收成長率達85%貢獻度。 ISuppli拆解證明,ST的三軸陀螺儀被用在iPad,第四代iPod Touch,還有Samsung Galaxy Tab以及Sony Move控制器。除此之外,ST還開始提供手機與平板電腦MEMS麥克風和MEMS壓力感測器,預計從今年起開始獲利。

IMT MEMS製造實力領先業界

成立於2000的IMT (Innovative Micro Technology)是一家純MEMS的代工廠,目前擁有30,000平方呎 class 100的clean room,總部及工廠設於美國Santa Barbara,擁有全自動6吋晶圓廠,以滿足客戶的生產需求,由於 IMT不是一個 CMOS晶圓廠,因此在金屬及材料的提供上具有很大的靈活性,像是金、 銀、 鎳、 聚合物和磁性元件的材料等。目前已出貨6,200萬個MEMS switch。IMT宣稱該公司的MEMS可做到1 million holes / chip,22nmσ準確度,速度可達0 ~ 1.5 meters/sec 

IMT 看好MEMS的市場,該公司引用iSuppli的調查數據顯示MEMS的市場規模到2014年時將成長到一千萬美元,自2010年到2014年的年複合成長率為11.6%,而通訊、國防、航空、保全、醫療電子、及工業使用的則是高價值的MEMS,目前使用MEMS最多的則是手持式裝置、消費性電子及汽車,舉例來說,一台汽車裡就含有30顆MEMS。

該公司表示在1995的時候MEMS全球的市場規模大約是15億美元,MEMS的主要應用在於汽車安全氣囊、噴墨式印表機噴頭及壓力感應器,當時MEMS技術的重點是如何讓感應器更好,那個時候的市場規模是無法讓一個MEMS的純晶圓代工廠存活的。而現在MEMS的是大約60億美元,MEMS代工廠的市場規模大於5億美元,並且持續增加中,現在技術的重點則在於Wafer Level Package (WLP)、Through Silicon Via’s (TSV’s)、3D架構及標準模組及平台,目前的應用是多向陀螺儀及加速器、用於手機中RF中半導體中整合機械振盪器、用於製造、監控及醫藥的生化感應器、生物科技及光學轉換器等。

IMT的業務範圍如下:
*一般代工:RF switching, interposers, reversible adhesive, sub-wavelength, anti-reflective structures, wafer level packaging等等
*紅外線及感應器:WLP, 加速器, 壓力感測器
*能源:rechargeable storage, solid-state energy conversion
*測試:半導體測試及修復
*生物醫學:埋植式給藥 (Implantable drug delivery), 細胞淨化(cell purification), 葡萄糖傳感器 (glucose sensors)
*生物科技:高解析度粒子顯象、基因排序、藥物發現 (drug discovery), 分子診斷 (molecular diagnostics),氣相色譜法 (gas chromatography)
*光學:WSS/ROADM, cabling, Variable Optical Attenuators(VOA’s), Planar Lightwave Circuits (PLC’s)
*導航:Intertial-grade gyros (<1°/hr drift), 指南針的感應器
*Turn-Key MEMS製造服務包括Photolithography, Deposition, Wet chemical etch/electroplating, Reactive Ion Etching, Ion milling, CMP planarization and wafer grinding/polishing, Wafer bonding, Cleaning, Die slice, Assembly/packaging, Testing, Metrology/analysis, Design/Modeling。

ADI MEMS技術強化在工業與麥克風領域
在MEMS技術領域佔有一席之地的ADI, 雖然曾在任天堂Wii上獲採用而一展身手過,但基於公司的雄厚基礎乃在工業領域,新近MEMS產品均以工業應用為目標,如全新 ADIS 16227 iSensor振動監測器即為一例。

這款新品乃為協助工業設備設計廠商透過振動偵測/隔離/校正以改善系統的性能與維護的成本為目的, ADIS 16227 iSensor®振動監測器使設備設計廠商能夠擁有一個可以自動化作業的完全整合型振動分析解決方案。對於會導致精密度較差之運作或是設備故障等狀況,肇因於設備與軸承損壞的可能振動來源,該元件實現了最先期的偵測、辨認、以及隔離功能。藉由將這些小巧的振動監測器加以嵌入,從風力渦輪機到工廠自動化與裝配設備等的應用領域都能夠從自動化的振動資料搜集上獲益。

MEMS 加速度計很適合於使用在振動監測方面,但是通常都只具有低整合度。ADI 以數十年的整合型感測器處理經驗,將 MEMS 加速度計轉換成一組具有可編程嵌入式處理功能的三軸振動分析器。ADIS 16227 iSensor® 振動監測器消除了利用多重元件進行開發時的複雜度以及風險,並且實現了更為寬廣的應用基礎。

「這是第一次,工業設備的設計廠商能夠擁有易於使用、價格合理、而且尺寸只有如方糖一般大小的振動分析器。」ADI MEMS /感測器事業群 iSensor事業開發經理 Bob Scannell 表示:「藉由 ADIS 16227,開發廠商能夠使用經過認證、具有頻域處理以及調整能力的第四代振動感測功能,進而大幅的改善快速隔離振動來源的能力。」

此外,ADI也發表業界首款Inter-IC Sound數位MEMS麥克風, -- ADMP441 iMEMS® 麥克風。ADMP 441還具有從100 Hz到15 kHz的延伸頻率響應、61 dBA的高信號雜訊比(SNR)、以及80 dBFS的高電源供應拒斥比(PSRR)等,這些特點也已經是ADI備受讚譽MEMS麥克風產品線的標誌。全新的MEMS麥克風使用具有專利的ADI MEMS與音訊信號處理技術,採用4.72 mm X 3.76 mm X 1.00 mm薄型表面黏著封裝。該元件具有敏感度不會降級的迴焊相容特點。

「許多年來,音訊設計廠商被迫以其它的信號處理方式進行設計,藉以將麥克風輸出信號轉換成標準的I2S格式,以做為非行動電話之用,但這會使得系統成本與設計複雜度提高。」 ADI的MEMS /感測器技術事業群產品線總監Kieran Harney表示,「創新的ADMP 441具有業界標準的I2S輸出,在小巧的佔位面積當中提供了隨插即用功能,簡化了音訊系統的設計,同時降低總體信號鏈成本與複雜度。ADMP 441是ADI不斷成長的高性能MEMS麥克風產品線生力軍,能夠符合更佳聲音品質與更小佔位面積的需求。」 

MEMS 時脈元件成為眾家搶進標的 

根據Yole Développement 對新興MEMS產品所做分析,將MEMS振盪器列為2015年具有最高市場價值的產品,也具有最高的年複合成長率(2009-2015),預計該元件市場規模可從2009年的790萬美元,成長到2015年的6.44億美元。鑒於此一趨勢, 多家原來在MEMS動作感測器供應商陸續宣佈進入MEMS時脈元件市場推出MEMS振盪器。 其中,VTI即宣稱新推的MEMS振盪器產品將運用VTI獨家的3D MEMS與封裝技術,達到高效能小型化的效能。

除了VTI外,矽時脈晶片供應商Discera也推出號稱業界最高效能的MEMS振盪器具有飛秒抖動性能,適用於網路,伺服器,儲存與視頻應用。 Discera公司表示矽製程固然在可編程性與彈性上非常理想,但直到今天,對於高速通訊卻不能提供最高的抖動效能,頻率穩定度與抗雜訊力。運用該公司經驗證的矽MEMS技術, 其振盪器DSC11XX提供優異的抖動性能同時消耗低功率,並在更加寬廣的溫度範圍內提供筆石英振盪器更高的頻率穩定度。由於減省石英晶體或SAW技術,矽振盪器明顯提高穩定度並加速產品的開發。具有飛秒抖動與10ppm頻率準確性, DSC11XX振盪器能符合高速協定如DisplayPort, Ethernet,Fibre Channel,PON,SAS,和 Wi-Gig等信號速率10Gbps以上的效能需求。

為穩固於全矽MEMS時脈方案領導地位,SiTime 公司發展新品不遺餘力。 繼去年針對音響,微控制器和工控醫療等高可靠性應用領先推出業界第一款編號為SiT8503的千赫(kHz)可編程全矽MEMS振盪器,使其成為具有業界最為完整的全矽MEMS兆赫(megahertz, 或MHz)頻率時脈產品系列one-stop-shop全矽時脈方案的能力。今年初該公司推出在其可編程時脈發生器産品系列中又新增一款適合高性能網路應用,型號爲SiT9105的3-PLL、5輸出元件。

SiT9105是首款基於MEMS, 並在單個封裝中提供混合LVCMOS輸出與差動輸出功能的時脈發生器。同時,它可縮小高達66%應用於時脈的電路板面積。SiTime的SiT9105適用於路由器、交換器、網橋、伺服器、基站、中繼器及其他高性能設備。

SiTime營銷副總裁Piyush Sevalia介紹說:“與石英元件産業不同,SiTime是通過使用矽技術來加快時脈元件行業的創新速度”。在以前,如果工程師要實現由SiT9105所提供的功能,則需要使用幾種分立元件(諧振器、振盪器和電平轉換器)才能完成。而將這些功能集成到一個晶片之後,SiT9105可編程時脈發生器爲顧客節省了電路板空間、減小了産品體積和降低了物料成本。除此之外,所有SiTim時脈產品還可提供石英元件供應商無法提供的其他可編程功能, 如頻率、穩定性和工作電壓。“

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