MEMS市場浮現數十億美元商機

微機電系統/(MEMS)正預備利用規模經濟優勢，以更低成本、更高效能和更小尺寸的新元件，推動半導體產業進入更光明的未來，Akustica公司共同創辦人暨資深MEMS開發專家Kaigham Gabriel表示。

隨著MEMS加速計被應用於上百萬個消費設備應用(如Nintendo的Wii控制器)中，加上MEMS麥克風正開始進入行動電話市場，Gabriel預計今後幾年內，MEMS市場規模將達到數十億美元。

“我們認為，Akustica公司CMOS MEMS技術的整體市場規模將超過400億美元，”他表示。該市場涵蓋了聲學、慣性(加速計與陀螺儀)和射頻(射頻振盪器)等MEMS元件，“以及可附加在產品中的晶片功能”。

採用CMOS技術“將使Akustica公司能以獨特方式推動MEMS產品的性價比趨勢，該趨勢預計將在微機電產業中持續數十年之久，”Gabriel補充道。

今天，Akustica一直標榜著其為唯一單晶片MEMS麥克風製造商的‘全球第一’地位。但其競爭對手Knowles Acoustics雖然採用單一封裝的雙晶片解決方案，卻也宣稱已成功開發出全球首款表面貼裝MEMS麥克風。另一家競爭對手Sonion MEMS公司設於越南胡志明市的新產線也已開始量產MEMS麥克風。

“Akustica是唯一一家製造單晶片MEMS麥克風的公司，”他指出。“但由於目前出現兩家強勢的競爭對手，因此我們已經看到MEMS麥克風日益廣泛的應用。”

Akustica將微型駐極電容器麥克風的所有功能，包括一個分離式FET、一個獨立型運算前置放大器晶片，以及一個類比數位轉換器晶片整合在單一CMOS MEMS麥克風晶片上。然而，在行動電話市場上，相較於Knowles公司而言，Akustica公司仍處於較為不利的形勢，Bourne Research公司總裁兼首席分析師Marlene Bourne指出。這是因為Knowles公司的類比MEMS麥克風不需要像數位麥克風一樣整個重新設計。

“當然，語音電話(VoIP)和PC市場是銷售數位MEMS麥克風的最佳市場，但也有其他各種應用，包括助聽器、汽車以及一些真正令人感興趣的產業應用。”Bournce表示，“但MEMS麥克風晶片製造商必須追求像行動電話這類大量市場，才能進一步降低晶片成本。”

雖然在慣性和RF元件等其他類型的MEMS晶片方面也有一些研究專案正在展開，但Akustica計劃今後幾年仍將專注於麥克風元件領域。其單晶片麥克風已經獲得多家PC廠商的設計訂單，包括富士通的Lifebook PC和TabletKiosk Sahara Slate。Akustica公司的下一步計劃是進軍消費性設備。

Bourne預測，在2010年以前，約有四分之三的行動電話將可從MEMS中受益。而根據法國Yole Development公司預測，這些行動電話的總數將高達6億台。

屆時VoIP和藍牙市場將趨於成熟，Gartner Dataquest類比半導體研究總監Stephan Ohr表示。他認為，到2010年將有5.8億部行動電話擁有藍牙耳機功能。Knowles公司在目前超過1.4億部的行動電話市場上擁有絕對較大的市場比例。

“Knowles針對行動電話製造商銷售產品已經有五年多的時間了，他們是至今為止MEMS行動電話麥克風的最大元件供應商，”Bourne表示，“馬來西亞的MEMS Tech公司緊隨其後，還有不少公司也取得了很大的進展，如Akustica、Sonion MEMS和英飛凌。”

“約在今年底和2008年後，大家可望看到我們的數位麥克風系列產品導入行動電話市場，”Gabriel說。

圖說：隨著傳統駐極麥克風(藍色)市場佔有率逐步讓位於MEMS，全球MEMS麥克風市場(黃色)成長幅度將超過三倍，從去年的1.54億美元上升到2008年的5.18億美元。

創業之初

Akustica公司的MEMS開發成果建立在五年來所累積的相關智財權基礎上，包括來自卡內基梅隆大學的授權，以及由該校前電子工程學教授Gabriel的發明成果。更早以前，Garbriel在AT&T貝爾實驗室從事MEMS研究，並在美國國防部先進研究計劃署(Darpa)管理MEMS開發約五年之久，期間還在日本東京大學致力於推廣日本的MEMS工作。

Garbriel在1985年加入AT&T貝爾實驗室的機器感知部門後才接觸MEMS，當時他在實驗室主要負責遙控操作(teleoperating)微米級機器人的開發。

“當時我需要一種製造微型感測器、機械裝置和傳動裝置的方法，使其得以在非常小的微米環境下工作。”Garbriel說，“當我們製造出體型矽微加工元件時，我就開始蝕刻搖控機器人上的夾具和其他機械裝置，如力量反饋系統，以使搖控機器人能感覺到他們正在操縱的微型目標。”

Gabriel很快就發現了MEMS技術的侷限性，並開始熱衷於探索其他的解決方案。他因此在1990年擔任東京大學的客座教授，並在IBM的東京實驗室、理光中央研究所(Ricoh Central Research)和豐田中央研究所(Toyota Central Research)管理多個MEMS開發計劃。

“當時美國擔心日本在技術上超越自己，”Garbriel表示，“因此，當我在1991年離開貝爾實驗室到海軍研究實驗室教授MEMS時，Darpa發現我曾在日本的MEMS工作經驗，因此在1992年雇用我為其研究MEMS，目標是保持領先於日本的技術。”

日本的國際貿易產業省(後更名為經濟產業省)當時剛開始啟動為期10年的‘MEMS和微機械’發展計劃。但是，日本從未成為美國所擔心的MEMS強勢對手。Gabriel指稱，那是因為日本走了錯誤的發展路線。

“日本把MEMS視為微型化的一種延伸，他們的目標只是要獲得更高的精確度，”他指出，相反地，“我之所以看重MEMS，是因為它能使用半導體製造技術來建立機電結構，並可充分利用全球半導體產業的所有相關製造、材料和控制知識。”

Gabriel離開Darpa後加入卡內基梅隆大學電子工程與機器人的共同研究任務。就在那兒，他開發出其後成為Akustica公司MEMS元件基礎的智財權。

Gabriel於2001年12月與人合夥成立了Akustica公司，並將他在大學中所作的麥克風設計導入商用化。雖然這是Gabriel所做的開發工作，但與MEMS麥克風有關的四個原始專利權仍屬於卡內基梅隆大學所有。Akustica公司必須獲得這所大學的授權。

未來發展方向

除了麥克風以外，Akustica公司還看好其他MEMS晶片未來在消費性產品的應用，如慣性、導航和射頻元件。因為這些元件的MEMS晶片採用常見於大多數代工廠的標準CMOS生產線製造，因此該公司宣稱，隨著製程尺寸向更先進節點發展，所有的MEMS產品尺寸將變得更小，並使其從規模經濟中受益。

“整個MEMS市場將十分巨大，麥克風只是一個開始，”Gabriel認為，“從設計工具到代工廠再到自動化測試，Akustica公司的CMOS MEMS技術平台由於發揮了全球半導體產業的優勢，也正在悄悄改變MEMS感測器開發和投入市場的方式。”

消費性產品將可能整合多個MEMS元件，其中某些元件可能在同一平台上應用在不同的用途上。例如，行動電話上的加速計可透過傾斜而用以捲動面板選項，當不在無線服務區時則可實現導航推算，也適用於內建相機的影像穩定，甚至可在手機掉落時完成自動關機動作。

“慣性MEMS感測器(主要是三軸加速計)正被越來越多的行動電話用來實現影像穩定、遊戲、自然用戶介面、位置追蹤(增強型GPS)和系統保護，”Gabriel說，“MEMS元件將在所有可攜式電子設備中找到其立足之地。隨著這些設備尺寸越來越小，同時又要求更多的功能性，MEMS產品解決方案將充滿商機。”

Gabriel認為，MEMS具有更低建置成本、更佳性能和更高可靠性等優勢。例如，“在PC麥克風陣列市場，Akustica公司的VoIP和其他語音應用都具有很好的語音品質，以及更簡化的系統設計與製造、更低建置成本與更高可靠性。”他說，“就其本身而言是極具競爭力的。”

再者，他指出，“因為Akustica公司也與編解碼器製造商和PC市場上的多家領導公司保持密切合作關係，能為用戶提供完整產品解決方案，這也是OEM廠商所企盼的重要因素。”

作者：羅克鈴