微機電系統(MEMS)在2010年增長強勁,和2009年的營業額相比增長了18.9%,根據市調機構IHS iSuppli最新調查顯示,2012年到2014年MEMS都將維持兩位數的增長。該機構認為iPhone 4是MEMS擴大手機市場的重要因素,因為該手機采用陀螺儀及兩個MEMS麥克風以抑制噪聲。
2011年智能型手機、平板計算機等應用將大量采用陀螺儀及加速度計, IHS iSuppli指出,2010年采用陀螺儀(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款手機及平板計算機會內建陀螺儀,其中包括摩托羅拉、宏碁等大廠,已經在平板計算機中搭載了加速度計(Accelerometer)、陀螺儀、壓力傳感器、傳輸濾波器(BAW)等MEMS組件。?
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安全傳感器列為標準,MEMS微投影則用于教育市場。而三網合一也將帶動光纖型MEMS芯片需求,智能電網也把MEMS流量傳感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年平板計算機成為最快增長的MEMS市場?
根據iSuppli最新的分析報告指出,由于Apple 的iPad和Android平板計算機的需求帶動, 在消費性電子與手機領域可望是2011年MEMS增長最快的市場。今年平板計算機的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,平板計算機將繼手機之后成為MEMS傳感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計算機中扮演重要角色,它們不止運用在自動屏幕旋轉與作為指南針的傾斜補償,也作為以動作為基礎的用戶接口。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,像壓力傳感器與MEMS麥克風也都將在2011年加入戰局。這些組件都將擴大MEMS在平板機的銷售量,并且有助于帶動整個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增長率將超過25%,這個量幾乎等于2010年產業從2009年金融危機下復蘇的一整年的增長率。
MEMS主要應用
在整個消費性電子與移動裝置中,手機?仍將在2011年占有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,包括傳統手機與智能型手機都將運用為數更多的MEMS組件數。
其次是電玩,今年消費性MEMS的銷售額可望達到2.29億美元,但由于該領域日漸成熟, MEMS組件價格持續下跌,因此市場規模持穩縮小。但營收將會在2014年當下一代游戲機平臺推出后再度反彈。今年其他重要的消費性MEMS市場為相機,投影機,筆電,MP3播放器和電視等。
主要MEMS組件—依類型分?
加速度計(accelerometer)除了運用在手機,平板機,也用在游戲機,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,仍將由手機占加速度計出貨量的絕大多數。
接在其后的是三軸陀螺儀,今年營收也將超過5億美元,這是由于它們被用在Apple的iPhone4與Sony的PlayStation Move游戲控制器中,以及一些手持式游樂器如任天堂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并而讓這兩個組件無分軒輊,預計市場規模可達16億美元。
其它在2011年銷量最佳的MEMS組件還包括薄膜體聲波濾波器,該組件將受益于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于受到摩托羅拉的Android智能型手機以及iPhone 4的普遍采用,使其占了優勢;還有數字照明處理(DLP)芯片組,在微型投影機上廣受采用。
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,讓這兩家的增長率領先MEMS在消費性電子與移動裝置業界。 其中產業新秀TriQuint的營收增長率高達778.6%,2009年時該公司營收只有850萬美元,排名從前年的16名躍升至第8名,漲勢驚人。ST在前10大中居第2高增長率,營收增長63.5%。公司營收從2009年的2.16億美元大幅增長至3.53億美元, 鞏固了ST 在此領域的龍頭地位。
對于全球MEMS市場, iPhone 4是一個突破性的產品,它不止代表首個智能型手機采用陀螺儀的范例,它也整合了三軸加速度計,創新的MEMS-based傳輸模塊以及兩顆針對噪聲抑制的小型MEMS麥克風。 至于iPad 3G則包括3顆MEMS組件。
MEMS產業動向?
消費性MEMS龍頭:ST
分析消費性MEMS組件供應體系中,不能不提STMicroelectronics(意法半導體)這家龍頭廠。2010年底ST宣布其MEMS傳感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接口的動作控制功能,如游戲機、智能型手機、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,并將功耗降低到原來1/10。意法半導體正引領MEMS傳感器邁入量產游戲系統和移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晶圓廠的主要制造商,采用低成本、高產量的基板柵格數組(Land-Grid-Array)封裝,與主要合作伙伴共同開發最先進的校準設備。目前意法半導體MEMS動作傳感器的每月產能約5000萬顆。
在過去兩年, ST約占全球加速計營收的50%,iSuppli分析,該公司的占有率未來將不會有明顯的提升,而且在加速度計市場的增長是趨于緩慢。有鑒于此,ST已經尋求新的增長驅動力,在2008及2009年間大舉投資于陀螺儀開發,2010年陀螺儀的業務為ST帶來1.17億美元的回報,占ST消費性MEMS營收增長率達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計算機MEMS麥克風和MEMS壓力傳感器,預計從今年起開始獲利。
IMT MEMS制造實力領先業界
成立于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的無塵室(clean room),總部及工廠設于美國Santa Barbara,擁有全自動6吋晶圓廠,以滿足客戶的生產需求,由于 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、 聚合物和磁性組件的材料等。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年時將增長到一千萬美元,自2010年到2014年的年復合增長率為11.6%,而通信、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,一臺汽車里就含有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的主要應用在于汽車安全氣囊、噴墨式打印機噴頭及壓力傳感器,當時MEMS技術的重點是如何讓傳感器更好,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市場規模大約60億美元,MEMS代工廠的市場規模大于5億美元,并且持續增加中,現在技術的重點則在于Wafer Level Package (WLP)、Through Silicon Via’s (TSV’s)、3D架構及標準模塊及平臺,目前的應用是多向陀螺儀及加速器、用于手機中RF中半導體中整合機械振蕩器、用于制造、監控及醫藥的生化傳感器、生物科技及光學轉換器等。
IMT的業務范圍如下:
● 一般代工:RF switching, interposers, reversible adhesive, sub-wavelength, anti-reflective structures, wafer level packaging等等
● 紅外線及傳感器:WLP, 加速器, 壓力傳感器
● 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), 細胞凈化(cell purification), 葡萄糖傳感器 (glucose sensors)
● 生物科技:高分辨率粒子顯象、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), 指南針的傳感器
● Turn-Key MEMS制造服務包括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技術領域占有一席之地的ADI, 雖然曾在任天堂Wii上獲采用而一展身手過,但基于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。對于會導致精密度較差之運作或是設備故障等狀況,肇因于設備與軸承損壞的可能振動來源,該組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數據搜集上獲益。
MEMS 加速度計很適合于使用在振動監測方面,但是通常都只具有低整合度。ADI以數十年的整合型傳感器處理經驗,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組件進行開發時的復雜度以及風險,并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于使用、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 /傳感器事業群 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數字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的高信號噪聲比(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備受贊譽MEMS麥克風產品線的標志。全新的MEMS麥克風使用具有專利的ADI MEMS與音頻信號處理技術,采用4.72 mm X 3.76 mm X 1.00 mm薄型表面黏著封裝。該組件具有敏感度不會降級的回焊兼容特點。
“許多年來,音頻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,以做為非移動電話之用,但這會使得系統成本與設計復雜度提高。” ADI的MEMS /傳感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,在小巧的占位面積當中提供了即插即用功能,簡化了音頻系統的設計,同時降低總體信號鏈成本與復雜度。ADMP 441是ADI不斷增長的高性能MEMS麥克風產品線生力軍,能夠符合更佳聲音質量與更小占位面積的需求。?
MEMS 頻率組件成為眾家搶進標的
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根據Yole Développement 對新興MEMS產品所做分析,將MEMS振蕩器列為2015年具有最高市場價值的產品,也具有最高的年復合增長率(2009-2015),預計該組件市場規模可從2009年的790萬美元,增長到2015年的6.44億美元。鑒于此一趨勢, 多家原來在MEMS動作傳感器供貨商陸續宣布進入MEMS頻率組件市場推出MEMS振蕩器。 其中,VTI即宣稱新推的MEMS振蕩器產品將運用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,硅頻率芯片供貨商Discera也推出號稱業界最高效能的MEMS振蕩器具有飛秒抖動性能,適用于網絡、服務器、儲存與視頻應用。 Discera公司表示硅制程固然在可編程性與彈性上非常理想,但直到今天,對于高速通信卻不能提供最高的抖動效能,頻率穩定度與抗噪聲力。運用該公司經驗證的硅MEMS技術, 其振蕩器DSC11XX提供優異的抖動性能同時消耗低功率,并在更加寬廣的溫度范圍內提供筆石英振蕩器更高的頻率穩定度。由于減省石英晶體或SAW技術,硅振蕩器明顯提高穩定度并加速產品的開發。具有飛秒抖動與10ppm頻率準確性, DSC11XX振蕩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。
為穩固于全硅MEMS頻率方案領導地位,SiTime 公司發展新品不遺余力。 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)可編程全硅MEMS振蕩器,使其成為具有業界最為完整的全硅MEMS兆赫(megahertz, 或MHz)頻率頻率產品系列one-stop-shop全硅頻率方案的能力。今年初該公司推出在其可編程頻率發生器產品系列中又新增一款適合高性能網絡應用,型號為SiT9105的3-PLL、5輸出組件。
SiT9105是首款基于MEMS, 并在單個封裝中提供混合LVCMOS輸出與差動輸出功能的頻率發生器。同時,它可縮小高達66%應用于頻率的電路板面積。
SiTime的SiT9105適用于路由器、交換器、網橋、服務器、基站、中繼器及其他高性能設備。
SiTime營銷副總裁Piyush Sevalia介紹說:“與石英組件產業不同,SiTime是通過使用硅技術來加快頻率組件行業的創新速度”。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組件(諧振器、振蕩器和電平轉換器)才能完成。而將這些功能集成到一個芯片之后,SiT9105可編程頻率發生器為顧客節省了電路板空間、減小了產品體積和降低了物料成本。除此之外,所有SiTim頻率產品還可提供石英組件供貨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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