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全新应用市场浮现 MEMS需求持续扩展

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MEMS元件高度整合,以因应终端装置的整合需求,已经成为MEMS元件的重要发展趋势。Integrated Device Technology
MEMS元件高度整合,以因应终端装置的整合需求,已经成为MEMS元件的重要发展趋势。Integrated Device Technology

MEMS微机电零组件的使用场合,除了目前最大宗的智能移动电话、平板电脑等移动设备外,在新款变形平板?笔记型双用电脑、电子书阅读器、汽车、医疗电子等应用产品,也开始大量搭载MEMS微机电元件,吸引微机电解决方案业者纷纷抢食应用市场需求...

虽然微机电元件,早期多以工业用、生产线传感/控制机电应用为主,但随着智能手机与平板电脑持续风行,大量装载多重功能的MEMS元件后,目前在消费性电子产品与智能手机应用终端,使用MEMS的元件用量已越来越多,甚至已经成为微机电系统的最大宗使用领域,相关元件的市场成长仍以两位数的比例快速增加!

以往多功能、独立的MEMS元件,正朝向高度整合搭配实时软件模拟的方向,改善成本结构与元件传感精度。Freescale

以往多功能、独立的MEMS元件,正朝向高度整合搭配实时软件模拟的方向,改善成本结构与元件传感精度。Freescale

为了让MEMS元件更具市场竞争力,MEMS业者也刻意在元件内加上更多软件运算功能,除强化传感精度外,也可进一步预处理传感信号转换。STMicroelectronics

为了让MEMS元件更具市场竞争力,MEMS业者也刻意在元件内加上更多软件运算功能,除强化传感精度外,也可进一步预处理传感信号转换。STMicroelectronics

智能手机、平板电脑等移动设备 仍为MEMS元件使用大宗

除了现今最热门的平板电脑、智能手机产品外,MEMS也大量应用在电子书阅读器、汽车、医疗电子、工业?国防传感控制应用需求,不只激励了常见的MEMS电子降噪微机电麦克风、加速度计、多轴陀螺仪、电子罗盘等元件应用需求外,像是压力计等多元MEMS元件,也吸引MEMS大厂加码布局,企图抢食MEMS应用大饼。

由移动设备、消费性电子、汽车电子复合应用产生的新兴服务,如LBS(Location Based Service)基于地理信息的对应服务?AR(Augmented Reality)增实境等应用情境,等于是要求移动设备、消费性电子产品除了搭载GPS与电子罗盘外,还必须追加如高精确加速度计、多轴陀螺仪、气压计等关键元件,始能让终端设备透过更精确的环境传感,提供LBS/AR应用程序更精确的环境识别信息。

LBS/AR推动压力计MEMS需求  市场用量有机会突破

尤其是压力计的部分,因为LBS与AR应用技术,当使用者进入无GPS接收信号的室内、或是接收GPS信息不易的环境中,即无法透过有限的传感信息推导使用者的位置信息,必须搭配非GPS的定位数据,搭配参照提升室内定位精度,其中气压计可以用于判断不同楼层的高度数据,搭配加速度计、地磁计、陀螺仪后,即可在没有GPS信号的室内做到室内定位传感,甚至是可区隔不同楼层的传感功能。

有了精准的环境数据参数,在LBS服务中就可以更精准地提供推荐信息,而在AR服务应用场合中,透过陀螺仪与地磁计判断用户移动设备的移动速度、方位,顺势利用镜头捕捉与实时重绘参照信息,若能搭配气压计还可让AR服务往垂直向扩展,提供更丰沛的AR应用资源。

LBS/AR应用需求 终端产品传感精度需再强化

现阶段若应用终端产品,仅具备基本传感项目的加速度计,肯定无法满足新的游戏或LBS/AR应用软件App的平台基础需求,也因为LBS与AR有趣应用的推波助澜,更为激励MEMS的市场需求,同时也刺激了导入MEMS的终端产品越来越多样,其中智能手机的小巧体积限制,也吸引了MEMS业者竞相开发更小、功耗更低、精准度还能相对提升的整合型MEMS元件。

再透过新颖的封装技术支持,MEMS解决方案可在低耗电量、小型封装的限制条件下,扩充更多附加应用价值,例如进一步整合应用需求的传输界面、信号预处理或是无限通讯支持功能,让MEMS元件的附加价值进一步提升。尤其是目前MEMS的应用风潮,已透过移动设备的整合与嵌入式系统?App的大量导入应用,使用者已逐渐习惯搭配MEMS的直觉操作体验,而在APP与移动设备的部分操作动态手势与应用情境,基本上不需额外学习就能让用户快速掌握操控要诀,MEMS俨然已经成为目前中/高单价的智能手机必备整合项目,甚至现在已有低端手机也开始跟上这波整合风潮。

在基本型加速度计MEMS元件使用越来越普遍,使用者目前已对移动设备的传感能力要求越来越高,仅有单纯的方向、倾倒传感将不敷所需,装置必须能提供更精密的旋转、微动作感应甚至是高度差感应能力,透过更精细的MEMS传感能力整合,移动设备可以进一步发展进阶的体感应用操控人机界面,除了中/低端MEMS元件用量与渗透率极高,业者也更乐于发展更高整合度、更高精度针对高端应用的高端MEMS元件产品,以迎合移动应用市场目前最热门的LBS/AR应用需求。

压力计传感误差仅1M 已可满足消费性电子LBS加值应用服务需求

再来观察MEMS压力传感器的元件效能,目前这类整合型或独立型针对消费型电子需求开发的MEMS元件,已可达到1m内的传感误差范围,这代表着已可在当用户的移动设备已失去GPS信号时,就可以介入透过MEMS压力传感元件,进行建筑楼层的判断识别信息,即便是在GPS信号收讯不良场合,压力传感产生的数据也可搭配微弱的GPS定位信息进行交叉比对导出更精确的建物内定位点,这对于室内/建物内导航或定位型态的LBS/AR应用有相当大的帮助。

而再来关注越来越热门的AR应用,AR增实境应用不只是在娱乐、商用与教育用途,已经有大量对应的App与使用型态释出,但AR服务要有足够的精确度、提升使用者体验,系统平台必须搭配较高端的多轴传感器来进行整合,多轴传感可以进一步将移动设备的位置旋转动作感应数据更精细化,对应于应用程序才会有更精致的使用体验,目前周边技术已具商品化与应用价值,反而是使用者的移动设备平台,仍须透过具更高端整合元件改善AR应用品质。

利用软件模拟多轴MEMS 可获得成本、架构优化等附加价值

但即便是多轴设计的MEMS元件可相对提高使用AR的服务体验,但实际上多轴MEMS传感的精度提升,若自矽芯片内置的MEMS微机电部件整合,不仅会造成设计上的难度,整合也是一大问题,元件的电性、稳定性与耐用度考验也较一般2~3轴MEMS元件复杂许多。目前也有业者尝试利用软件模拟多轴MEMS元件的设计方案,一方面为精度有限的MEMS元件提升传感能力,另一方面透过最小限度地增硬件设计,改善成本与元件设计难度。

目前产制9轴MEMS元件在技术上已不成问题,但9轴MEMS元件的成本相对较高,对于目前主流的3.5~7寸移动设备的应用需求,明显会影响其料件成本,而针对低价定位的平板电脑、中?低端智能移动电话应用需求,MEMS业者也提出利用多传感器的软件整合,搭配加速度计、地磁感应器、6轴MEMS元件的硬件条件,透过实时软件的辅助换算模拟提供产生接近9轴MEMS的元件表现。

利用6轴MEMS基础搭配结构相对简单的速度计、磁力计MEMS结构,不仅压低MEMS制作难度,解决方案的整合复杂度也可以较9轴方案更为简便,不仅微机电系统结构更为精简,透过实时软件的辅助换算,还可让输出信息进一步校准达到满足9轴MEMS的高精度要求,甚至于利用6轴模拟换算的9轴元件,还可以进一步因为硬件简化架构而节省近两成的制作成本,而在整合元件的运行功耗方面,因为硬件元件的大量减少与架构简化,也使得整体供耗相较9轴MEMS方案表现更低,甚至仅需要9轴MEMS方案的10~20%功耗表现。

模拟9轴的应用方案,在硬件整合上由于可以有效控制终端设计的BOM物料清单成本,不致于因为导入高精度MEMS元件,而导致生产料件成本大幅上扬,同时,终端产品也能因为导入精度较常规加速度计、3轴MEMS设计方案的移动产品,提供更富应用价值的移动运算平台,这对于平板电脑、智能移动电话、个人医疗电子产品等价格敏感度较高的市场,也是目前较佳的折衷应用方案。