MEMS传感器普及 加速物联网时代到来

　　愈来愈多的穿戴装置利用复合式惯性传感器来达到健身监测功能，并实现系统智能节能与姿态控制等目的。全球复合式惯性感测元件在消费性电子及行动装置应用市场之营收，预估将由2013年约4.43亿美元成长至2017年超越10亿美元规模。

　　复合式多轴惯性传感器受到广泛接受的最大原因，主要是在于他的应用便利性。

　　系统商可买进一颗复合式惯性传感器取代原本的二至三颗惯性元件，并且也可同时由供应商取得该传感器最佳的感测融合解决方案。

　　IHS市调机构研究显示，下一阶段合理的市场演进，将会是见到越来越多的六轴或九轴复合式惯性传感器应用在智能穿戴装置内。

　　MEMS麦克风是目前MEMS产业中成长速度最快的元件，其在消费性电子产品的需求数量正在持续增加当中;例如在智能型手机内的应用，MEMS麦克风数量正从原本只需要一个，发展到甚至多达五颗，以便有助于消除杂讯和改善音质。

　　根据Yole市场研究报告，2013年全球MEMS麦克风市场产值达到7.85亿美元，预估其在未来几年内仍将持续以13%的CAGR快速成长，并在 2019年达到约16.5亿美元的市场规模。而全球的出货量也将在2019年时达到六十六亿颗，相较于2013年的出货量二十四亿颗将有更大幅度成长。

　　在穿戴行动装置例如Google眼镜或是智能手表的应用上，欲实现人机之间最自然的互动及操控，采用“语音”方式绝对是最佳选项。而对于声控及高品质收音等应用，MEMS麦克风则是不可或缺的关键元件。

　　预期MEMS麦克风技术将朝向“高讯噪比”、“超宽频率响应”与“高灵敏度”三大技术方向发展，以充分满足未来穿戴行动装置高品质的语音及辨识应用需求。然而，如何在产品的专利布局与成本良率上取得优势，仍是竞争厂商是否能在未来市场上获取庞大商机的决胜关键。

　　压力/气体/UV　MEMS应用如影随形

　　高度计(Barometer)是一种绝对式压力传感器，而压力传感器的发展源自于70年代，其早已是MEMS领域中十分成熟的产品技术。随着室内地图资讯日 趋完整，若加入其高度侦测功能，将可实现完整的行人导航规画，帮步行使用者拟定出包括穿越地下道、百货商场、一般马路、或天桥等的最快路线。

　　另外，藉由结合云端网路，也可以进一步实现所谓的定位资讯服务(Location Based Service， LBS)，提供使用者例如现地导览介绍，或是周边商店搜寻等适地性即时协助。因此，其未来在穿戴行动装置例如智能眼镜或智能手表的室内定位导航功能上，必 然也有极大的应用发展潜力。

　　气体传感器使用在穿戴行动装置上，可随时侦测周遭环境有害气体，例如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)或是瓦斯(Gas)等浓度，或是个人呼气时的疾病代谢气体如一氧化氮(NO)、氨气(NH3)等，及时提供使用者在安全和健康方面的生活照护提醒。

　　其若同时结合湿度、压力、紫外线(UV)或温度等感测功能，则可组成所谓的环境传感器。目前消费电子产品中仍较少采用环境传感器。然而，2015年将是环境 传感器起飞的一年，包括博世(Bosch)、Figaro、Sensirion及Cambridge等知名公司，皆已陆续推出自家的气体传感器产品。

　　根据IHS预测，气体传感器将在2015年正式进军行动装置市场。中国手机制造商将率先采用环境传感器来随身监测空气品质，而预期三星(Samsung)在2016年准备上市的Note 6手机，也将在产品内采用MEMS气体传感器。

　　红外线传感器主要是侦测外界物体的温度变化，其应用领域十分广泛，包括行车夜视辅助、工业安全监测、气体成分分析、夜间保全监视、医疗影像检测等。近几年来 随着红外线影像传感器的影像品质与解析度日益提升、制程技术愈趋成熟、并且元件价格逐渐下降，使得红外线热影像的应用变得越来越普及。

　　2014年年初时FLIR公司推出一款具有高灵敏度红外线影像感测功能的手机壳配件FLIR ONE，可供个人随时检知包括体温、食物或周遭环境等温度影像，作为生活中便利的随身辅助工具。

　　2014年9月SEEK公司也推出可以USB连接的微型红外线影像感测模组。预期在不久之后，红外线影像传感器将很有机会变成行动装置及智能穿戴装置的标准配备，并在行车夜视、智能家电和智能型机器人视觉等多项物联网新兴应用中，成为不可或缺的重要MEMS元件。

　　事实上，智能穿戴装置的技术已经发展超过20年。而近年来随着MEMS在智能型手机与平板装置的应用技术迈入成熟期，才使得穿戴装置商品化之技术门槛大幅降低。

　　根据IC Insights预估，在2013年至2018年间，MEMS产品市场的年复合成长率将达11.7%;到2018年时，MEMS年销售额将达到122亿美 元。而全球穿戴装置的传感器市场出货数量规模，也将从2013年的6700万个，大幅成长到2019年的4.66亿个，6年间将成长接近7倍。

　　便宜感测终端实现万物互联基础

　　推 动物联网产业快速发展的两大关键，在于便宜的传感器及足够多的网路位址。正在崛起的物联网堪称历史上首见的智能基础建设革命，想要连结全世界所有的物件或 装置，形成一个由通讯、能源、物流、医疗、保全等网路共同组成的巨型智能网路，满足其巨量资料高速传输的设施、以及伴随随而来的网路位址数量需求大到令人 难以想像。

　　根据IDC预测到2020年时全世界连网装置将超过两千一百二十亿个，而所需要的传感器在2030年预估更将高达一百兆个 以上。目前使用中的网路协定IPv4，可提供四十三亿个独立网路位址，而全球连接到网路的人口已高达20亿以上，因此网路位址不足对于物联网产业发展形成 很大的障碍。

　　不过，此问题近期已获得解决，国际组织网际网路工程小组(IETF)已开发出下一代的网路协定IPv6。IPv6使用 128个位元加以定址网际网路节点，定址空间高达2的128次方(32bits扩充为128bits)，预估地球上的每个人可分到一百万个IP位址，所以 未来从眼镜、手表、手机、家电、汽车、甚至到建物设施或工厂设备等任何物件，都将会有一个独一无二的IP位址，可透过网路取得更新资讯或进行远端遥控等。 其足够容纳未来10年内预估将连接到网路的两兆个装置。

　　不仅只有物联网，所有需要互动与智能判断功能的物件都需要大量的传感器。例如近期较新出产的高阶车辆，都已搭载一百个以上的传感器、包括惯性传感器、压力传感器、温度传感器、和位置传感器等，以高度电子化的控制来达到最佳操控性能，并增进驾驶者的安全便利以及舒适性。

　　最近更有消息指出，大量的MEMS麦克风和气体传感器也即将跨足智能汽车应用，来大幅提升鴐驶座舱的环境品质。全球车用MEMS传感器市场在2013年为26亿美元，预估到2020年将可达到47亿美元。

　　随着传感器的需求数量呈现爆发性成长、并且种类迈向多样化，供应链厂商伴随而来的挑战将会是如何让这些新元件可以更快速且成本更低的条件下进行量产，以确保产品的市场竞争力。

　　在 1995年物联网概念刚提出那几年，其发展并不顺利，甚至呈现逐渐萎缩的情形，一大部分原因即是由于内建在各种物件内的传感器成本仍过高。多家国际研究机 构都已提出对物联网市场的预测，其大部分皆认为2020年整体联网装置将上看百亿部，但要支援数量如此庞大的装置互连情境，任何感测节点成本则须低于1美 元，如此才能加速布建完整物联网路。

　　MEMS传感器由于已成功应用在智能手机中，历经严苛的商品化技术挑战，其传感器价格已在过去 10年从平均1.30美元降至0.6美元。因此，欲连同运算处理器及无线传输模组封装后将成本压低至1美元以下，已非遥不可及的目标。然而，如何使传感器 制造价格更加低廉，仍将是各家MEMS大厂在物联网市场中的产品致胜关键。

　　物联网应用的感测元件在成本与性能上皆须面对极严苛的挑战。产业分析专家指出，以前MEMS的客户都习惯先开发出自己的产品制程，再要求代工厂照着流程复制及改善，但现在愈来愈多客户倾向于直接利用代工厂已妥善建立的制程标准平台去设计开发产品。

　　如此不仅制程相对稳定、价格较便宜，并可大幅缩短产品上市时程。另外，为节省传感器的封装成本、并缩小尺寸，越来越多MEMS感测元件也都朝向大量采用新兴的制程技术，例如以晶圆结合或是体深蚀刻等作法形成其结构。

　　为因应物联网在不同应用领域的多样化感测功能需求、并大幅降低感测节点数量，采用通用型晶片整合设计概念亦是未来重要的发展趋势;已开始有厂商考虑将可使用相同制程平台制作的数种传感器，直接设计整合在同一颗晶片上，之后再依客户使用需求以软体来触发所需感测功能。

　　为能大幅降低传感器成本，近期MEMS在新技术开发上也已开始朝便宜作法发展，例如以印刷方式、或是以纸作为基底来制作元件。预期未来进军物联网市场的MEMS传感器，其无论在材料、制程、设计、甚至制造流程等技术上，皆将面临重大改变与竞争考验。