微机电MEMS在消费电子领域的角色日益吃重,单一装置内可能会采用多个不同元件、但都会是以MEMS技术为基础的产品。以往MEMS产品主要以喷墨印表机喷头、单轴/双轴加速度计和陀螺仪、压力感测器、RF MEMS、微流体诊断、磁强针(magnetometer)、高度计(altimeter)等产品为主,现在新类型的MEMS元件诸如3轴陀螺仪、微型显示、麦克风、电子罗盘(Electric Compass)等等,则是成为消费电子炙手可热的当红炸子鸡。
根据iSuppli最新统计报告显示,2010年MEMS消费性电子市场成长27%,达16亿美元,今年MEMS在消费电子领域的成长率将高达157.4%,到2014年,市场规模会再放大到37.3亿美元,相较于2009年的13亿美元,成长幅度将近3倍之多。市调机构Yole Developpemen则指出,今年全球MEMS年均成长率可达25%,2012年此一数字可冲破28%以上。 ABI Research则预估到2016年,全球MEMS出货规模将达到50亿颗。消费电子和行动应用的需求将持续带动主要市场成长,在2014年成为MEMS最大的应用市场。
从导航到扩增实境 消费电子是大补丸!
MEMS就好像「瑞士小刀」一般,可以展现千变万化的风貌。无论是具备导航、方位推估 (dead reckoning)、影像防震、显示或是扩增实境(augmented reality)等功能,都会运用到MEMS。在消费电子领域MEMS的主要应用对象,还是以智慧型手机为大宗,其次是游戏控制、笔电和硬碟防护、数位相机以及投影设备等为主,媒体平板装置和电子阅读器也已成为MEMS大展身手的舞台。特别是平板装置,在今年CES展会上,许多平板装置都内建3轴加速度计和陀螺仪、甚至是彻体声波(bulk acoustic wave;BAW)滤波元件和压力感测器。
包括三轴陀螺仪到微型投影等所谓新类型的MEMS元件,在2006年根本还没在全球市场出现。不过从2007年开始,一系列的新世代MEMS产品成为消费电子产品具备市场差异化竞争力的利器,也形成有别于以往既有MEMS产品的新类型。今年新类型MEMS在消费电子和行动装置的营收规模将达4.57亿美元,比起2010年的1.78亿美元,足足成长了2.5倍之多。
主要消费电子产品MEMS元件供应商简表<制表整理:钟荣峰>
主要消费电子产品代表 |
3轴加速度计 |
3轴陀螺仪 |
RF MEMS |
麦克风 |
电子罗盘 |
iPhone 3GS |
意法半导体 |
|
TriQuint |
|
|
iPhone 4 |
意法半导体 |
意法半导体 |
TriQuint
Skyworks |
楼氏电子(Knowles) |
|
iPad 2 |
意法半导体 |
意法半导体 |
|
瑞声科技 |
AKM |
宏达电
Droid Incredible |
博世
(Bosch Sensortec) |
|
|
|
AKM |
三星
Galaxy Tab |
博世 |
意法半导体 |
TriQuint
Avago |
|
|
任天堂Wii
Motion Plus |
意法半导体
亚德诺(ADI) |
意法半导体
应美盛(单/双轴)
(InvenSense)
Epson Toyocom(单轴) |
|
|
|
任天堂3DS |
意法半导体
博世 |
应美盛(单/双轴)
Epson Toyocom(单轴) |
|
|
|
SONY PS3 Move
Dualshock |
意法半导体
kionix |
意法半导体
(单/双/三轴)
Sony(双轴)
Epson Toyocom、muRata (单轴) |
|
楼氏电子 |
AKM
Alps |
微软
Xbox 360Kinect |
kionix |
应美盛 |
|
kionix |
|
前10大MEMS厂商将一决胜负!
MEMS产品应用虽然千变万化,不过主要产量还是由特定几家厂商所主导着。 Yole Developpement便指出,前10大MEMS厂商就占有50%以上的市占率,而前30大MEMS厂商就囊括整体MEMS市场80%的市占率。
由于微机电MEMS已逐渐成为消费电子和行动装置的必备元件,各大厂也积极切入,目前在此领域占有一席之地的前10大MEMS列强包括:意法(STM)、安华高(Avago)、楼氏电子(Knowles)、德州仪器(TI)、博世(Bosch Sensortec)、应美盛(InvenSense)、松下(Panasonic)、TriQuint、kionix、Epson Toyocom。另外亚德诺(ADI)、飞思卡尔(Freescale)、muRata、MEMSIC、Hokuniku和EPCOS也占有一席之地。
拜消费电子和行动装置应用蓬勃之赐,意法半导体已坐上第一把交椅,在加速度计的营收就有2亿美元,在欧洲的成长幅度高达42%。意法半导体MEMS晶片出货量已于去年(2010年11月)突破10亿颗大关,并拥有全球第一条MEMS专用8吋生产线,目前每日产量达150万颗以上。 2010年意法半导体的消费性电子MEMS晶片销售额成长63%,高达3.53亿美元,几乎是主要竞争对手收入的两倍。整体来看,MEMS厂商在消费电子领域不断推出相关产品扩张市占率,对于排名提升会有很大的帮助。
iPhone 4开启MEMS新商机!
对于MEMS消费电子市场来说,iPhone 4无疑是相当重要的里程碑。 iPhone 4是首先采用陀螺仪的手机产品,也是首个采用两颗MEMS麦克风来抑制杂讯干扰的手机设计。相较于2010年只有5款手机模组采用陀螺仪设计,今年将会有超过45款智慧型手机和平板装置采用陀螺仪元件。
苹果的iPhone 4采用MEMS麦克风产品,更是iPhone产品线的首创之举。为了抑制杂讯,iPhone 4采用两颗独立的MEMS麦克风,借此降低背景杂音以提高语音通话的清晰度。尽管抑制杂讯技术在2006年就已经成型,不过要到Motorola的Droid手机和苹果的iPhone 4大量采用MEMS麦克风之后,抑制杂讯技术才开始普及应用。
虽然先前2009年苹果也在自家的第五代iPod nano产品采用过MEMS麦克风,不过在iPhone产品线上,驻极体电容式麦克风可是完全牢牢地占有独霸的地位。正因为iPhone 4开始采用了MEMS麦克风,使得苹果在2010年成为全球MEMS麦克风第二大的买主。第一大MEMS麦克风买主则是三星电子。苹果在2009年位居第六大MEMS麦克风买主。此外,采用MEMS产品的主要OEM厂商还包括Nintendo、Samsung、Nokia和LG,前两位消费规模在1亿美元左右,其余则在6000~8000万美元上下
谁能跟我比 三轴陀螺仪成当红炸子鸡
在新类型MEMS元件中,三轴陀螺仪正是炙手可热的宠儿,从苹果的iPhone 4到Sony PS3游戏机的遥控器,三轴陀螺仪在智慧型手机和游戏应用的渗透率越来越明显,特别是动作辨识功能更仰赖新类型MEMS元件。
除了智慧型手机和互动式游戏机之外,三轴陀螺仪更进一步出现在苹果的iPad 2、三星电子的Galaxy Tab以及其他各类媒体平板装置;还有任天堂的新款3DS游戏机、苹果的iPod Touch 4G、以及三星的Nexus和LG的Optimus等智慧型手机。
在游戏机和iPhone 4的带动下,3轴陀螺仪在消费电子市场也会有明显的进展,其中InvenSense和意法半导体是最大的供应商。意法和智慧型手机大厂Nokia和Apple的紧密合作关系,让意法每季有超过2500万颗的MEMS感测器,被采用在iPhone、iPod和Nano等手持装置产品上。这也是能够让意法在排名上能够超越汽车电子MEMS大厂博世的主要缘故。在加速度计与陀螺仪两种动作感测器领域,意法半导体已成为手机和消费性电子制造商的第一大供应商。
在可预见的未来,手持装置的OEM厂商将会陆续改变视野,逐步采用3轴陀螺仪。除了3轴陀螺仪之外,包括InvenSense、意法和AKM Semiconductor,也都正在针对手机开发5、6、9和10轴的陀螺仪设计。
此外,嵌入于手机和数位相机的微型投影元件,也是新类型MEMS元件中备受瞩目的耀眼新星。另外数位相机自动聚焦功能所需的制动器(actuator),可以微型封装尺寸取得高品质影像的应用,也是新类型MEMS元件正在大展身手的领域。为推动未来成长力道,意法半导体近期已在MEMS系列产品中加入麦克风和压力感测器。内建意法半导体的微机械压力感测器的消费性电子装置能够测量大气压力并/或识别精确的3D位置。
2010年10大MEMS供应商营收排行(单位:百万美元)<资料来源:HIS iSuppli Research,2011年2月>
排名 |
供应商 |
2009年营收 |
2009年市占 |
2010年营收 |
2010年市占率 |
2009~2010年
营收变化 |
1 |
意法半导体(STM) |
$216 |
16.8% |
$354 |
21.6% |
63% |
2 |
安华高(Avago) |
$196 |
15.2% |
$207 |
12.7% |
6% |
3 |
楼氏电子(Knowles) |
$129 |
10.0% |
$189 |
11.5% |
47% |
4 |
德州仪器(TI) |
$169 |
13.1% |
$161 |
9.9% |
-4% |
5 |
博世(Bosch Sensortec) |
$80 |
6.2% |
$121 |
7.4% |
51% |
6 |
应美盛(InvenSense) |
$80 |
6.2% |
$94 |
5.7% |
17% |
7 |
松下(Panasonic) |
$62 |
4.8% |
$86 |
5.3% |
39% |
8 |
TriQuint |
$9 |
0.7% |
$75 |
4.6% |
779% |
9 |
kionix |
$49 |
3.8% |
$60 |
3.7% |
22% |
10 |
Epson Toyocom |
$72 |
5.6% |
$58 |
3.6% |
-20% |
|
Others |
$225 |
17.5% |
$233 |
14.2% |
3.3% |
|
Total |
$1,287 |
100.0% |
$1,637 |
100.0% |
27.2% |
MEMS麦克风真正出头天!
也是拜苹果iPhone 4所赐,2010年全球MEMS麦克风的出货量大幅成长50%。 iSuppli预估今年出货量可达6.955亿颗,而到2014年此一数字可大幅成长到17亿颗,比起2009年成长幅度可高达4倍!
2010年采用MEMS麦克风的前三大终端产品依序为行动装置、笔电和头戴式耳机。预估到2014年,大部分的智慧型手机都会采用2颗以上的MEMS麦克风。手持装置、笔电、摄录影机仍会是MEMS麦克风大宗的应用领域,在平板装置MEMS麦克风发展也备受看好。
MEMS麦克风属于微型麦克风设计,采用所谓压感式隔膜(pressure-sensitive diaphragm),藉由微机电制程将隔膜蚀刻在半导体元件上。 MEMS麦克风拥有更高的指向性(directionality)、噪音消除以及保真度等特性,可实现更小、更轻薄的手机和其他可携式装置设计,进一步取代传统的驻极体电容式麦克风(electret condenser microphone;ECM)。虽然MEMS麦克风在价格上明显高于ECM,不过在尺寸、可扩充性、温度安定性和音质等方面,都较ECM有着明显的优势。
一般说来楼氏电子和亚德诺依旧是MEMS麦克风的霸主,例如Sony的PlayStation游戏机、Google的Nexus One智慧手机和Flip的mino HD,便采用楼氏电子的产品;而Apple的iPod nano则是青睐ADI的MEMS麦克风。
在MEMS麦克风大厂之中,楼氏电子仍稳居龙头宝座,延续从2003年以来位居首位的霸气。楼氏电子市占率依旧高达80%左右,掌握关键的MEMS麦克风IP专利是其主要优势。不过MEMS麦克风的市场竞争越来越激烈,前五大MEMS麦克风厂商就有三家来自亚洲,包括中国的瑞声科技(AAC Acoustic Technologies)、南韩的BSE以及日本的Hosiden。这三家企业先前都生产ECM产品,现在都已经推出并规划MEMS麦克风产品线。他们都是向英飞凌(Infineon)购买MEMS裸晶,然后自己封装并透过既有的管道销售。前五大厂商中,只有亚德诺(ADI)是纯粹销售MEMS 麦克风的厂商。
iPad 2加持 电子罗盘备受瞩目
随着平板装置以及搭配GPS导航功能的智慧型手机在全球市场热销,电子罗盘元件将逐渐成为标准配备。除了苹果的iPhone系列之外,更多的Android手机也将采用电子罗盘元件。同样地,采用微软Mobile Windows 7作业系统的行动装置,电子罗盘也已成为必备的硬体功能。游戏机也成为电子罗盘大展身手的应用领域,例如Sony PS3游戏机的Move控制器、以及即将公布的PSP 2。
iSuppli统计,全球电子罗盘的需求量近年快速成长,去年就高达2.63亿颗,相较于2009年的5800万颗,大幅成长了354%。预估到2015年,全球电子罗盘出货量将冲到12.8亿颗。
全球97%电子罗盘的产能都集中在日本。全球前四大电子罗盘供应商都是日本公司,按照出货排名分别是AKM Semiconductor、Yamaha、爱知制钢(Aichi Steel)和Alps。
电子罗盘元件近日会受到市场高度瞩目,是因为苹果的iPad 2也采用AKM的电子罗盘产品。由于电子调校问题较为复杂,加上电子罗盘元件对于电磁干扰相当敏感,并且iPad 2的电子罗盘是紧密地与加速度计和陀螺仪元件共同运作,所以牵一发动全身,很不容易被取代,因此电子罗盘元件具有高度的不可替代性。
另外,压力感测器(pressure sensor)在手机产品的应用前景也值得关注。因为压力感测器可以精确侦测到高度的变化,因此可以作为室内导航的最佳辅助工具。可以连结上网际网路、配备GPS功能的手机,也是定位座标位置的导航装置。手机室内定位光靠GPS定位还不够,还需要更为精确的辅助,才能让LBS(Location-based Service)功能更为完备。
使用介面更顺畅 MEMS不可或缺
MEMS在消费电子领域正不断成长当中,未来发展前景更备受期待。感测动作(Sense motion)的相关应用,就是让MEMS产品被广泛采用在各种消费电子装置的主要关键。手机的使用介面也需要MEMS元件来协助感测各种特定手势所传达的指令讯息,让使用介面应用更加顺畅而精确。连结网际网路的手持装置内的各类MEMS元件,需要更完备的软体设计来提升感测效能。因此,大部分MEMS元件供应商自己来开发设计相关软体,才能有效发挥MEMS元件软硬体整合的效果,而MEMS元件在消费电子领域应用的爆炸性成长,让MEMS硬体与作业系统和各类应用软体之间的整合相容课题越来越重要。