近年来微机电系统（MicroElectroMechanical Systems；MEMS）一词可说是愈来愈热门，但许多人仍不解其意，在本文开始之前或许能做些说明。

许多人都知道何谓积体电路（Integrated Circuit；IC），IC是将电路中的电阻、电容、二极体、电晶体等电子元件及线路，不断以更精巧、更缩密的尺寸来制造，即是将电子电路微缩化，此可称为微电子、微电路。

将同样的道理从电子领域对应到机械领域，MEMS就是不断将机械性元件以更微缩的方式来制造，此可称为微机械，微电子包含微电子元件与微电子线路，而微机械也包含微机械元件与微机械结构，不过MEMS除了具有微机械外同时也搭配上微电子，让机械与电子融合、接轨，如此在极小的尺寸内同时有机械与电子功效，就称为MEMS。

《图一 图中一只大小连1mm都不到的蜘蛛?，其脚下的机械性齿轮却比牠更小，此即是运用MEMS技术制程的微型机械化组件。(数据源：www.eee.metu.edu.tr)》 - BigPic:639x479

MEMS的应用延伸

MEMS是近年来才有的吗？答案为否。 MEMS技术已有多年历史，只不过MEMS与类比电路一样，都因为数位电路技术的飞跃性成长而相形失色，相对之下MEMS与类比电路的技术突破就偏缓慢，因此MEMS过去多未受重视，仅少数几家业者长时间投入于MEMS领域，如美国德州仪器（TI）、德国博世（Bosch）等。

不过近年来数位电路的技术发展渐现瓶颈，加上欧美日等先进各国策略性地大举投入奈米技术（Nanometer Technology）的发展，此与MEMS技术密切关连。此外MEMS的应用范畴开始扩展延伸，使大众开始注视MEMS。

到底MEMS技术的应用如何扩展延伸呢？特别是消费性产品领域的扩展延伸，本文以下将对此进行更深入的讨论。同时以今日多项最具代表性的MEMS为例来说明。

喷墨头

喷墨印表机的喷墨头（inkjet print head）是目前使用最多年、用量最大的MEMS装置，其中机械部分是由许多孔径极细的喷嘴管所构成，而电子部分则负责控制墨水在管中的温度，运用电子加热方式对管内的墨水加温，墨水受热后产生压力气泡，迫使墨水以墨滴方式喷出管外，之后墨滴沾至列印纸上，反覆进行此程序即可完成列印。

按理而言印表机为电脑的周边装置，属于电脑、资讯（Computer、Information）领域而非消费性（Consumer）领域，不过近年来喷墨印表机积极追求更普及性的应用市场，例如用印表机列印数位相片，列印个性化月历、T恤、马克杯等，因此在商务型印表机外，家用型印表机也能归入消费性领域。

除了家庭列印市场较商务列印市场广大外，喷墨头技术的新进业者也倾向先进入家用市场，以台湾的明基电通（BenQ）而言，其自行研发的喷墨头技术就较倾向用于家庭用喷墨印表机，原因是商务型机种需要较高的列印表现，有较高的技术挑战性。

因为喷墨头技术已有多年历史，许多专利已逐渐到期，过去技术集中在少数业者手上，如美国的惠普（HP）、欧洲的意法（ST）等，并由少数业者自研自产的情形将逐渐解除，取而代之的是代研代产，例如台湾的亚太优势微系统（Asia Pacific Microsystems；APM）、台积电（TSMC）都积极投入于MEMS方面的代工技术。

压力感测器

压力感测器（Pressure Sensor）是另一个普及性的MEMS装置，且运用广泛。不过近年来较热门的一项应用是在汽车领域中，即是胎压监督系统（Tire Pressure Monitoring System；TPMS）。

《图二 运用MEMS技术制造出的极微小8×8矩阵型压力传感器。(数据源： mems.mirc.gatech.edu)》 - BigPic:662x390

《图三 美国Freescale的MPXY8300胎压监督芯片内整合了压力传感器、8位微控器、无线射频收发器、以及XY的双轴加速度传感器。(数据源：media.freescale.com)》 - BigPic:734x620

TPMS是在汽车的轮胎与钢圈间埋入压力感测器，机械部分是压力感测，而电子部分是将感测到的压力数据进行调变，然后以无线电方式发送至汽车本体，汽车本体接收到发波后进行解调即可得知各轮胎的压力值。不过MEMS部分仅限于埋于轮胎内的部分，汽车本体的数据接收就不需要用到MEMS技术。

以上所言属于汽车底盘部分的监督、控制，不属于消费性应用，真正属于消费性应用的是今年日本任天堂（Nintendo）在E3展中展示的新款Wii游戏控制器：Wii Fit。 Wii Fit是一块类似体重计的脚踏板，游戏的玩家将双脚置于踏板上，并运用双脚重心与平衡性来进行游戏，而Wii Fit内部所用的必然是压力感测器。

《图四 Wii Fit内部具有压力传感器，可感应玩家双脚的压力重心变动，以此来进行游戏的操控。》 - BigPic:914x568

值得一提的是，Wii Fit虽会用上压力感测器，但压力感测器可用各种工艺技术来制造，MEMS技术只是其一而非唯一，所以Wii Fit也可能使用其他技术制成的压力感测器，不一定是MEMS型压力感测器。然而Wii Fit仅是预告而尚未正式发表，未来仍有变更设计的可能。

数位微镜装置

数位微镜装置（Digital Micro-mirror Device；DMD）是TI发展多年的一项MEMS技术，早在80年代就已投入，但一直到近年来才从商业销售中获利，DMD主要是用于DLP （Digital Light Processing）技术原理的投影机中，除了DLP外也有其他的投影技术，如LCD技术、LCoS技术等，过往也有CRT技术。

严格而论DMD不仅仅是MEMS，而是MOEMS（Micro-Opto-ElectroMechanical Systems），可称为微光机电系统，即是除了「机械」、「电子」之外也牵涉到了「光学」原理，DMD的机械部分是可以活动的微型镜片，而电子部分则控制微型镜片的机械性活动，是要让镜片朝左偏向，或者是要让镜片朝右偏向，至于光学部分则是将光打向镜片，之后由镜片的偏向来决定是要将光略去，还是要将光投影出来，如此反覆动作即可形成影像的投影。

了解DMD装置、DLP原理后，进一步则谈论其应用属性，过去投影机的价格相当昂贵，大体只有研讨会、展览馆、商务简报等场合会用上，而购买投影机的必然是机构、企业等用户，属于商务类型的市场。

然而近年来投影机价格不断下降，同时数位性的视听家电也不断普及，所以业者大力鼓吹「家庭剧院」的概念，鼓励家庭在自家建构起剧院级的影音环境，如此投影机将逐渐成为必要的角色，如此投影机就成为消费性产品，DMD、DLP即可跨入消费性应用。

加速度感测器

导航定位

加速度感测器（Accelerometer）与陀螺仪（Gyroscope）过去多用在惯性导航系统（Inertial navigation system）中，特别是一些大型运输器上的导航系统，如轮船、飞机等，加速度感测器与陀螺仪可以用多种技术来制造，不过运用MEMS技术才能使其体积达到最大的精缩。

一旦体积获得精缩，就能使装置运用在更多地方，然而碍于机械性结构的限制，加速度感测器能运用MEMS技术而让体积大幅缩小，但同样运用MEMS技术来精缩陀螺仪的体积却不能获得相同的精缩程度，所以加速度感测器能拥有比陀螺仪更广泛的应用，精缩后的陀螺仪依然以导航为其主要应用，精缩后可从飞机、轮船的运用转移到汽车中运用。

当然，今日有多种导航技术，最流行的莫过于GPS（Global Positioning System）的卫星定位，然而GPS必须在行车于户外时才有用，因为定位资讯是从大气层外的卫星发送回地面，电波经过长远的传递衰减后其信号已相当微弱（只有手机电波强度的数百分之一），无法穿透汽车铁壳来进行接收，车上的GPS接收器必须只隔着玻璃（信号能量仍足以穿透玻璃，但装有隔热纸例外）进行信号接收。

所以，汽车一旦驶入地下停车场，或者进入隧道后，就完全接收不到卫星信号，如此定位将短暂失效，但过大的停车场或过长的隧道等依然要导航定位，或者在高耸密集的巷道内接收也会不良，这时就需要辅助性的导航，而加速度感测器就可以派上用场，目前业者正积极发展「GPS＋加速度感测器」的导航系统，让导航尽可能连续不中断。

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除了导航外加速度感测器还有多种应用，例如近年来手持行动装置（如MP3随身听、PMP等）经常使用微型硬碟（Micro Drive）内来做为其储存，但硬碟相当惧怕晃震，突如其来的晃震将使硬碟内的读写头拍打到碟面，造成资料损毁。

因此，业者在微型硬碟上设置加速度感测器，一旦硬碟遭受突如其来的外力，感测器将提前感应，进而通知硬碟上的控制器，控制器可及时将读写臂拉离碟面，防止读写头拍打碟面，以此来确保资料安全。

在消费性的MP3随身听、PMP（Portable Media Player）的微型硬碟逐渐采行此种保护技术后，回推到资讯领域的硬碟也将设置相同的防护机制。

汽车防护

加速度感测器不仅防护硬碟，事实上更早之前就用于汽车中，汽车内的安全气囊（Air Bag）是否要开启，就是先透过加速度感测器来感应车速与撞击程度，并在及短时间内进行研判，以决定是否要开启安全气囊。

安全气囊只是最初步的一项汽车防护应用，如今则有更多的应用，例如将加速度感测器设置于汽车的两侧，之后感应与比对汽车两侧的加速度，一旦左右加速度在短时间内改变剧烈，表示汽车正在急速左偏右偏，表示行车遭遇危险，这时汽车就会启动紧急处理机制，必要时甚至由电脑接手方向盘，以确保驾驶与车内乘客的安全。

类似的，汽车的各处将埋设愈来愈多的加速度感测器，并不断回报各处的加速度值，透过电脑快速运算来研判车体的运算，并启动更多的行车防护机制。

游戏控制

加速度感测器的另一项妙用是电玩娱乐，Nintendo的Wii电视游乐器，其游戏控制器：Wii Remote内就设置了三轴（Tri-Axis）加速度感测器，可以感应玩家对控制手把的移动性，包括X（左右）、Y（前后）、Z（上下）等方位的移动都能感应。

要注意的是，Wii Remote的主要控制虽是用加速度感测器，但在此加速度感测器也不是唯一的感测器，事实上Wii Remote内还设置了影像感测器（Image Sensor），运用该影像感测器（已不属于MEMS技术，而是属于光电半导体技术）来感应来自Wii的感测条（Sensor Bar）发出的红外光，以此做为手把动作的辅助性移动感应。

自从Wii因应手势型游戏遥控器而大受欢迎后，Sony的PlayStation 3也跟进推出手势型游戏控制器，运用的技术一样使用到加速度感测器。

创意亲和式设计

同样是明星消费性产品上的应用，美国苹果（Apple）推出的手机：iPhone，其机内也设置了加速度感测器，主要是用来感测使用者如何拿持iPhone。 iPhone除了手机通话外也可充当口袋型电子相簿、掌上型上网机、可携式媒体播放器等，当使用者横拿iPhone时，iPhone就以横向方式显示相片、网页、动画视讯，反之若是直拿着iPhone手机，则相片、网页、影像等也会对应转向90度，改成直向方式显示，以此来增加使用上的舒适度、方便性。

以上是多种加速度感测气的应用，然而不同的应用需要不同的加速度感测器，有的只要用单轴型，有的要XY两轴型，有的则是XYZ三轴型，有的应用要感受高速移动性需要使用高g型（如Air Bag），有的为低g型（如iPhone），并非单一种加速度感测器就能适用所有的应用。

麦克风

有许多技术可以制造出麦克风（Microphone），MEMS同样只是多种方式中的一种，以MEMS技术制成的麦克风有时也称为麦克风晶片（microphone chip），或者是矽型麦克风（silicon microphone）。

即便是用MEMS技术来制造麦克风也有数种不同的作法，包括电容法、压电法、压阻法、光学法（属于微光机电）、微流法（或称热流法），各种方式各有其优缺点，例如光学法拥有较高的精度，但成本偏高，仅适合航太之类的先进应用，或如压阻法难以提升灵敏度，且技术尚不易实用化，或者压电法存有杂讯的问题等。

环顾来看现阶段最可行、也使用最多的是电容法，事实上传统麦克风（称为驻极式麦克风：Electret Condenser Microphone；ECM）其原理也属电容法。

以MEMS技术制成的麦克风与传统麦克风相比有多项好处，以MEMS的晶圆方式生产将比传统方式生产更有效率、更适合大量生产，另外也容易与其他微电子电路整合制造，例如做成阵列式麦克风、数位式麦克风、与汇集多功效的系统单晶片一同整合、或与影像性电路（如影像感测器）一同整合等。

此外用MEMS技术制造的麦克风拥有较整齐的生产品质、特性表现较稳定一致、在与其他应用电路一同生产制造时较能承受高温制程（例如过锡炉）、再加上体积比传统麦克风更为娇小，所以更适合短小轻薄的产品设计。

《图五 Infineon的MEMS型麦克风SMM310仅传统麦克风约50％的体积，功耗更是只有过往的33％。(数据源：Infineon.com)》 - BigPic:861x590

《图六 Akustica的MEMS型数字麦克风AKU20xx系列，其封装尺寸仅4x4mm，适合单一麦克风的产品运用，或者是笔记本电脑内的麦克风数组应用。(数据源：Akustica.com)》 - BigPic:625x521

所以，纯就取代传统麦克风而言MEMS型麦克风就具有极大的优势，但更重要的是其他的扩展应用，随着新一代PC逐渐用HD Audio（高清晰音效）来取代AC'97后，PC的录音音质也比过去更受到重视，HD Audio强调用阵列式麦克风来强化录音的音质，进而强化语音辨识应用的辨识率，而MEMS型麦克风比传统麦克风更适合做成阵列式组态。

再者，随着Internet的普及，愈来愈多人使用网路电话，传统用类比麦克风来感测，之后将类比感测数据进行数十公分、甚至上公尺的距离传递，则类比信号将因传递过程中的杂讯干扰而减损信号真实度，为了在长距离传输后依然能保持声音的真确度，近年来开始提议数位式麦克风，即是类比感测后立即将感测值转换成数位型态，再以数位方式进行长距离传递，而数位讯号具有较高的抗杂讯性。

关于此也是MEMS方式制造的麦克风优于传统麦克风，如前所述，MEMS型麦克风可以与微电子电路整合，MEMS型麦克风内可以整合前级放大器（Pre-Amplifier，或称前置放大器）、类比数位转换器（Analog-Digital Converter；ADC），前级放大器将感测到的类比声波信号放大，之后再由ADC转换成数位型态，最后再进行输出传递。

类似的，现在影像电话的应用愈来愈普遍，为了应用更方便，也为了更短小轻薄取向的设计，MEMS型麦克风能与影像感测器一并整合制造，如此同一个晶片既负责声音接收也负责影像接收，将有助于影音同步应用的推行。

MEMS前程似锦

以上所谈的是比较常见的几项MEMS装置，其他还有通讯应用的薄膜谐振滤波器（Film Bulk Acoustic Resonator；FBAR），或如微流体感测器应用在医疗领域的血液流量感测，汽车引擎内注油量的感测等，由于与消费性无关，在此不予讨论。

虽然MEMS应用愈来愈广，但最为看好的依然是消费性领域，原因是消费性应用的用量大，技术层次却多半低于产业性应用，所以往后数年内的市场将不可限量，为此过去多年来只以汽车用零件为主业务的Bosch，于2005年分立出Bosch Sensortec，就是期望其原有只服务车用领域的MEMS部门别再仅限于汽车应用，而能在更广泛应用的MEMS市场中有更多的作为，因而将其分立。由此就更能感受到MEMS的未来商机。