創新技術成果亮眼 MEMS應用版圖快速擴張
微機電系統(MEMS)發展愈來愈受到市場關注。尤其在各領域MEMS元件開發商不斷在技術上突破後，MEMS元件已快速進駐各種電子產品，成為不可或缺的重要元件。
除加速度計、陀螺儀等熱門的動作感測器外，MEMS元件開發商已開始將觸角延伸至其他領域，追求下一波成長高峰。以WiSpry為例，即是看好多頻多模射頻的市場趨勢，而投入創新MEMS元件的業者之一。
借力RF MEMS技術 實現軟體定義無線電
隨著手機朝多模多頻發展，也為天線和RF射頻前端帶來更複雜的設計挑戰。WiSpry是成立於2002年的無晶圓RF業者，主要是透過整合RF CMOS與RF-MEMS技術開發一系列的可調諧(Tunable)RF解決方案，以達到軟體定義無線電(SDR)的目標。
WiSpry總裁暨創辦人Jeffery Hilbert以蘋果iPhone 4上市時，因收訊不佳發生的「天線門」事件為例解釋，如果採用可調諧RF設計，就能夠透過軟體動態調整最適當的RF阻抗匹配，避免硬體式的固定設計架構因不能配合使用環境，而無法達到理想收訊結果的情況發生。
WiSpry的產品主要鎖定在400MHz到10GHz頻率範圍運作的多頻多模無線應用。它的RF-MEMS電路是採用標準CMOS製程，因此，理論上能在單一矽晶片上，將可調諧匹配前端和過濾器、天線匹配、可配置功率放大器等RF元件整合在一起，再透過軟體動態調諧的方式，來達到該公司提出的「單一無線、全球覆蓋(One World, One Radio)」願景。
Hilbert表示，全球智慧型手機銷售量到2020年，可望成長到二十八億支，對RF前端產品來說，將帶來龐大的商機。但是，目前RF前端的設計架構，雖然已從傳統的分離式元件建置，朝整合性架構發展，但仍無法克服日趨複雜的設計問題，而且常常必須妥協於RF效能。
WiSpry已出貨的電容式陣列產品，是在8吋晶圓上，以0.18微米製程製造MEMS結構，這是一個包含CMOS電路、MEMS的單晶片方案，可供多種可調諧RF產品之用(圖1)。
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| 圖1 WiSpry利用MEMS結構開發的數位電容陣列 |
目前，電容陣列的軟體演算法是內建在基頻處理器中，因此需要與主要的基頻處理器業者合作，未來計畫以單獨的電路執行運算。
Hilbert指出，採用可調諧RF前端，可大幅簡化3G/4G手機設計，且以標準CMOS製程生產，不僅體積小，也更具有成本效益。同時，由於能動態調整，提升接收器靈敏度，有助於改善手機的資料傳輸率、通話品質和電池壽命。
現在，MEMS在智慧型手機上的應用已越來越廣泛，總計各種MEMS元件會占手機37美元的BOM成本。而WiSpry欲取代的RF前端，大概占1.53美元。
目前，WiSpry已經就緒的產品有可調諧數位電容陣列、阻抗匹配、過濾器，未來還將陸續開發天線、功率放大器、雙工器，預計到2014年，便可推出完整的可調諧RF前端。
經過多年努力，WiSpry自2007年首度推出產品以來，終於在2011年獲得一線手機業者的採用，並已於去年10月起開始大量出貨。Hilbert表示，隨著4G應用的興起，今年已取得多家設計訂單，對公司未來的業務成長深具信心。
力圖超越石英技術 SiTime強推MEMS時序
力圖超越石英技術 SiTime強推MEMS時序
SiTime另一家開發創新MEMS元件的業者，於2005年從Bosch獨立出來，該公司試圖以其獨特的矽晶MEMS和類比技術改變傳統以石英材料為主的時序市場。
SiTime執行長Rajesh Vashist表示，時序元件是所有電子產品不可或缺的重要元件，一台手機大概會用到二到四個時序元件、筆記型電腦會需要四到十個；近來興起的汽車電子市場，整輛車中更會用到十五至三十五個。
據了解，包括共振器、振盪器和時脈產生器，整個時序市場加起來約有60億美元的規模。而SiTime將以矽晶MEMS技術，推動這個市場的轉變。
Vashist解釋，SiTime的時序元件包含兩個主要部分，分別是採用矽晶MEMS結構的共振器，以及類比電路。透過整合MEMS和CMOS製程技術，使得以矽晶材料作為振盪器的概念能夠實現。
SiTime的晶圓代工夥伴，分別是負責CMOS製程的台積電和MEMS製程的Tower-Jazz。Vashist強調，一片8吋矽晶圓，採用0.18微米製程，就可生產出高達七萬顆的矽晶振盪器，在成本、尺寸、效能上都更有優勢。
目前，SiTime的MEMS振盪器已廣泛用在多項主流產品，包括數位相機、電子書、家用電話、路由器、和智慧電表等。SiTime的營收就市場別來看，網通占14%、消費電子40%、運算/儲存21%，工業21%。
同時，SiTime在今年四月宣布，其MEMS振盪器、時脈產生器、共振器等元件的累積出貨量已達到一億顆，目前已有超過八百家業者，在一百多種應用中採用SiTime的矽晶MEMS時序解決方案。而且，自2006年以來，公司每年的出貨量都有一倍的成長。
這三項產品SiTime均可提供，但以振盪器為主，占營收的八成。Vashist表示，5年前該公司才推出新產品，從零開始，但現在已躋身前十大振盪器供應商。
5年來，SiTime持續開發新元件，讓產品組合日趨豐富，目前已有四十款產品，以及超過十萬種的型號。Vashist指出，與2007年的產品相比，SiTime元件的抖動效能已提升三百倍、穩定度提升二百五十倍，可達到比石英更佳的可靠度。因此，MEMS-based振盪器出貨量一定會超過傳統石英振盪器，只是時間早晚罷了！
