| 微機電系統(MEMS)麥克風市場戰火再升溫。甫於今年6月宣布進軍MEMS麥克風市場的亞德諾(ADI)，10月中旬正式推出應用於消費性電子裝置的MEMS麥克風產品；無獨有偶，同樣也積極耕耘音訊市場的歐勝(Wolfson)也在同月發表新款MEMS麥克風；此外，全球最大的駐極體電容式麥克風(ECM)製造商BSE Holdings也與同時兼具MEMS麥克風設計、製造與封測能力的MEMS Technology(以下簡稱Memstech)展開合作，積極搶進此一市場，讓原本戰雲密布的MEMS麥克風市場一觸即發。 市場研究機構iSuppli研究團隊總監暨MEMS策略分析師Jeremie Bouchard表示，MEMS麥克風具有多項優點，包括可利用表面黏著(Surface Mount)方式生產、能夠忍受較高的回焊溫度(Reflow Temperature)、易於與互補式金屬氧化物半導體(CMOS)製程以及其他音訊電子裝置加以整合，以及具有較佳的抗射頻(RF)和電磁干擾(EMI)的特性。雖然目前MEMS麥克風的數量在整體麥克風市場的占有率仍不到10%，但預估未來4年的出貨量將會以每年32%的速率成長，並在2012年突破十億顆大關。 新進業者來勢洶洶 也因此，自2003年樓氏電子(Knowles Acoustics)首開先河，將MEMS麥克風成功導入摩托羅拉(Motorola)Razr系列手機後，即吸引不少業者陸續投入；MEMS麥克風製造廠商家數更從2003～2004年的三至四家，快速激增至現今將近二十家(表1)的規模，足見MEMS麥克風市場龐大需求的誘因。台灣方面，除工研院及電聲元件大廠美律積極發展外，更有不少MEMS晶圓代工廠看好MEMS麥克風的代工機會，全力展開布局動作。 | 表1 MEMS麥克風製造廠商發展情形一覽表 製表者：王智弘 | | 公司名稱 | 發展狀態 | | AAC | 已量產出貨；2007年12月與樓氏簽署交叉授權協定 | | Akustica | 已量產出貨；2007年5月與樓氏簽署交叉授權協定 | | BSE | 全球最大ECM麥克風製造商，已宣布與Memstech合作生產MEMS麥克風。 | | Draper Laboratory | 位於美國麻州的MEMS技術實驗室，具有MEMS麥克風技術，已授權NCT、美國國家半導體與西門子。 | | Memstech | 已量產出貨 | | NCT | 已宣稱推出產品 | | QinetiQ | 位於英國的技術研發中心，已具MEMS麥克風技術。 | | SonionMEMS | 已量產出貨 | | 東莞泉聲電子 | 已宣稱推出產品 | | VTT Electronics | 位於芬蘭的技術研究中心，已投入相關技術研發。 | | 三葉 | 2007年3月推出，並開始提供樣品。 | | 西門子 | 已投入研發 | | 亞德諾 | 2008年10月推出首款產品 | | 東芝 | 已投入MEMS光學麥克風研發 | | 松下 | 2007年5月宣布開始提供樣品 | | 美律 | 已開始提供樣品 | | 英飛凌 | 2006年底發表首款產品；2007年宣布與Hosiden合作 | | 樓氏電子 | 已量產出貨；市場占有率高達80% | | 歌爾聲學 | 宣稱將於2008年第四季量產 | | 歐姆龍 | 已宣稱推出產品 | | 歐勝微電子 | 2008年10月發表首款產品並開始提供樣品 | 資料來源：Yole Developpement、各公司網站，新電子雜誌整理(11/2008) 已在MEMS感測器與音訊處理晶片市場占有一席之地的亞德諾，亦看好MEMS麥克風市場的可觀商機，而決定跨足投入。亞德諾微機械產品處副總裁Mark Martin表示，該公司正將其在汽車與工業市場上超過15年的MEMS感測器發展經驗，以及既有的高傳真度音訊設計能力相結合，並利用截至目前已有超過四億顆出貨量且業經驗證的iMEMS動作訊號處理(Motion Signal Processing)技術，開發出全新的MEMS麥克風產品系列，以進一步厚實亞德諾在音訊訊號鏈設計的產品組合與支援能力。 亞德諾此款新的全向(Omni-directional)輸入MEMS麥克風具有數位輸出與類比輸出兩種形式，頻率響應範圍均為100Hz～15kHz以上。其中，ADMP421為脈衝密度調變(PDM)數位輸出MEMS麥克風，是針對多媒體和具有網路語音通訊協定(VoIP)功能的行動電話、藍牙耳機、以及其他要求高品質數位化音訊系統所設計，除具高度抗干擾能力，且靈敏度、訊噪比(SNR)及電源供應拒斥比(PSRR)表現不俗外(表2)，由於毋須調節類比訊號並可省去包覆類比訊號路由纜線的材料，系統設計工程師得以將ADMP421數位式MEMS麥克風的擺放位置最佳化，以強化立體聲與陣列波束成型(Array Beam Forming)的音訊表現。 | 表2 亞德諾所推出的MEMS麥克風規格一覽表 製表者：王智弘 | | 規格＼型號 | ADMP401類比式MEMS麥克風 | ADMP421數位式MEMS麥克風 | | 封裝尺寸 | 4.72毫米×3.76毫米×1.0毫米 | 3毫米×4毫米×1毫米表面黏著封裝 | | 訊噪比 | 62dBA | 60.5dBA | | 靈敏度 | -37dBV | -26dBFS | | 頻率響應 | 100Hz to >12kHz | 100Hz to >12kHz | | 功耗 | 小於200微安培 | 小於650微安培 | | 電源供應拒斥比 | 大於50dB | 80dBFS | | 綠色規範 | ．相容於錫/鉛(Sn/Pb)焊接和無鉛焊接製程
．符合RoHS/WEEE規範 | ．相容於錫/鉛(Sn/Pb)焊接和無鉛焊接製程
．符合RoHS/WEEE規範 | 資料來源：亞德諾，新電子雜誌整理(11/2008)  | | 圖1 歐勝微電子影像暨擬真麥克風產品線經理Nigel Burgess(左)表示，未來亦將開發數位式MEMS麥克風，擴大產品組合。右為歐勝微電子亞太區銷售副總裁盧能相。 | 另一方面，歐勝微電子則是在2007年1月藉由購併MEMS麥克風新創公司Oligon進軍MEMS麥克風市場，進一步落實該公司AudioPlus的發展策略，強化其在消費性電子產品音效晶片的市場地位。 歐勝微電子影像暨擬真麥克風產品線經理Nigel Burgess(圖1)表示，全新MEMS麥克風包括WM7110和WM7120及其強化版本的WM7110E與WM7120E。前兩者主要針對功耗與訊號品質要求較高的消費性電子產品所設計，而強化版的MEMS麥克風，則強調靈敏度誤差只在±1dB。 新產品分成兩種封裝，較大尺寸封裝為4.72毫米×3.76毫米×1.25毫米，與現今市場上的MEMS麥克風相容，可直接替換。而較小封裝為3.76毫米×2.95毫米×1.10毫米，則適用於設計精巧的產品。兩款元件的功耗僅為160微安培，並提供62dB的訊噪比效能，可減少雜訊發生，最大總諧波失真(THD)僅0.5%。 Nigel進一步解釋，新推出的MEMS麥克風共由三大技術元素所組成，第一為MEMS的傳感器(Transducer)，會隨聲壓有所反應，這是購併Oligon後取得的技術。此傳感器係採標準CMOS晶圓製程與材料，可確保每個產品效能的穩定；第二是利用歐勝技術所設計出的低功耗類比式特定應用積體電路(ASIC)，除可供電給傳感器，亦有訊號放大的作用；第三則是將ASIC與傳感器封裝的相關技術。他強調，所有麥克風元件都是由該公司自行設計，可達到客製化需求以及提升客戶信賴感。 ECM麥克風業者絕地反攻 另一個備受市場關注的發展則是來自ECM麥克風業者的反擊，包括全球ECM麥克風大廠BSE與日本知名麥克風業者Hosiden均已加快在MEMS麥克風市場布局的腳步。 在主要客戶諾基亞(Nokia)的加持下，BSE目前在ECM麥克風市場的占有率已高達40%以上；2007年10月3日，該公司宣布與Memstech旗下全資子公司SenzPak簽署合作備忘錄，希望結合Memstech的封裝技術與BSE在聲學方面的技術經驗，共同發展MEMS麥克風。 Hosiden則在2007年10月宣布與英飛凌(Infineon)合作，藉由英飛凌所提供的特定應用積體電路與MEMS專業技術進入MEMS麥克風領域，並鎖定手機、筆記型電腦、數位相機與汽車導航系統等應用，提供小巧且可自動組裝生產的解決方案，以確保客戶應用設計週期的最佳化。 此外，也有傳統ECM麥克風業者克服高溫回焊的組裝瓶頸，讓ECM麥克風也能與MEMS麥克風一樣採用SMT進行生產。宣威科技總經理楊松壽表示，傳統ECM麥克風最為人詬病之處在於其薄膜係採氟化乙丙烯共聚物(FEP)的塑膠材料製做，耐熱性不佳，因此無法採用SMT生產，須以人工進行組裝；因此，該公司透過傳統ECM麥克風製程與材料的改善，研發出可耐熱260℃高溫長達30秒之久的dBMic(Direct Board Mount Microphone)專利技術，達到與MEMS麥克風一樣可利用標準捲帶包裝(Tape and Reel)及自動撿放(Pick and Place)設備進行生產的特性。 楊松壽進一步強調，該公司所生產的dBMic除可耐高溫外，也可隨客戶應用需求彈性調整尺寸，以避免麥克風與應用裝置間因尺寸落差而導致「水井效應」，讓聲音失真；此外，在頻率響應曲線、摔落測試與雜訊等規格表現上也足以與MEMS麥克風相匹敵(表3)。因此，包括惠普(HP)、戴爾(Dell)、宏碁(Acer)與捷威(Gateway)均已決定在明年推出的新款筆記型電腦中採用此款麥克風方案。 | 表3 dBMiC規格特性分析 製表者：王智弘 | | 尺寸/薄度/高度 | 可彈性調整，最小可達3毫米×1毫米 | | 維修/測試 | 焊墊在麥克風旁邊，因此較易維修/測試。 | | 靈敏度誤差 | 可達±2dB | | SMT製程後的靈敏度漂移 | ±1dB | | 可耐受回焊次數 | 四次以上 | | 響應曲線 | 平坦 | | 功耗 | 與標準EMC相同，毋需額外供電。 | | 溫度造成的雜訊表現 | 與標準EMC相同 | | 成本 | 易於控制且低於MEMS麥克風 | | 接腳相容 | 可與各種麥克風相容，包括MEMS麥克風。 | 資料來源：宣威科技，新電子雜誌整理(10/2008) 後進業者陷入專利/良率雙重考驗 毋庸置疑的，麥克風市場已掀起一股改朝換代的風潮，不論傳統ECM麥克風製造商或後進MEMS麥克風業者均已陸續發動攻勢；然而，值得注意的是，儘管現今已有許多業者宣稱推出MEMS麥克風，但大多數業者僅停留在客戶端產品測試或只有小量出貨階段，真正大量出貨的業者仍為市場上的老面孔，究其主要原因，乃是產品良率不穩所致。 麥克風業者指出，由於樓氏電子早在10多年前即開始投入MEMS麥克風產品研發，並掌握不少相關技術專利，目前市場占有率已高達八成以上，後進業者為了避免產品設計發生侵權問題，往往必須採用新的設計方法，再加上生產方式多採用委外代工模式，因而在良率的控制上面臨極大挑戰，顯見專利回避與產品良率將是後進者立足MEMS麥克風市場的兩大關鍵因素。 事實上，隨著愈來愈多業者加入戰局，MEMS麥克風市場的專利訴訟早已層出不窮，包括Akustica與AAC Acoustic均曾因誤觸樓氏電子的專利而吃上官司，最後是以雙方簽訂交叉授權協議落幕。此外，今年1月初，美國國際貿易委員會(International Trade Commission, ITC)也再度回應樓氏電子的申請，對新加坡知名MEMS元件製造商Memstech進行侵權調查。 Memstech旗下擁有SensFab與SenzPak兩家全資子公司，同時掌握MEMS元件設計、製造、封裝及測試的能力，在成本與效能的控制上具有不錯的發展利基，因此近年來在MEMS麥克風市場快速成長；2008年會計年度(2007年8月1日至2008年7月31日)，Memstech的整體營收較2007年會計年度成長37%，其中，又以MEMS麥克風的營收貢獻最為顯著，頗有後來居上的氣勢。市場人士認為，隨著Memstech與BSE間的合作確立，對樓氏電子在手機MEMS麥克風市場的發展勢將造成不小衝擊，也因而點燃雙方間的專利戰火。 面對樓氏的侵權指控，Memstech執行長K. Sooriakumar表示，該公司營運政策一向尊重其他業者的智慧財產權，並適時進行授權，換言之，Memstech現有與未來產品都是基於自身技術的創新所發展，因此不會侵犯任何樓氏電子所聲請的具法律效力的專利。該公司已聘請經驗豐富的律師全力護衛，讓Memstech免於這項尚待釐清的聲名，並持續提供客戶所需的支援。  | | 圖2 工研院南分院微系統科技中心副主任張平認為，MEMS麥克風最大的設計挑戰在於對薄膜「應力」的處理，須透過結構設計的改良才能有效克服。 | 除專利地雷的潛在危機外，產品良率亦是後進業者能否順利崛起的另一大關卡。楊松壽指出，目前MEMS麥克風的設計方式主要可分為兩種類型，一是採用傳統MEMS製程的雙裸晶設計，另一種則是以互補式金屬氧化物半導體MEMS製程進一步將雙裸晶整合為單一裸晶。前者設計的最大關卡在於外部構裝，主要技術專利多為樓氏電子所掌握；後者最大挑戰則是散熱問題，容易因溫度過高而導致矽薄膜膨脹，造成產品良率下滑。 工研院南分院微系統科技中心副主任張平(圖2)則認為，不論是否採用CMOS MEMS製程，都必須在設計中妥善考量麥克風薄膜受熱膨脹的問全力展開布局動作題，而其根本的問題癥結，則在於對薄膜「應力」的處理。他進一步分析，所謂應力泛指結構體內部所受到的推擠力或張力，包括製程、封裝結構或溫度變化均可能導致應力發生，進而影響薄膜的靈敏度，甚至是破壞結構。雖然應力可藉由製程、結構與材料的搭配來控制，但現今機台效能往往不足因應，因此必須在結構設計中，針對應力的容忍度進行特殊設計，方能解決製程殘留或後續封裝過程的應力問題。 MEMS/聲學專業缺一不可 儘管MEMS麥克風市場商機誘人，但在專利與良率雙重牽制下，MEMS麥克風市場已呈現大者恆大的發展態勢，後進業者能否成功搶占一席之地，則考驗著最終產品的核心競爭力。 MEMS晶圓代工業者透露，由於MEMS麥克風大廠多半已自行擁有設計及製造能力，因此目前主要接觸的代工夥伴均是以無晶圓廠(Fabless)MEMS麥克風設計業者為主，而雙方合作的第一個考量重點即是設計專利的合法性。 對此，張平表示，利用MEMS技術製造麥克風的專利，最早於1989年被提出，2009年期滿後，將只剩少數細部實作方法的專利仍有效力，而這部分要避開並不困難，因此，麥克風結構專利對後進業者而言障礙不大。反倒是封裝部分，樓氏電子已有相當廣泛的專利主張，是最大的發展瓶頸，因此工研院經過兩年多的努力，已開發出自有專利的MEMS麥克風封裝創新技術，可協助欲投入此一領域的業者順利突破國際大廠的專利防線。 樓氏電子亞太區業務協理何美靜亦認為，專利問題雖是MEMS麥克風後進業者發展的一大挑戰，但每家公司仍可善用其利基的發展優勢與創新技術來回避相關專利。她強調，MEMS麥克風是MEMS技術與聲學技術的智慧結晶，最大的關鍵在於如何把聲學的專業知識恰如其分地運用到MEMS製造上，兩者相輔相成，缺一不可，是產品成功最重要的關鍵，如此一來，才有機會在市場上嶄露頭角。 | 
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