無論是博世(Robert Bosch)還是意法半導體(STMicroelectronics;ST),都沒能在2017年全球MEMS市場排名中拔得頭籌。今天,世界上最大的的全球微機電系統(MEMS)供應商是——博通(Broadcom)!

誰想得到呢?

根據法國市場市調公司Yole Développement發佈的MEMS最新報告,去年,博通的排名首次超過了MEMS產業中的所有常見對手,這都要歸功於射頻(RF) MEMS的熱銷。

20180703_MEMS_NT31P1 全球主要的MEMS業者表現強勁成長(來源:Yole Développement)

在與《EE Times》的電話採訪中,Yole的MEMS元件和技術資深分析師Eric Mounier解釋,由於4G的複雜性迫使手機必須支援多頻段,從而引發對於RF濾波器無與倫比的需求高峰。隨之而來的是對於RF MEMS的市場需求暢旺。他指出,隨著業界轉向5G,這種現象只會加劇。

Yole將RF MEMS (BAW濾波器)視為推動整個MEMS市場最強勁的引擎之一。Yole預測,如果不包括RF,MEMS市場在2011-2023年間將年成長9%;若再加上RF MEMS,則整個MEMS市場的年複合成長率(CAGR)可望達到17.5%。

二十年前,MEMS在整個IC市場上可能被視為一種另類的利基應用。現在則已大相徑庭。2017年,MEMS、感測器和致動器(actuator)佔全球晶片銷售額4,200億美元的11%。而且,MEMS在整個半導體市場的佔有率還會更進一步增加。Mounier預測,到2023年將增加到15%~20%。

行動(mobile)和汽車是進一步推動MEMS需求的兩個最大領域。Yole預測,2023年的行動應用將為感測器和致動器創造530億美元的營收,而汽車應用則有205億美元。MEMS的下一波趨勢將會是工業4.0 (46億美元)、醫療保健(23億美元)和語音處理(14億美元)。

MEMS進化

回顧在1980和1990年代初期的MEMS,Mounier指出,當時的MEMS完全與檢測機械運動、壓力或衝擊的基本感測器脫離不了關係。他說:「但那些感測器並不是很精確」。

進入21世紀,用於MEMS的電子和材料改善後,讓感測器足夠精確以測量物體。Mounier說,MEMS已可使用旋轉感測和可見光管理(DLP)。而在2000-2010年中期,聲音和紅外線(IR)波長也被加進MEMS技術中。

簡言之,MEMS從實體感測器轉向光管理(如微鏡)、然後是紅外線感測(微輻射熱測量計)。麥克風以及語音,也助長了MEMS的發展。

MEMS革命帶來了第一款超越人類感官的感測器。據Mounier說,如今,MEMS和感測器的發展以其於「超音波、遙感超譜(hyperspectral)、RF和其它方面的感測能力,已經遠遠超人類的能力。」

MEMS中最熱門的趨勢是感測器融合。透過將多個感測器整合至一個封裝中,MEMS可以擷取「全方位環境感知」,Mounier解釋說。

別忘了,隨著感測器整合在一起,用戶期望多感測器套件的軟體結合感官資料,還能夠產生更高度度的智慧。下一個里程碑可說是感測器和人工智慧(AI)的「伏爾甘」(Vulcan,羅馬神話中的火與工匠之神,其司掌的熔爐被視為神奇的源泉)心靈融合能力。

儘管感測器融合技術在汽車和智慧型手機中的應用已非常流行,但該產業針對應該在哪裡進行融合仍然存在分歧。一些公司開始在更接近感測器的位置處理資料。其他人則主張後端的資料融合。Mounier坦承,業界對此的爭辯不曾稍歇。

成長最快的感測器?

現在,按照元件類別來解析感測器營收,2017年CMOS成像營收高達134億美元,位居排行榜第一,其次是RF、雷達和指紋感測器。

但是,如果你問2023年成長最快的感測器,那麼,3D最受青睞。針對光達(LiDAR)的高需求,Mounier看好3D感測器的CAGR將會達到40%。

MEMS風雲榜

MEMS產品多樣化,並受到各細分市場的驅動。其結果是,MEMS供應商的贏家和輸家往往是風水輪流轉。

目前,博通的MEMS業務展現最強勁的成長幅度,這可歸功於RF MEMS市場成長。

博世在市場上排名第二,依然是最穩健的MEMS業者之一。據Mounier觀察,由於博世涵蓋兩種差異化的MEMS市場領域(消費者和汽車),為避免損失而兩方下注,使得博世在確保穩定成長方面「相當成功」。

相反地,意法半導體的MEMS業務則「面臨挑戰」,Mounier說,這主要是因為蘋果(Apple)是意法半導體的唯一大客戶。同時,意法半導體一直難以在汽車和工業MEMS市場有所斬獲。

樓氏電子(Knowles Electronics)的MEMS營收表現持平,主要原因是MEMS麥克風市場競爭加劇。(Knowles Electronics)

德州儀器(Texas Instruments;TI)也一直在苦苦掙扎,因為微鏡是其唯一的MEMS產品。Mounier說,TI的成功取決於光達。如果微鏡可以成功地用於光達,TI的MEMS業務將發生重大改觀。

MEMS代工廠有誰?

2017年,受惠於惠普(HP)的噴墨列印業務,意法半導體仍能執MEMS代工廠的牛耳。

Eric Mounier
Eric Mounier

當問及代工市場的顯著變化時,Mounier列舉了若干驚喜。他提到加拿大公司Teledyne DALSA的強勁成長。Teledyne DALSA在一年內將銷售額提高了1,000萬美元,在2017年達到了6,000萬美元。這家加拿大公司稱自己是「世界上最重要的純粹MEMS代工廠之一」,擁有跨多種元件類型生產的能力。其產品包括用於電信的微鏡、用於遊戲控制器的陀螺儀感測器、用於微型醫療系統的微流體元件,以及用於汽車的壓力感測器和慣性感測器、用於智慧手機的麥克風等。

瑞典公司Silex Microsystems則是另一家發展迅速的純粹MEMS代工廠。該公司將代工業務從2016年的4,100萬美元擴大至2017年的5,000萬美元。

然而,對於Mounier而言,最令人意外的是位於荷蘭埃因霍芬(Eindhoven)的飛利浦創新服務公司(Philips Innovation Services)。脫胎於飛利浦研發(Philips R&D)而獨立後,該公司似乎吸引了許多不願透露名稱的客戶。Philips Innovation Services致力於設計、開發和提供客製MEMS元件和組裝微型元件。其MEMS代工廠號稱有140名專家,這家荷蘭公司提供「MEMS原型、MEMS製程開發和MEMS製造」。

MEMS的未來

發明新型MEMS技術並嘗試不同材料的新創公司,正積極推動MEMS朝向多樣化的未來進展。

USound是一家熱門的MEMS新創公司,它「進展十分迅速,將在2019年推出MEMS微型揚聲器」。而壓電麥克風公司Vesper,最近則從包括亞馬遜(Amazon)在內的投資方籌集了2,300萬美元。Mounier說,隨著汽車產業對於光達的持續需求,RoboSense和Innoviz等光達公司也引起了諸多關注。Chirp Microsystems (主打3D感測技術)則在今年早些時候被TDK收入麾下。他還談到了「為生物相容性醫療裝置製造鈦MEMS」的法國初創公司——Mistic。

值得關注的MEMS新創公司

在Yole協助下,《EE Times》整理了17家值得關注的MEMS新創公司。Mounier並提醒說,這份清單並非詳盡無遺,但讓我們一窺MEMS發展走向的脈絡。

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全球17家最值得關注的MEMS新創公司(製表:《電子工程專輯》)

(參考原文:One Big Hot MEMS Vendor & 17 Little Ones,by Junko Yoshida)