MEMS麥克風穩定成長 關鍵技術合縱連橫扮推手
- 上線日期：2008/10/20 上午 12:00:00
- 資料來源：DIGITIMES電子時報
微機電(MEMS)應用範圍非常廣，只要用的上機械裝置的小型電子化設備，都有MEMS元件可涉足的領域，不過，在消費性電子與通訊產品快速成長下，2個領域都需要的MEMS麥克風，自然成為發展力道快速的元件，不過，MEMS麥克風要能穩定持續發展，整合產業中的關鍵技術，成為重要的決勝因素…
MEMS即微機電系統(Micro Electro-Mechanical System)相關領域中，麥克風是相當被看好的1項，數字會說話，例如，據研究機構Yole Development評估，MEMS麥克風2006年到2011的年複合成長率(CAGR)達到43%；再以實際銷售量觀察，2008年麥克風元件全球出貨量為33億顆，其中MEMS麥克風佔6.4億顆，滲透率19%，預計2011年將達39%滲透率。
MEMS主要是其應用領域正好跨足幾個熱門的IT與CE產業，包括行動通訊的手機、IT產業的筆記型電腦、車用電子的免持聽筒，甚至醫療產業的助聽器，都有MEMS麥克風蹤跡，原本就是順水推舟的發展態勢，加上前述幾個產業發展快速，對MEMES麥克風需求自然激增。
MEMS麥克風較傳統的ECM麥克風更複雜，成本也較為昂貴，因此並不是因為價位取勝，MEMS麥克風有幾項關鍵優勢，例如，因為是電子化元件，可大量、有效率地生產，並容易與其它功效的微電路整合，實現數位化相當容易，製程上能承受回流焊接，產品的品質較一致且穩定性高。最大的優勢為體積小，適合用在短小輕薄的IT/CE應用中。
擴大MEMS麥克風技術優勢 微縮化為主要障礙門檻
MEMS麥克風的技術發展中，最關鍵就是，如何在愈來愈小的體積中，加入更強、更完整的功能，而且，最後的元件產品還能夠通過高度量產與成本合理控制…等關卡，當然在這樣層層門檻情況下，進入這個領域已經有一定程度的困難，加上專利等法律層面議題，更讓想進入的廠商有更多門檻必須跨過，因此，雖然投入生產MEMS麥克風的廠商超過20家，但元件市場仍處於寡占現象，樓氏電子(Knowles Acoustics)占有市場超過7成。
分析樓氏電子的技術布局，其擁有先投入市場的研發優勢，12年前就投入MEMS麥克風研發，2002年推出首個MEMS麥克風，2003年就獲得手機採用，除研發能持續領先，也因此建立完整的專利布局，雖然目前為擴大MEMS麥克風的市場，各廠商間開始交叉開放授權，但主要專利權仍掌握在樓氏。
此外，MEMS麥克風與半導體都可採用互補金屬氧化半導體(CMOS)製程達成整合性高、降低產品尺寸與減少成本需求，樓氏的作法是利用SiP整合方式，結合MEMS與ASIC，當然也有SoC化的作法，但是樓氏認為，MEMS麥克風下游產品橫跨太多領域，SiP作法可以彈性選擇不同MEMS晶片與ASIC晶片排列組合。
目前樓氏MEMS麥克風研發已經進入第3代，體積比2003年進入手機產品的第1代，縮小75%，聲音品質愈來愈進步，最少領先同等級ECM達10dB以上。此外，技術特性也有進步，例如，MEMS麥克風放入手機中，最頭痛的RF干擾問題，就有不少針對性的解決方案，經過改良後，進步幅度達14dB，如果以實際產品論，就算把MEMS麥克風設計在距離RF天線1cm內，也不會干擾MEMS麥克風。
配合MEMS麥克風急速發展 測試技術亦更為精密
MEMS麥克風為符合前述全方位需求，必須具備更低功耗、更強耐熱、抗震和防射頻干擾…等性能，還必須簡化麥克風生產流程、降低生產製造成本，除原廠技術外，協力廠商技術能力也愈來愈被重視。特別是MEMS麥克風體積持續微縮，每變化1次，其實對系統的設計亦產生全新挑戰，尤其是如何妥善進行機構與電聲最佳化規劃，除符合國際性標準要求，並得到差異化優質收訊效果，也是MEMS麥克風能在產品上最佳化不可或缺的關鍵因素。
擁有10多年電聲技術經驗的易祿達科技建議，整個MEMS麥克風置入裝置最佳化流程，通常由選擇電聲元件著手，注意點有Frequency Response、Sensitivity and Loudness Ratings、Board Mounting Method、Physical Dimensions、Speaker Impedance…等，其後是聲腔(Acoustic Cavity)設計、Transducer結構、Casework Design，在大體設計完成後，必須符合國際標準，如IEC-60268-4。
MEMS麥克風電聲量測項目、測試要領與校正因素，如頻率響應、靈敏度、輸出阻抗、方向性、音質也是重點，畢竟通過測試才算有基本的性能，更能進一步向上提升。
最後的測試項目，隨著MEMS麥克風需求漸增，目前也有許多專業廠商與測試儀器投入這個新領域，例如美商國家儀器指出，測試1個智慧手機，光是MEMS麥克風部分，就需要許多儀器，耗費許多時間，因此提出虛擬儀控的概念，利用PXI儀器機箱甚至PC，搭配模組化的檢測儀甚至PC介面卡，再配合軟體，即可測試，優點是省去透過GPIB與儀器傳輸資料的時間、且同時量測多個測試點 減少切換時間，有降低儀器投資成本與加速產品開發流程…等優點。
此外，由於測試流程愈來愈大，也有不少專業的測試廠商投入，因為建立完整測試儀器與技術人員都不是一朝一夕可以達成，而且一旦MEMS麥克風變化，如成為數位MEMS麥克風，則又要添購測試設備，委託專業測試廠商也是相關業者建構產線的新趨勢。
數位MEMS麥克風測試設備規劃上，有幾個重點，如Multi-samples testing能力，降低測試成本與時間；測試系統簡化，如排除D/A轉換板造成的誤差，更必須能測試未來的變動性與擴充性，如未來模組整合Codec IC直接輸出USB音源快速應用各種聲音濾波與分析運算…等，設計挑戰相當大。
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