2014年全球手機(jī)出貨數(shù)量已經(jīng)超過十一億支。智能型手機(jī)是目前最便利的上網(wǎng)工具，同時(shí)也是數(shù)量最多、使用者黏著度最高的消費(fèi)性電子隨身裝置；由于其同時(shí)具備感測(cè)、連網(wǎng)及運(yùn)算儲(chǔ)存等最佳條件，只要用一支手機(jī)就能夠取得世界上所有資訊，因此被公認(rèn)為是開啟物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的最佳核心終端裝置。

蘋果(Apple)公司于2007年首度將微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)加速度計(jì)應(yīng)用在iPhone中，開啟手機(jī)產(chǎn)業(yè)的感測(cè)器革命。而MEMS感測(cè)器在手機(jī)應(yīng)用的數(shù)量規(guī)模以及多樣性，也仍不斷在快速成長(zhǎng)當(dāng)中。

單就Apple公司為例，截至目前為止已擁有超過三百五十篇以上與感測(cè)器相關(guān)的發(fā)明專利，而申請(qǐng)內(nèi)容包括觸控、影像、運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)感測(cè)、資料運(yùn)算、掉落感知及亮度感知等等，可見其積極布局智能感測(cè)器未來市場(chǎng)的野心。

目前有許多的行動(dòng)裝置如手機(jī)、筆記型電腦、數(shù)位相機(jī)等，皆已廣泛采用MEMS元件于系統(tǒng)中，以獲得更良好的操控性能和創(chuàng)新功能。而隨著MEMS技術(shù)應(yīng)用風(fēng)潮的快速崛起，也使得輕薄及微小化變成目前消費(fèi)性電子產(chǎn)品全面追求的時(shí)尚新趨勢(shì)。

憑藉半導(dǎo)體晶圓制程的成熟優(yōu)勢(shì)，MEMS感測(cè)元件具有靈敏度高、性能均一、成本便宜、可批次生產(chǎn)等特點(diǎn)，不僅適合普及應(yīng)用在數(shù)量龐大的消費(fèi)性電子產(chǎn)業(yè)，未來也必然將成為物聯(lián)網(wǎng)感測(cè)應(yīng)用市場(chǎng)上的營(yíng)收亮點(diǎn)。根據(jù)ICInsights預(yù)估，至2018年MEMS感測(cè)器的總出貨量可望達(dá)九十三億顆，而產(chǎn)值將達(dá)到122億美元。

若是以物聯(lián)網(wǎng)感測(cè)器應(yīng)用需求爆發(fā)的時(shí)間點(diǎn)來區(qū)分，首波熱潮絕對(duì)仍會(huì)是行動(dòng)裝置與智能穿戴產(chǎn)品，其次為車輛物聯(lián)網(wǎng)，之后才會(huì)真正進(jìn)入到需求廣泛且種類多樣化的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIOT)

此處所謂的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，范圍包含傳統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用，例如醫(yī)療、導(dǎo)航、軍事、航空、地震勘探及制程控制等，以及業(yè)界目前正在定義中、利用MEMS感測(cè)元件技術(shù)的新型態(tài)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，此新興應(yīng)用包括資產(chǎn)追蹤系統(tǒng)、智能電網(wǎng)或智能建筑自動(dòng)化等。

根據(jù)IHS機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，在2018年時(shí)，全球MEMS在消費(fèi)性電子產(chǎn)品與行動(dòng)裝置的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到57億美元，比起在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用市場(chǎng)營(yíng)收約3.34億美元高很多。而在這些工業(yè)應(yīng)用中，建筑物自動(dòng)化包括由智能電表、智能家庭(SmartHome)、智能城市(SmartCity)等，將會(huì)是最主要的營(yíng)收來源。

預(yù)期未來10年內(nèi)MEMS在物聯(lián)網(wǎng)的最大商機(jī)及技術(shù)挑戰(zhàn)，仍會(huì)是在行動(dòng)裝置與智能穿戴產(chǎn)品的相關(guān)應(yīng)用。圖1是應(yīng)用在消費(fèi)性電子產(chǎn)品與穿戴裝置的熱門感測(cè)元件及其商品上市時(shí)程。

穿戴裝置成為MEMS感測(cè)器新興應(yīng)用商機(jī)

智能穿戴裝置是目前最熱門的新興產(chǎn)品，其所使用的感測(cè)元件，大多仍與智能手機(jī)者相同。主要是相較于手機(jī)應(yīng)用，穿戴裝置所使用的感測(cè)器無論在尺寸、耗電量、感測(cè)靈敏度或是元件可靠度上，通常皆須面對(duì)更嚴(yán)苛的要求。

目前已處于市場(chǎng)百家爭(zhēng)鳴的智能手表，即使結(jié)構(gòu)上所允許的設(shè)計(jì)空間及電池容量皆遠(yuǎn)小于手機(jī)，但使用者卻對(duì)聲控、動(dòng)作感知、或是續(xù)航力等產(chǎn)品性能，有與手機(jī)相同的期待。

因此，大多數(shù)感測(cè)器皆須先經(jīng)過應(yīng)用在智能手機(jī)上商品化成功后，才會(huì)轉(zhuǎn)移到穿戴裝置來使用。其最成功的元件案例是慣性感測(cè)器與MEMS麥克風(fēng)，包括Google、Apple、微軟(Microsoft)、摩托羅拉(Motorola)等多家知名大廠，皆已將此兩元件整合在自家的穿戴裝置產(chǎn)品內(nèi)，成為其感測(cè)器標(biāo)準(zhǔn)配備。

根據(jù)觀察，智能穿戴裝置在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用最具商機(jī)潛力的兩大功能項(xiàng)目在于量化生活(QuantifiedSelf)及隨身環(huán)境安全監(jiān)測(cè)。所謂量化生活是指將個(gè)人每日生活中的輸入(例如飲食內(nèi)容、走路步數(shù)、環(huán)境空氣品質(zhì)等)、狀態(tài)(例如心情、膚導(dǎo)、心率、血氧飽和度等)及表現(xiàn)(包括心理及生理面向)等參數(shù)變化，結(jié)合科學(xué)技術(shù)來進(jìn)行資料擷取記錄的一種活動(dòng)。

其目的是藉由分析具體化的自我量測(cè)數(shù)據(jù)，來有效評(píng)估改善個(gè)人生活品質(zhì)。例如藉由智能穿戴裝置平日持續(xù)的生理資訊監(jiān)測(cè)和記錄，未來醫(yī)療診斷將不僅依據(jù)患者的局部病征作判別，而會(huì)從飲食習(xí)慣與生活型態(tài)等根本原因一并考量，邁向整合式預(yù)防醫(yī)療的服務(wù)模式。

滿足穿戴裝置物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的常見感測(cè)功能如表1，大致可包括活動(dòng)感知、影像感測(cè)、環(huán)境感測(cè)及生理感測(cè)四大類別。MEMS元件在穿戴裝置上的應(yīng)用訴求，是使系統(tǒng)達(dá)到微小化、低功耗、高性能及多功能整合等目的；而其最關(guān)鍵的兩大功能需求則在于感測(cè)與無線通訊。

如表2所示，最有機(jī)會(huì)廣泛應(yīng)用于穿戴行動(dòng)裝置的MEMS元件包括動(dòng)作感知、聲控辨識(shí)、無線通訊及環(huán)境偵測(cè)四大類別。在無線通訊方面，智能穿戴裝置通常需要尺寸微小、并且功耗超低的無線前端模組，來?yè)?dān)負(fù)穿戴裝置系統(tǒng)長(zhǎng)期連網(wǎng)與資料傳輸?shù)裙ぷ鳌?/p>

為使無線系統(tǒng)尺寸縮小，除將內(nèi)部射頻(RF)元件縮小之外，也須設(shè)法同時(shí)提高該元件的Q值(品質(zhì)系數(shù))，如此才能降低環(huán)境雜訊的干擾影響，提供符合需求的無線訊號(hào)傳輸品質(zhì)。

在MEMS感測(cè)器的應(yīng)用方面，目前市場(chǎng)規(guī)模最大者仍是慣性感測(cè)器及MEMS麥克風(fēng)；而近期包括高度計(jì)與氣體感測(cè)器兩大元件，預(yù)期應(yīng)用需求將會(huì)大幅成長(zhǎng)。而未來最具市場(chǎng)爆發(fā)潛力的MEMS元件，將可能會(huì)是紅外線影像感測(cè)器。

愈來愈多的穿戴裝置利用復(fù)合式慣性感測(cè)器來達(dá)到健身監(jiān)測(cè)功能，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能節(jié)能與姿態(tài)控制等目的。全球復(fù)合式慣性感測(cè)元件在消費(fèi)性電子及行動(dòng)裝置應(yīng)用市場(chǎng)之營(yíng)收，預(yù)估將由2013年約4.43億美元成長(zhǎng)至2017年超越10億美元規(guī)模。

復(fù)合式多軸慣性感測(cè)器受到廣泛接受的最大原因，主要是在于他的應(yīng)用便利性。

系統(tǒng)商可買進(jìn)一顆復(fù)合式慣性感測(cè)器取代原本的二至三顆慣性元件，并且也可同時(shí)由供應(yīng)商取得該感測(cè)器最佳的感測(cè)融合解決方案。

市調(diào)機(jī)構(gòu)研究顯示，下一階段合理的市場(chǎng)演進(jìn)，將會(huì)是見到越來越多的六軸或九軸復(fù)合式慣性感測(cè)器應(yīng)用在智能穿戴裝置內(nèi)。

麥克風(fēng)是目前MEMS產(chǎn)業(yè)中成長(zhǎng)速度最快的元件，其在消費(fèi)性電子產(chǎn)品的需求數(shù)量正在持續(xù)增加當(dāng)中；例如在智能型手機(jī)內(nèi)的應(yīng)用，MEMS麥克風(fēng)數(shù)量正從原本只需要一個(gè)，發(fā)展到甚至多達(dá)五顆，以便有助于消除雜訊和改善音質(zhì)。

根據(jù)Yole市場(chǎng)研究報(bào)告，2013年全球MEMS麥克風(fēng)市場(chǎng)產(chǎn)值達(dá)到7.85億美元，預(yù)估其在未來幾年內(nèi)仍將持續(xù)以13%的CAGR快速成長(zhǎng)，并在2019年達(dá)到約16.5億美元的市場(chǎng)規(guī)模。而全球的出貨量也將在2019年時(shí)達(dá)到六十六億顆，相較于2013年的出貨量二十四億顆將有更大幅度成長(zhǎng)。

在穿戴行動(dòng)裝置例如Google眼鏡或是智能手表的應(yīng)用上，欲實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間最自然的互動(dòng)及操控，采用“語音”方式絕對(duì)是最佳選項(xiàng)。而對(duì)于聲控及高品質(zhì)收音等應(yīng)用，MEMS麥克風(fēng)則是不可或缺的關(guān)鍵元件。

預(yù)期MEMS麥克風(fēng)技術(shù)將朝向“高訊噪比”、“超寬頻率響應(yīng)”與“高靈敏度”三大技術(shù)方向發(fā)展，以充分滿足未來穿戴行動(dòng)裝置高品質(zhì)的語音及辨識(shí)應(yīng)用需求。然而，如何在產(chǎn)品的專利布局與成本良率上取得優(yōu)勢(shì)，仍是競(jìng)爭(zhēng)廠商是否能在未來市場(chǎng)上獲取龐大商機(jī)的決勝關(guān)鍵。

壓力/氣體/UVMEMS應(yīng)用如影隨形

高度計(jì)(Barometer)是一種絕對(duì)式壓力感測(cè)器，而壓力感測(cè)器的發(fā)展源自于70年代，其早已是MEMS領(lǐng)域中十分成熟的產(chǎn)品技術(shù)。隨著室內(nèi)地圖資訊日趨完整，若加入其高度偵測(cè)功能，將可實(shí)現(xiàn)完整的行人導(dǎo)航規(guī)畫，幫步行使用者擬定出包括穿越地下道、百貨商場(chǎng)、一般馬路、或天橋等的最快路線。

另外，藉由結(jié)合云端網(wǎng)路，也可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)所謂的定位資訊服務(wù)(LocationBasedService,LBS)，提供使用者例如現(xiàn)地導(dǎo)覽介紹，或是周邊商店搜尋等適地性即時(shí)協(xié)助。因此，其未來在穿戴行動(dòng)裝置例如智能眼鏡或智能手表的室內(nèi)定位導(dǎo)航功能上，必然也有極大的應(yīng)用發(fā)展?jié)摿Α?/p>

氣體感測(cè)器使用在穿戴行動(dòng)裝置上，可隨時(shí)偵測(cè)周遭環(huán)境有害氣體，例如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)或是瓦斯(Gas)等濃度，或是個(gè)人呼氣時(shí)的疾病代謝氣體如一氧化氮(NO)、氨氣(NH3)等，及時(shí)提供使用者在安全和健康方面的生活照護(hù)提醒。

其若同時(shí)結(jié)合濕度、壓力、紫外線(UV)或溫度等感測(cè)功能，則可組成所謂的環(huán)境感測(cè)器。目前消費(fèi)電子產(chǎn)品中仍較少采用環(huán)境感測(cè)器。然而，2015年將是環(huán)境感測(cè)器起飛的一年，包括博世(Bosch)、Figaro、Sensirion及Cambridge等知名公司，皆已陸續(xù)推出自家的氣體感測(cè)器產(chǎn)品。

根據(jù)IHS預(yù)測(cè)，氣體感測(cè)器將在2015年正式進(jìn)軍行動(dòng)裝置市場(chǎng)。中國(guó)手機(jī)制造商將率先采用環(huán)境感測(cè)器來隨身監(jiān)測(cè)空氣品質(zhì)，而預(yù)期三星(Samsung)在2016年準(zhǔn)備上市的Note6手機(jī)，也將在產(chǎn)品內(nèi)采用MEMS氣體感測(cè)器。

紅外線感測(cè)器主要是偵測(cè)外界物體的溫度變化，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，包括行車夜視輔助、工業(yè)安全監(jiān)測(cè)、氣體成分分析、夜間保全監(jiān)視、醫(yī)療影像檢測(cè)等。近幾年來隨著紅外線影像感測(cè)器的影像品質(zhì)與解析度日益提升、制程技術(shù)愈趨成熟、并且元件價(jià)格逐漸下降，使得紅外線熱影像的應(yīng)用變得越來越普及。

2014年年初時(shí)FLIR公司推出一款具有高靈敏度紅外線影像感測(cè)功能的手機(jī)殼配件FLIRONE，可供個(gè)人隨時(shí)檢知包括體溫、食物或周遭環(huán)境等溫度影像，作為生活中便利的隨身輔助工具。

2014年9月SEEK公司也推出可以USB連接的微型紅外線影像感測(cè)模組。預(yù)期在不久之后，紅外線影像感測(cè)器將很有機(jī)會(huì)變成行動(dòng)裝置及智能穿戴裝置的標(biāo)準(zhǔn)配備，并在行車夜視、智能家電和智能型機(jī)器人視覺等多項(xiàng)物聯(lián)網(wǎng)新興應(yīng)用中，成為不可或缺的重要MEMS元件。

事實(shí)上，智能穿戴裝置的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展超過20年。而近年來隨著MEMS在智能型手機(jī)與平板裝置的應(yīng)用技術(shù)邁入成熟期，才使得穿戴裝置商品化之技術(shù)門檻大幅降低。

根據(jù)ICInsights預(yù)估，在2013年至2018年間，MEMS產(chǎn)品市場(chǎng)的年復(fù)合成長(zhǎng)率將達(dá)11.7%；到2018年時(shí)，MEMS年銷售額將達(dá)到122億美元。而全球穿戴裝置的感測(cè)器市場(chǎng)出貨數(shù)量規(guī)模，也將從2013年的6700萬個(gè)，大幅成長(zhǎng)到2019年的4.66億個(gè)，6年間將成長(zhǎng)接近7倍。

便宜感測(cè)終端實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)基礎(chǔ)

推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的兩大關(guān)鍵，在于便宜的感測(cè)器及足夠多的網(wǎng)路位址。正在崛起的物聯(lián)網(wǎng)堪稱歷史上首見的智能基礎(chǔ)建設(shè)革命，想要連結(jié)全世界所有的物件或裝置，形成一個(gè)由通訊、能源、物流、醫(yī)療、保全等網(wǎng)路共同組成的巨型智能網(wǎng)路，滿足其巨量資料高速傳輸?shù)脑O(shè)施、以及伴隨隨而來的網(wǎng)路位址數(shù)量需求大到令人難以想像。

根據(jù)IDC預(yù)測(cè)到2020年時(shí)全世界連網(wǎng)裝置將超過兩千一百二十億個(gè)，而所需要的感測(cè)器在2030年預(yù)估更將高達(dá)一百兆個(gè)以上。目前使用中的網(wǎng)路協(xié)定IPv4，可提供四十三億個(gè)獨(dú)立網(wǎng)路位址，而全球連接到網(wǎng)路的人口已高達(dá)20億以上，因此網(wǎng)路位址不足對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展形成很大的障礙。

不過，此問題近期已獲得解決，國(guó)際組織網(wǎng)際網(wǎng)路工程小組(IETF)已開發(fā)出下一代的網(wǎng)路協(xié)定IPv6。IPv6使用128個(gè)位元加以定址網(wǎng)際網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)，定址空間高達(dá)2的128次方(32bits擴(kuò)充為128bits)，預(yù)估地球上的每個(gè)人可分到一百萬個(gè)IP位址，所以未來從眼鏡、手表、手機(jī)、家電、汽車、甚至到建物設(shè)施或工廠設(shè)備等任何物件，都將會(huì)有一個(gè)獨(dú)一無二的IP位址，可透過網(wǎng)路取得更新資訊或進(jìn)行遠(yuǎn)端遙控等。其足夠容納未來10年內(nèi)預(yù)估將連接到網(wǎng)路的兩兆個(gè)裝置。

不僅只有物聯(lián)網(wǎng)，所有需要互動(dòng)與智能判斷功能的物件都需要大量的感測(cè)器。例如近期較新出產(chǎn)的高階車輛，都已搭載一百個(gè)以上的感測(cè)器、包括慣性感測(cè)器、壓力感測(cè)器、溫度感測(cè)器、和位置感測(cè)器等，以高度電子化的控制來達(dá)到最佳操控性能，并增進(jìn)駕駛者的安全便利以及舒適性。

最近更有消息指出，大量的MEMS麥克風(fēng)和氣體感測(cè)器也即將跨足智能汽車應(yīng)用，來大幅提升鴐駛座艙的環(huán)境品質(zhì)。全球車用MEMS感測(cè)器市場(chǎng)在2013年為26億美元，預(yù)估到2020年將可達(dá)到47億美元。

隨著感測(cè)器的需求數(shù)量呈現(xiàn)爆發(fā)性成長(zhǎng)、并且種類邁向多樣化，供應(yīng)鏈廠商伴隨而來的挑戰(zhàn)將會(huì)是如何讓這些新元件可以更快速且成本更低的條件下進(jìn)行量產(chǎn)，以確保產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

在1995年物聯(lián)網(wǎng)概念剛提出那幾年，其發(fā)展并不順利，甚至呈現(xiàn)逐漸萎縮的情形，一大部分原因即是由于內(nèi)建在各種物件內(nèi)的感測(cè)器成本仍過高。多家國(guó)際研究機(jī)構(gòu)都已提出對(duì)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的預(yù)測(cè)，其大部分皆認(rèn)為2020年整體聯(lián)網(wǎng)裝置將上看百億部，但要支援?dāng)?shù)量如此龐大的裝置互連情境，任何感測(cè)節(jié)點(diǎn)成本則須低于1美元，如此才能加速布建完整物聯(lián)網(wǎng)路。

感測(cè)器由于已成功應(yīng)用在智能手機(jī)中，歷經(jīng)嚴(yán)苛的商品化技術(shù)挑戰(zhàn)，其感測(cè)器價(jià)格已在過去10年從平均1.30美元降至0.6美元。因此，欲連同運(yùn)算處理器及無線傳輸模組封裝后將成本壓低至1美元以下，已非遙不可及的目標(biāo)。然而，如何使感測(cè)器制造價(jià)格更加低廉，仍將是各家MEMS大廠在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)中的產(chǎn)品致勝關(guān)鍵。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的感測(cè)元件在成本與性能上皆須面對(duì)極嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。產(chǎn)業(yè)分析專家指出，以前MEMS的客戶都習(xí)慣先開發(fā)出自己的產(chǎn)品制程，再要求代工廠照著流程復(fù)制及改善，但現(xiàn)在愈來愈多客戶傾向于直接利用代工廠已妥善建立的制程標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)去設(shè)計(jì)開發(fā)產(chǎn)品。

如此不僅制程相對(duì)穩(wěn)定、價(jià)格較便宜，并可大幅縮短產(chǎn)品上市時(shí)程。另外，為節(jié)省感測(cè)器的封裝成本、并縮小尺寸，越來越多MEMS感測(cè)元件也都朝向大量采用新興的制程技術(shù)，例如以晶圓結(jié)合或是體深蝕刻等作法形成其結(jié)構(gòu)。

為因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)在不同應(yīng)用領(lǐng)域的多樣化感測(cè)功能需求、并大幅降低感測(cè)節(jié)點(diǎn)數(shù)量，采用通用型芯片整合設(shè)計(jì)概念亦是未來重要的發(fā)展趨勢(shì)；已開始有廠商考慮將可使用相同制程平臺(tái)制作的數(shù)種感測(cè)器，直接設(shè)計(jì)整合在同一顆芯片上，之后再依客戶使用需求以軟體來觸發(fā)所需感測(cè)功能。

為能大幅降低感測(cè)器成本，近期MEMS在新技術(shù)開發(fā)上也已開始朝便宜作法發(fā)展，例如以印刷方式、或是以紙作為基底來制作元件。預(yù)期未來進(jìn)軍物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的MEMS感測(cè)器，其無論在材料、制程、設(shè)計(jì)、甚至制造流程等技術(shù)上，皆將面臨重大改變與競(jìng)爭(zhēng)考驗(yàn)。