创新技术成果亮眼MEMS应用版图快速扩张

除加速度计、陀螺仪等热门的动作感测器外，MEMS元件开发商已开始将触角延伸至其他领域，追求下一波成长高峰。以WiSpry为例，即是看好多频多模射频的市场趋势，而投入创新MEMS元件的业者之一。  

借力RF MEMS技术实现软体定义无线电 

随着手机朝多模多频发展，也为天线和RF射频前端带来更复杂的设计挑战。WiSpry是成立于2002年的无晶圆RF业者，主要是透过整合RF CMOS与RF-MEMS技术开发一系列的可调谐(Tunable)RF解决方案，以达到软体定义无线电(SDR)的目标。  

WiSpry总裁暨创办人Jeffery Hilbert以苹果iPhone 4上市时，因收讯不佳发生的「天线门」事件为例解释，如果采用可调谐RF设计，就能够透过软体动态调整最适当的RF阻抗匹配，避免硬体式的固定设计架构因不能配合使用环境，而无法达到理想收讯结果的情况发生。  

WiSpry的产品主要锁定在400MHz到10GHz频率范围运作的多频多模无线应用。它的RF-MEMS电路是采用标准CMOS制程，因此，理论上能在单一矽晶片上，将可调谐匹配前端和过滤器、天线匹配、可配置功率放大器等RF元件整合在一起，再透过软体动态调谐的方式，来达到该公司提出的「单一无线、全球覆盖(One World, One Radio)」愿景。  

Hilbert表示，全球智慧型手机销售量到2020年，可望成长到二十八亿支，对RF前端产品来说，将带来庞大的商机。但是，目前RF前端的设计架构，虽然已从传统的分离式元件建置，朝整合性架构发展，但仍无法克服日趋复杂的设计问题，而且常常必须妥协于RF效能。  

WiSpry已出货的电容式阵列产品，是在8吋晶圆上，以0.18微米制程制造MEMS结构，这是一个包含CMOS电路、MEMS的单晶片方案，可供多种可调谐RF产品之用(图1)。  

目前，电容阵列的软体演算法是内建在基频处理器中，因此需要与主要的基频处理器业者合作，未来计画以单独的电路执行运算。  

Hilbert指出，采用可调谐RF前端，可大幅简化3G/4G手机设计，且以标准CMOS制程生产，不仅体积小，也更具有成本效益。同时，由于能动态调整，提升接收器灵敏度，有助于改善手机的资料传输率、通话品质和电池寿命。  

现在，MEMS在智慧型手机上的应用已越来越广泛，总计各种MEMS元件会占手机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已经就绪的产品有可调谐数位电容阵列、阻抗匹配、过滤器，未来还将陆续开发天线、功率放大器、双工器，预计到2014年，便可推出完整的可调谐RF前端。  

经过多年努力，WiSpry自2007年首度推出产品以来，终于在2011年获得一线手机业者的采用，并已于去年10月起开始大量出货。Hilbert表示，随着4G应用的兴起，今年已取得多家设计订单，对公司未来的业务成长深具信心。  

[!--empirenews.page--]力图超越石英技术SiTime强推MEMS时序 

SiTime另一家开发创新MEMS元件的业者，于2005年从Bosch独立出来，该公司试图以其独特的矽晶MEMS和类比技术改变传统以石英材料为主的时序市场。  

SiTime执行长Rajesh Vashist表示，时序元件是所有电子产品不可或缺的重要元件，一台手机大概会用到二到四个时序元件、笔记型电脑会需要四到十个；近来兴起的汽车电子市场，整辆车中更会用到十五至三十五个。  

据了解，包括共振器、振荡器和时脉产生器，整个时序市场加起来约有60亿美元的规模。而SiTime将以矽晶MEMS技术，推动这个市场的转变。  

Vashist解释，SiTime的时序元件包含两个主要部分，分别是采用矽晶MEMS结构的共振器，以及类比电路。透过整合MEMS和CMO??S制程技术，使得以矽晶材料作为振荡器的概念能够实现。  

SiTime的晶圆代工伙伴，分别是负责CMOS制程的台积电和MEMS制程的Tower-Jazz。Vashist强调，一片8吋矽晶圆，采用0.18微米制程，就可生产出高达七万颗的矽晶振荡器，在成本、尺寸、效能上都更有优势。  

目前，SiTime的MEMS振荡器已广泛用在多项主流产品，包括数位相机、电子书、家用电话、路由器、和智慧电表等。SiTime的营收就市场别来看，网通占14%、消费电子40%、运算/储存21%，工业21%。  

同时，SiTime在今年四月宣布，其MEMS振荡器、时脉产生器、共振器等元件的累积出货量已达到一亿颗，目前已有超过八百家业者，在一百多种应用中采用SiTime的矽晶MEMS时序解决方案。而且，自2006年以来，公司每年的出货量都有一倍的成长。这三项产品SiTime均可提供，但以振荡器为主，占营收的八成。Vashist表示，5年前该公司才推出新产品，从零开始，但现在已跻身前十大振荡器供应商。  

5年来，SiTime持续开发新元件，让产品组合日趋丰富，目前已有四十款产品，以及超过十万种的型号。Vashist指出，与2007年的产品相比，SiTime元件的抖动效能已提升三百倍、稳定度提升二百五十倍，可达到比石英更佳的可靠度。因此，MEMS-based振荡器出货量一定会超过传统石英振荡器，只是时间早晚罢了！