一、前言

微機電系統(Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS)可作為感測器或致動器(actuator)使用，具備體積小、低功耗、靈敏度與可靠性高等優勢，目前已成為日常生活中各式產品不可或缺的重要零組件，應用範疇含蓋消費性電子醫療、健康、國防、電信、工業等重要產業領域。例如：慣性感測器、壓力感測器等能應用於智慧手錶等穿戴式裝置上，進行個人生理參數監測，或可應用於產線上，監測生產製造流程，以確保產品品質；MEMS麥克風與光學MEMS(Optical MEMS)則能應用於AR/VR眼鏡與真無線藍牙(True Wireless Stereo, TWS)耳機上。下面段落將針對MEMS之市場預測以及各類型MEMS之發展趨勢做介紹：

二、市場預測

MarketandMarket產業分析報告預估，2022年MEMS市場規模為148億美元，預計2028年將成長至229億美元，2023-2028年均複合成長率(CAGR)約為7.6%。聽戴式(Hearables)、穿戴式(Wearables)、智慧居家裝置等消費性電子產品以及物聯網設備的需求增加等因素，推動MEMS市場的成長。MEMS能支持前述設備與裝置的尺寸微縮、性能提升，甚至於創新，例如將慣性感測器加入TWS耳機內，除了能感測到使用者的頭部移動，亦可偵測跌倒。然而，MEMS生產和測試的高成本，為市場成長的主要限制。MEMS結構精巧，因此製造非常複雜，需要先進且昂貴的設備，同時也需要持續地維護與更新，以提高產量並且改善產品性能。另外，目前MEMS也缺乏標準化的生產製造流程，多數裝置需要客製化，導致成本難以降低，為該市場成長的重要阻礙。

另外，依照應用領域，MEMS市場可進一步細分為消費性電子、汽車、工業、醫療保健、電信、航太等領域。其中消費性電子應用領域有著最大的市場規模，2022年約為75億美元，預估2028年將成長至114億美元，CAGR為7.3%。其次依序為汽車、工業、醫療保健等應用領域。各應用領域之市場趨勢請參閱圖一。

三、MEMS類型與發展趨勢

根據Yole Développement產業分析報告，MEMS的整體發展趨勢除了持續朝向尺寸微縮與成本降低以外，其他重要趨勢包括：開發新材料，例如氮化鋁(AlN)、PZT等壓電陶瓷材料，以提高裝置性能、靈敏度並降低功耗；與人工智慧結合，發展智慧感測系統；利用先進封裝技術，如系統級封裝(System in a Package, SiP)，將IC、感測器、電源、計算等元件整合至同一系統中，以降低系統尺寸、提高能源使用效率並且實現更多功能。

依照裝置類型，MEMS可細分為MEMS麥克風、慣性感測器、以矽為基礎之微流體裝置、光學MEMS、環境感測器、MEMS計時器、射頻(Radio-frequency, RF)MEMS、壓力感測器等。以下針對前述四項MEMS介紹其發展趨勢：

(一) MEMS麥克風

MEMS麥克風目前主要應用於智慧手機、平板電腦、筆記型電腦、智慧電視等消費性電子裝置，未來發展趨勢將著重於TWS耳機、車用娛樂設備、助聽器等項目。以TWS耳機為例，MEMS麥克風能夠偵測環境噪音以及聲音來源，實現主動降噪、優化音質，或者可以偵測語音，以開啟耳機特定功能(如錄音)。因此，在TWS耳機需求成長之趨勢帶動下，MEMS麥克風將成為相關業者關注的焦點。

在技術方面， MEMS麥克風主要有電容式(代表性廠商為Infineon)與壓電式兩種(代表性廠商為Applied Materials)。其中電容式發展較為成熟，且價格較為便宜，缺點為易受灰塵、水與顆粒物影響其性能。壓電式為新興技術，具備優異的訊噪比（Signal-to-noise ratio, SNR）、尺寸小、不易受到環境顆粒物影響等優勢，同時也可與加速度感測器整合，發展成骨傳導耳機。儘管目前壓電式成本高，但隨著技術逐漸成熟，預計成本將能大幅度降低。
 

(二) 慣性感測器

常見的慣性感測器有加速度計、陀螺儀，以及結合加速度計與陀螺儀的慣性測量單元(Inertial measurement unit, IMU)。目前在汽車與消費性電子應用中，IMU正逐漸取代功能單一的加速度計與陀螺儀。在TWS耳機上，IMU能偵測使用者的頭部動作與位置，使耳機可提供更真實的空間音效；在穿戴式裝置和健身設備上，IMU能用以監測與追蹤使用者的移動與活動量。至於汽車應用方面，精準定位為未來自駕車普及的先決條件之一，IMU能在沒有充足的周遭資訊或衛星網路中斷時，計算車輛位置的變化，維持車輛的定位能力，或者可在自駕車發生嚴重故障或車禍，且駕駛員無法有效控制車輛時，安全地停車。

在技術層面，慣性感測器除了在靈敏度、噪音、溫度穩定性、功耗等特性將持續精進以外，近年來隨著矽光子學與MEMS製程技術的發展，已逐漸能將光纖陀螺儀的複雜零組件整合並且微縮成微型矽光子陀螺儀，例如利用微諧振環(microresonator ring)取代光纖，未來可望能應用於航太、國防等領域。
 

(三) 以矽為基礎的微流體裝置 

微流體裝置的材料主要有塑膠以及矽（含玻璃）兩大類。儘管塑膠具備低成本之優勢，但以矽為基礎之微流體裝置(以下簡稱為矽基微流體)具備優異的物化穩定性，且可製作出尺寸微小且精準度需求高之結構，並且可與半導體技術結合，進行生物分子檢測或控制流體流動。矽基微流體應用廣泛，涵蓋：臨床檢驗與定點照護檢驗（POCT）裝置；製藥和生命科學研究工具，用於藥物發現、基因體學、蛋白質體學、細胞分析的微流體設備；藥物遞送裝置，例如微針；工業檢驗，檢測食品、水、化學等產品的品質、生產流程與病原體等；化學藥品、生物製劑之生產製造。

製造更小且結構更為精緻的裝置，以提高檢測的靈敏度與精準度為矽基微流體的重要趨勢。例如mi-diagnostic開發出奈米尺度的微流體晶片，能降低樣品與試劑的使用量，並且大幅縮短PCR反應所需的時間(可於12分鐘內完成qPCR檢測)；Quantum-Si結合了生物學、化學和半導體技術，開發出含有數百萬個孔洞的半導體生物晶片與檢測平台，能同時對大量的蛋白質進行胺基酸定序。另外，部分廠商(如Surfix Diagnostics)正在結合光學積體電路與微流體裝置，開發光子生物感測器(photonic biosensor)，以提高檢測的靈敏度。
 

(四) 光學MEMS

光學MEMS過去主要應用於光通訊與數位投影機。近期由於AR、自駕車與光達(LiDAR)等技術的快速發展，預計光學MEMS之應用範疇將進一步拓展。以光學MEMS代表性裝置-微反射鏡(Micromirror)為例，其能將影像投射於AR眼鏡、汽車AR抬頭顯示器(HUD)等裝置的玻璃與鏡面上，或可追蹤使用者的眼球移動；另外也可應用於光達系統上，偵測周遭的車輛、行人與環境。

在技術方面，傳統上微反射鏡的控制機制以靜電式為主。該技術製程簡易，但需要較大的啟動電壓，代表性廠商包括Infineon、德州儀器等。其他發展中的技術包括壓電式、電磁式等。其中壓電式具備低功耗與反應迅速之優勢，預計在未來數年內將成為主流。另外，封裝技術會對光學MEMS的性能、耐用性與使用壽命產生重要影響。Yole Développement評估玻璃晶圓級封裝(wafer-level packages)，可能會是光學MEMS未來發展之重點。例如OQmented發展出玻璃晶圓級封裝技術-Bubble MEMS，該技術能將微反射鏡真空密封，以避免其受環境污染，並且消除空氣對微反射鏡轉動造成的干擾。