一、前言

微機電系統(Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS)為結合先進機械工程與微電子技術製作而成之微型裝置，應用範疇含蓋醫療健康、國防、航太、電信、工業等重要產業領域。MEMS具備體積小、耗能低、反應靈敏以及可靠度高等優勢，吸引著許多半導體與相關業者的關注，並且陸續發展出許多創新技術與應用。本文將針對全球MEMS之區域市場與供應鏈動態，以及具成長潛力之新興MEMS裝置做介紹。

二、區域市場概況

根據MarketandMarket產業分析報告，全球MEMS市場依照區域可細分為北美、亞太、歐洲和其他等區域。其中亞太區域的市場規模最大，2023年約為71億美元，預估2028年將迅速成長至106億美元，年均複合成長率(CAGR)為8.5%。中國、印度和韓國等國家於消費性電子、汽車和醫療保健等領域之電子產品的需求增加，為該區域市場成長的主因。市場規模次大之區域為北美，2022年北美區域之市場規模約為44億美元，預估2028年將成長至63億美元，CAGR估計為7.1%。工業自動化之趨勢、穿戴式裝置與物聯網設備之需求成長、AR/VR先進產品日益普及等因素，帶動該區域市場的成長。市場規模第三大的是歐洲區域，2022年歐洲區域之市場規模約為33億美元，預估2028年將成長至46億美元，CAGR為6.7%。歐洲為全球汽車生產製造之樞紐，汽車產業之發展以及對安全性與排放之要求等因素，為該區域市場成長的重要驅動力。

三、MEMS供應鏈現況與發展趨勢

以下根據2022年Yole Développement產業分析報告，介紹MEMS供應鏈近期動態以及會影響MEMS供應鏈未來發展與業者營運策略之重要趨勢：

(一) 供應鏈動態
隨著消費性電子產品的迅速發展與創新，以及汽車、醫療與工業等應用之需求，近年來MEMS市場呈現強勁成長的趨勢。以2020到2021年為例，MEMS製造商的整體營收成長了17%。其中，博世(Bosch)、博通(Broadcom)、科沃(QORVO)、意法半導體(STMicroelectronics)等MEMS領導業者，在2020-2021年間營收皆有顯著的成長。博通、科沃受益於5G的發展與相關基礎設施的擴建，2020-2021年營收成長接近30%。意法半導體近期則積極擴張其慣性感測器與環境感測器於工業、汽車與消費性電子的應用，並且密切與AR業者合作開發雷射光束掃描（laser beam scanning, LBS）解決方案，2020-2021年營收成長超過30%。此外，部分規模較小之業者亦具成長潛力，例如SiTime推出的MEMS震盪器能應用於電信(5G基地台)、工業等領域，具備穩定性高、可程式控制(programmability)、開發時間短等優勢，吸引了許多業者的關注。2020-2021年間SiTime營收成長接近90%。

另外，全球MEMS代工廠2020至2021年間整體營收的成長更是高達21%，且各大代工廠的產能幾乎呈現滿載。該領域之領導廠商有Silex Microsystems、Teledyne DALSA、台積電(TSMC)、xFab等。Silex Microsystems近期除了持續於瑞典擴大其產能以外，其位於中國之製造廠亦於2021年開始營運，以滿足中國國內對慣性感測器、微麥克風、濾波器、微流體等MEMS的需求。Teledyne DALSA的成長主要來自於微流體裝置(主要應用為DNA定序、PCR等生物檢測)、光學MEMS(主要應用為先進駕駛輔助系統)、光學開關(主要應用為數據系統)等MEMS裝置。台積電近期在MEMS麥克風以及運動相關之MEMS裝置的銷售量亦呈現大幅度成長，同時台積電也積極與其他業者合作開發先進MEMS裝置，例如與Vesper合作開發壓電麥克風；與MEMSDrive共同發展MEMS光學防手震(Optical Image Stabilization, OIS)解決方案；與Butterfly推出超音波探頭。xFab則積極發展能支持異質整合(heterogeneous integration)的微轉印(micro-transfer-printing, MTP)技術，以強化其3D整合能力。

(二) 發展趨勢觀察
(1) 當前全球經濟整體局勢不佳，包括俄烏戰爭、中美關係緊張、通貨膨脹、原物料與晶圓價格上漲等，導致MEMS製造商的營運成本(包括運輸、人力等成本)大幅上升。
(2) 近期MEMS業者紛紛投資新晶圓廠擴增產能以期開拓新市場、增加收入並且提升市場占比，如Bosch、SilTerra、FormFactor等(MEMS業者近期擴產動態請參閱圖一)。然而，擴產為半導體產業的整體趨勢，目前生產設備已供不應求，設備交貨時間甚至須超過 15個月。因此，部分MEMS業者透過併購以達到產能提升之目的，例如美國YES (Yield Engineering Systems)併購SPEC (Semiconductor Process Equipment)。然而，一旦全球形勢穩定且通貨膨脹下降，MEMS產能可能會供過於求，並導致價格下跌。

(3) 中國具備強大的MEMS製造能力，交貨時間短且價格低於其他國家，加上中國政府的積極支持，估計未來MEMS製造重心將逐漸移往中國。
(4) 目前IC業者主要使用12吋(300mm)晶圓製造晶片，但MEMS業者則以8吋晶圓為主。關鍵原因為過去MEMS之生產設備多來自IC業者淘汰的設備，以降低成本。因此，若目前欲建置12吋晶圓產線生產MEMS，則需要購買新設備，此舉將會大幅提升MEMS的開發與生產成本。儘管如此，近幾年Butterfly與台積電合作，成功整合了MEMS與半導體(cMOS)製程，並且利用12吋晶圓產線生產超音波探頭。另外，2022年Bosch宣布將設立新的MEMS研發中心，並且規劃將建立12吋晶圓產線。前述案例是否能驅使MEMS產業朝向12吋晶圓使用邁進，為值得關注之重點。

四、新興MEMS裝置與案例

Yole Développement認為下列新興之MEMS技術具備良好的成長潛力，包括MEMS能量採集器(Energy Harvesting)、MEMS OIS、超音波MEMS、MEMS氣體感測器、MEMS微型喇叭、MEMS計時器(Timing)，各項新興技術摘要請參閱圖二。以下分別介紹前四項技術與代表性案例：

(一) MEMS能量採集器
能量採集器(如太陽能板、壓電發電機、震動發電機等)可從環境中取得能量並轉換成電能，以延長裝置的使用時間與壽命，減少更換電池的需求。能量採集器應用範疇廣泛，可應用於健康與運動監測之穿戴式裝置、汽車胎壓與震動監測等。然而目前能量採集器通常體積龐大且價格昂貴，因此許多業者期望透過MEMS技術，以縮小能量採集器的體積，並且降低成本。

代表性廠商Enervibe開發出先進的MEMS能量收集器，可將震動等機械能轉換成電能，並且推出了多款產品與解決方案，包括：智慧輪胎能量收集器與智慧輪胎系統Enertire，該系統能即時監測車輛負載與配重、胎壓、輪胎溫度等；能量鞋Enershoe，該解決方案能在使用者行走、跑步時發電，以為鞋子內的感測器提供電能。

(二) MEMS OIS
OIS能克服呼吸、心跳或其他震動對影像拍攝時的干擾，維持影像清晰。OIS除了能應用於智慧手機以外，還能應用於自駕車ADAS系統的影像感測器、智慧眼鏡與AR/VR裝置的投影。目前主流的OIS系統多採用音圈馬達技術(Voice Coil Motor, VCM)。然而該技術體積龐大、價格昂貴，且多台相機同時使用時可能會發生干擾。近期發展的MEMS OIS技術，具備體積小、低功耗、精準度高等優勢，同時還能偵測到水平、垂直與旋轉等方向的震動，能拍攝出較VCM更為清晰的影像。

代表性廠商有中國MEMSDrive與加拿大的 Sheba Microsystems等業者。以MEMSDrive為例，其開發出的MEMS OIS裝置體積較VCM小70%，功耗低約100倍，且精準度可達到次微米(Sub-micron)。目前MEMSDrive正與台積電合作，並且規劃使用12吋晶圓產線進行生產。

(三) 超音波MEMS
Ultrasense以壓電微機械超音波換能器(Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers, pMUT)技術為基礎，開發出TouchPoint裝置。該裝置能取代傳統的機械按鈕與旋鈕，將金屬、木頭、布等多種材質的表面轉換成虛擬按鍵或觸摸感應介面(touch-sensing interface)，能應用於汽車、智慧手機、穿戴式裝置、家電等領域。

Emerge以MEMS技術開發出新型超音波發射器-Emerge wave-1，並且與VR眼鏡搭配推出了Emerge Home解決方案。Emerge Home利用超音波技術，能讓使用者在不使用觸覺手套等觸覺回饋裝置之情況下，直接透過雙手與虛擬世界互動。未來預計Emerge將透過該項技術發展更多元宇宙相關應用。

(四) MEMS氣體感測器
氣體感測器能用於檢測空氣汙染物以及傳染病(如COVID19)。目前氣體感測器逐漸朝向MEMS發展，以縮小體積、降低功耗，並且實現大量生產。迄今有多種感測技術的MEMS氣體感測器正在開發，例如：非分散性紅外光（Nondispersive Infrared, NDIR）技術，利用氣體對紅外線輻射之吸收特性偵測氣體，代表廠商為eLichens；金屬氧化物(MOx)技術，利用感測器表面之金屬氧化物材料吸附特定氣體，並且量測前述材料的電性變化，代表廠商為ScioSense、Sensirion；光聲光譜(Photoacoustic spectroscopy, PAS)技術，利用光聲效應偵測特定氣體，代表廠商為infineon；體聲波（bulk acoustic wave）技術，偵測氣體吸附於感測器表面造成的共振頻率偏移，代表廠商為Sorex Sensors、Lelantos等。

除了前述趨勢以外，MEMS氣體感測器亦朝向與不同感測器整合成環境感測器的方向發展，例如Sensirion整合了濕度、溫度、有機揮發物、懸浮微粒等多款感測器，推出空氣品質偵測器；Bosch推出整合氣體、溫度等感測器，以及人工智慧處理技術的人工智慧環境感測器，其能與智慧家電、物聯網等產品搭配使用，並能根據需求調控檢測的靈敏度、功率等參數。