MEMS传感器普及 加速物联网时代到来

  根据IHS机构预测,在2018年时,全球MEMS在消费性电子产品与行动装置的市场规模将达到57亿美元,比起在工业物联网的应用市场营收约3.34亿美 元高很多。而在这些工业应用中,建筑物自动化包括由智能电表、智能家庭(Smart Home)、智能城市(Smart City)等,将会是最主要的营收来源。

  预期未来10年内MEMS在物联网的最大商机及技术挑战,仍会是在行动装置与智能穿戴产品的相关应用。图1是应用在消费性电子产品与穿戴装置的热门感测元件及其商品上市时程。

  

传感器

 

  图1 消费性电子产品与穿戴装置应用的热门感测元件及其商品化时程

  穿戴装置成为MEMS传感器新兴应用商机

  智能穿戴装置是目前最热门的新兴产品,其所使用的感测元件,大多仍与智能手机者相同。主要是相较于手机应用,穿戴装置所使用的传感器无论在尺寸、耗电量、感测灵敏度或是元件可靠度上,通常皆须面对更严苛的要求。

  目前已处于市场百家争鸣的智能手表,即使结构上所允许的设计空间及电池容量皆远小于手机,但使用者却对声控、动作感知、或是续航力等产品性能,有与手机相同的期待。

  因 此,大多数传感器皆须先经过应用在智能手机上商品化成功后,才会转移到穿戴装置来使用。其最成功的元件案例是惯性传感器与MEMS麦克风,包括 Google、Apple、微软(Microsoft)、摩托罗拉(Motorola)等多家知名大厂,皆已将此两元件整合在自家的穿戴装置产品内,成为 其传感器标准配备。

  根据观察,智能穿戴装置在物联网应用最具商机潜力的两大功能项目在于量化生活(Quantified Self)及随身环境安全监测。所谓量化生活是指将个人每日生活中的输入(例如饮食内容、走路步数、环境空气品质等)、状态(例如心情、肤导、心率、血氧 饱和度等)及表现(包括心理及生理面向)等参数变化,结合科学技术来进行资料撷取记录的一种活动。

  其目的是藉由分析具体化的自我量测数据,来有效评估改善个人生活品质。例如藉由智能穿戴装置平日持续的生理资讯监测和记录,未来医疗诊断将不仅依据患者的局部病征作判别,而会从饮食习惯与生活型态等根本原因一并考量,迈向整合式预防医疗的服务模式。

  满足穿戴装置物联网应用的常见感测功能如表1,大致可包括活动感知、影像感测、环境感测及生理感测四大类别。MEMS元件在穿戴装置上的应用诉求,是使系统达到微小化、低功耗、高性能及多功能整合等目的;而其最关键的两大功能需求则在于感测与无线通讯。

  

 

  如表2所示,最有机会广泛应用于穿戴行动装置的MEMS元件包括动作感知、声控辨识、无线通讯及环境侦测四大类别。在无线通讯方面,智能穿戴装置通常需要尺寸微小、并且功耗超低的无线前端模组,来担负穿戴装置系统长期连网与资料传输等工作。

  

 

  为使无线系统尺寸缩小,除将内部射频(RF)元件缩小之外,也须设法同时提高该元件的Q值(品质系数),如此才能降低环境杂讯的干扰影响,提供符合需求的无线讯号传输品质。

  在MEMS传感器的应用方面,目前市场规模最大者仍是惯性传感器及MEMS麦克风;而近期包括高度计与气体传感器两大元件,预期应用需求将会大幅成长。而未来最具市场爆发潜力的MEMS元件,将可能会是红外线影像传感器。

  愈来愈多的穿戴装置利用复合式惯性传感器来达到健身监测功能,并实现系统智能节能与姿态控制等目的。全球复合式惯性感测元件在消费性电子及行动装置应用市场之营收,预估将由2013年约4.43亿美元成长至2017年超越10亿美元规模。

  复合式多轴惯性传感器受到广泛接受的最大原因,主要是在于他的应用便利性。

  系统商可买进一颗复合式惯性传感器取代原本的二至三颗惯性元件,并且也可同时由供应商取得该传感器最佳的感测融合解决方案。