MEMS传感器普及 加速物联网时代到来

  根据IDC预测到2020年时全世界连网装置将超过两千一百二十亿个,而所需要的传感器在2030年预估更将高达一百兆个 以上。目前使用中的网路协定IPv4,可提供四十三亿个独立网路位址,而全球连接到网路的人口已高达20亿以上,因此网路位址不足对于物联网产业发展形成 很大的障碍。

  不过,此问题近期已获得解决,国际组织网际网路工程小组(IETF)已开发出下一代的网路协定IPv6。IPv6使用 128个位元加以定址网际网路节点,定址空间高达2的128次方(32bits扩充为128bits),预估地球上的每个人可分到一百万个IP位址,所以 未来从眼镜、手表、手机、家电、汽车、甚至到建物设施或工厂设备等任何物件,都将会有一个独一无二的IP位址,可透过网路取得更新资讯或进行远端遥控等。 其足够容纳未来10年内预估将连接到网路的两兆个装置。

  不仅只有物联网,所有需要互动与智能判断功能的物件都需要大量的传感器。例如近期较新出产的高阶车辆,都已搭载一百个以上的传感器、包括惯性传感器、压力传感器、温度传感器、和位置传感器等,以高度电子化的控制来达到最佳操控性能,并增进驾驶者的安全便利以及舒适性。

  最近更有消息指出,大量的MEMS麦克风和气体传感器也即将跨足智能汽车应用,来大幅提升鴐驶座舱的环境品质。全球车用MEMS传感器市场在2013年为26亿美元,预估到2020年将可达到47亿美元。

  随着传感器的需求数量呈现爆发性成长、并且种类迈向多样化,供应链厂商伴随而来的挑战将会是如何让这些新元件可以更快速且成本更低的条件下进行量产,以确保产品的市场竞争力。

  在 1995年物联网概念刚提出那几年,其发展并不顺利,甚至呈现逐渐萎缩的情形,一大部分原因即是由于内建在各种物件内的传感器成本仍过高。多家国际研究机 构都已提出对物联网市场的预测,其大部分皆认为2020年整体联网装置将上看百亿部,但要支援数量如此庞大的装置互连情境,任何感测节点成本则须低于1美 元,如此才能加速布建完整物联网路。

  MEMS传感器由于已成功应用在智能手机中,历经严苛的商品化技术挑战,其传感器价格已在过去 10年从平均1.30美元降至0.6美元。因此,欲连同运算处理器及无线传输模组封装后将成本压低至1美元以下,已非遥不可及的目标。然而,如何使传感器 制造价格更加低廉,仍将是各家MEMS大厂在物联网市场中的产品致胜关键。

  物联网应用的感测元件在成本与性能上皆须面对极严苛的挑战。产业分析专家指出,以前MEMS的客户都习惯先开发出自己的产品制程,再要求代工厂照着流程复制及改善,但现在愈来愈多客户倾向于直接利用代工厂已妥善建立的制程标准平台去设计开发产品。

  如此不仅制程相对稳定、价格较便宜,并可大幅缩短产品上市时程。另外,为节省传感器的封装成本、并缩小尺寸,越来越多MEMS感测元件也都朝向大量采用新兴的制程技术,例如以晶圆结合或是体深蚀刻等作法形成其结构。

  为因应物联网在不同应用领域的多样化感测功能需求、并大幅降低感测节点数量,采用通用型晶片整合设计概念亦是未来重要的发展趋势;已开始有厂商考虑将可使用相同制程平台制作的数种传感器,直接设计整合在同一颗晶片上,之后再依客户使用需求以软体来触发所需感测功能。

  为能大幅降低传感器成本,近期MEMS在新技术开发上也已开始朝便宜作法发展,例如以印刷方式、或是以纸作为基底来制作元件。预期未来进军物联网市场的MEMS传感器,其无论在材料、制程、设计、甚至制造流程等技术上,皆将面临重大改变与竞争考验。