行動裝置搶搭多軸感測功能已成“瘋”潮，MEMS元件製造商也把握市場良機，強推Sensor Hub單晶片，以提高感測精準度並降低系統功耗。此外，手機品牌廠為賦予產品新價值，將於今年MWC展大秀MEMS微投影手機，亦吸引MEMS元件商積極卡位。
蘋果(Apple)、三星(Samsung)最新一代機皇，均已搭載六軸以上微機電系統(MEMS)感測器，藉以支援更強大的動作感測功能。在這兩大行動裝置品牌廠帶動下，其他手機製造商也開始擴大導入MEMS元件，刺激市場需求高漲。
然而，行動裝置設計空間錙銖必較，導入多軸MEMS感測器不僅為產品輕薄度帶來艱難考驗，對原始設備製造商(OEM)來說，如何確保多元感測器共同運作的精準度，並改善系統零組件之間的電磁干擾(EMI)及整體功耗問題亦迫在眉睫。
減輕系統功耗/成本Sensor Hub晶片顯威
為突破技術桎梏，意法半導體(ST)、應美盛(InvenSense)正積極整合MEMS與微控制器(MCU)，進一步打造Sensor Hub單晶片；此舉不僅能大幅提高感測器的精準度，所有感測到的資訊也不須完全經由高耗電的應用處理器運算，從而擴增行動裝置感測功能，同時還能壓低系統成本與功耗。
Sensor Hub其實是一種智慧型感測器資訊處理架構，透過在系統中加裝一顆32位元微控制器，執掌感測器資訊運算；並導入Sensor Fusion軟體負責加速度計、陀螺儀、壓力計和磁力計等MEMS元件的資訊校正與轉換，從而優化多軸MEMS感測機制的精準度，同時也減輕系統主處理器工作負擔。現階段，微軟(Microsoft)已將Sensor Hub列入Windows 8作業系統的標準支援功能。
意法半導體資深技術行銷經理鬱正德(圖2)表示，為進一步強化Sensor Hub功能性，MEMS廠更致力朝高整合方向發展，將微控制器與MEMS元件封裝成一顆單晶片，助力行動裝置業者簡化系統複雜度，並加速開發搭載多軸MEMS感測器的產品。
鬱正德指出，意法半導體同時擁有微控制器與MEMS技術，因此發展Sensor Hub單晶片的進度超前其他競爭對手，預計將在2013年第一季發布整合安謀國際(ARM)Cortex-M0核心及加速度計的Sensor Hub單晶片，強攻智慧型手機、平板與可攜式電子裝置市場。
由於Cortex-M0是業界公認功耗表現出色、效能也夠水準的微控制器核心，經由意法半導體的Multi-chip封裝技術與加速度計結合，即可獨立運算感測資訊，避免動用耗電量驚人的應用處理器，達成行動裝置多功能、低功耗設計要求。
無獨有偶，應美盛近來也透過與德州儀器(TI)合作，加碼研發Sensor Hub單晶片。據了解，應美盛以往側重Sensor Fusion技術，利用軟體機制轉換各種MEMS元件收集到的物理資訊，再配合旗下的數位運動感測處理器(DMP)做初步彙整，但主要運算仍由系統主處理器擔綱。此舉雖能提升多元感測器精確性，卻增加系統複雜度，對功耗帶來更多影響；因此，應美盛已逐漸改用Sensor Hub架構。
鬱正德更透露，Google在Android 4.0以後的版本，均已內建類似Sensor Fusion功能的軟體機制，強化各種感測器資訊演算與校正，為其品牌合作夥伴做足準備；也因此，MEMS廠將陸續轉攻Sensor Hub，在硬體層面下更多功夫，藉以贏得行動裝置業者青睞。
除戮力擴充動作感測功能外，多家手機大廠亦正著手佈局MEMS雷射微投影方案，併計劃在2013年全球行動通訊大會(MWC)中，大舉展出內嵌MEMS微投影功能的樣品智慧型手機，為旗下產品創造新話題。
MEMS掃描晶片就位微投影手機MWC齊發
在MEMS晶片商與光學組裝廠全力衝刺下，新一代內嵌式MEMS雷射微投影機的光學掃描晶片，可望於2013年導入量產；同時，光機引擎組裝技術也將更趨成熟，包括解析度、亮度及尺寸規格均全面升級，因而已吸引多家一線智慧型手機品牌廠，爭相導入產品設計。
先進微系統總經理洪昌黎表示，該公司已小量出貨MEMS掃描晶片，用於開發單機或行動裝置外掛式MEMS雷射微投影機；預計2013年第三季將進一步量產內嵌式MEMS雷射微投影掃描晶片，並搭配專用影像處理器，提供完整的晶片組解決方案，以打造解析度720p以上、體積2立方公分(cm3)以下、亮度20?25流明(lm)且功耗僅1.2?1.5瓦(W)的內嵌式MEMS微投影光機，爭取行動裝置內建商機。
至於意法半導體在2012年購併bTendo，補強雷射投影光機技術後，亦進一步揭櫫MEMS掃描晶片發展藍圖。該公司運用獨家Flying Spot內嵌式微投影設計架構，亦已打造一款特定應用積體電路(ASIC)並推出參考設計，以減輕系統廠研發負擔。
意法半導體技術行銷經理王嘉瑜指出，2013年第三季，意法半導體還將發布升級方案，除解析度將擴增至1,080p、亮度達25流明外，光機尺寸亦將縮減至1.5立方公分、高度5毫米(mm)以下，讓行動裝置開發商擁有更多設計空間。
隨著晶片與光機引擎技術到位，一線手機品牌廠也緊鑼密鼓投入產品設計；其中尤以日本、韓國及中國大陸業者最為積極，已初步規畫在2013年MWC展會中，大秀內建MEMS微投影功能的手機。洪昌黎不諱言，目前確實有不少手機OEM開出內嵌式微投影規格，因而吸引許多MEMS掃描晶片商積極搶單，甚至有兩家中國大陸新進業者也躍躍欲試。
為卡位先期市場，先進微系統正逐步擴充晶片產能，並加緊部署內嵌式MEMS掃描鏡(Scanning Mirror)、驅動IC及光機設計專利備戰。洪昌黎分析，行動裝置螢幕解析度不斷攀升，且對輕薄度與功耗要求甚為嚴格，將為內嵌式MEMS雷射微投影機帶來諸多挑戰，包括MEMS掃描晶片性能、光機尺寸和每瓦流明表現等，皆是技術突破重點與決勝關鍵，因此須及早展開專利佈局。
在微縮光機尺寸上，先進微系統採用獨家單片二維MEMS掃描鏡技術，可較大多數市場競爭對手選用兩片MEMS掃描鏡，分別負責X、Y軸畫素擷取的方案，節省更多設計空間。
洪昌黎強調，單片方案亦有助實現MEMS微投影機內部晶片邁向高整合；該公司已計劃在2014年以互補式金屬氧化物半導體(CMOS)/MEMS晶圓級封裝技術，整併MEMS掃描晶片與驅動IC成為一顆單晶片，屆時，光機尺寸將顯著下降。
高價/影像失真難解內嵌微投影普及非易事
儘管內嵌式MEMS雷射微投影技術迭有突破，然而，其晶片與模組價格偏高問題卻如芒刺在背，短期內恐難有商用手機上市。王嘉瑜不諱言，由於綠光雷射產能不足，多半業者仍以額外導入RGB調光機制的方式實現綠光，導致佔整個內嵌式微投影成本約50%的光機無法降價，連帶影響整個模組價格上看30~40美元，將影響手機內嵌微投影的發展速度。
此外，雷射光束與MEMS掃描鏡之間的光源反射與折射難以避免，也將產生影像失真問題，須引進更多高頻控制元件或多種光學補償技術改善，墊高微投影技術投資成本。
因此，洪昌黎認為，2013上半年廠商將以推出單機或手機外掛式MEMS微投影產品為主，並進一步開發內建該功能的樣品手機；待下半年MEMS微投影技術更成熟且發展出規模經濟後，整體內嵌式MEMS雷射微投影的出貨量才會逐漸提高。
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