3.2　在消费电子行业的应用

虽然MEMS技术行业在传统的概念上与汽车技术相关，但是随着MEMS传感器的灵敏度变得越来越高，并且价格越来越便宜，该技术也开始在消费电子市场中占据一席之地。以时尚、迅速更新换代著称的消费电子，导入MEMS技术后，使便携式产品的体积更加超小型化，并可实现更多的功能。随着潜在客户的兴趣不断上升以及资本投资的增加，MEMS供应商们长期追求的一些应用逐渐取得成效。市场调研公司In-Stat/MDR公布的报告指出，MEMS开始全面进入消费电子产品时，市场将快速成长。据估计，2003—2008年消费电子市场中MEMS销售额的复合年增率达到13.2％。专家估计消费电子市场对MEMS传感器的使用从2005年的3.55亿美元增长到2010年的8亿美元，并从MEMS传感器提供改进的易用接口中受益。MEMS在消费电子产业的应用主要集中在打印机、手机、笔记本、便携式数码产品、数字电视、游戏机等领域，消费电子领域主要应用到的MEMS元件以光学MEMS（OMEMS）、喷墨头、加速传感器和陀螺仪为主。

●喷墨打印机　2005年中国喷墨打印机销售465万台，2006年销售515万台，增长10.6％。其中喷墨打印头就属于微流体器件，但由于市场规模较大而被单独列为一类，是应用最多的MEMS器件。目前市场上所有的喷墨打印头都属于MEMS技术。数字影像的打印成为该市场主要的驱动力。2005年该市场总额为15亿美元。但由于喷墨打印头技术正由一次性喷墨头向可重复利用的喷墨头转移，该市场的增长率只有6％，到2010年可达到20亿美元。喷墨打印头的制造技术正在向集成度和能量利用率都更高的DRIE技术转移，SU-8技术的应用也成为另一股重要力量。采用的硅片尺寸将从6英寸（85％）和4英寸为主流逐渐向8英寸过渡，到2010年约18％的硅片尺寸为8英寸。近年来随着国外喷墨打印头专利陆续到期，国内喷墨打印头技术发展十分迅速，已经摆脱了“无头工业”的命运。2005年明基与半导体业者亚太优势、新磊合作，成功开发出喷墨打印头，成为继华硕之后第二家拥有自主喷墨头技术的中国厂商。

●移动电话　MEMS从2002年开始被用于移动电话，应用非常广泛，包含MEMS麦克风和扬声器、3D加速器、RF被动与主动组件、相机稳定与GPS的陀螺仪、小型燃料电池与生化芯片等。MEMS麦克风作为MEMS在移动电话应用中的先锋，2005年已经有10多家厂商加入这一市场战局。由于采用MEMS制造的麦克风具有低成本、高性能和小型化等特色，采用MEMS的移动电话麦克风和扬声器的用量相当惊人，2005年全球麦克风市场上共计销售了20亿部这类产品，2008年成长到30亿部。目前Knowles Acoustics和Sonion-MEMS公司实现了MEMS麦克风的量产，只有Knowles Acoustics的SiSonic麦克风可供移动电话使用，该公司几乎垄断了整个市场。我国台湾地区也急起直追，日前包括台湾地区“工研院电子所”、美律、亚太优势、探微、日月光、菱生、硅品、天瀚等20余家扬声器、麦克风和其他电声器件厂商，共同成立了“微电声产业联盟”，以整合上、中、下游厂商，建立从电声器件设计、器件制作/代工、器件封装到系统模块的完整产业为发展目标。

除了麦克风和声音共鸣器之外，惯性传感器（主要是加速度计）和几类RF元器件，包括频带/模式开关、匹配元件（如数字可调电抗器）和振荡器等也面临新兴的市场机遇，这些MEMS产品对于移动电话新功能的实现起着关键作用。根据Yole估计，从2004年开始MEMS相关产品陆续整合至手机当中，而且对手机新功能的实现起着关键作用，到2008年在手机中应用的MEMS产品市场达到5.5亿美元，2009年达到7.5亿美元。

●笔记本电脑　在过去的20年中，笔记本电脑从纯粹的文字处理和财务计算的商业机器转变成一种多媒体设备，可以作为电视机、游戏机、CD/DVD播放器以及电话机使用。为了支持这种演变，业界投入了大量的时间和精力用于改善笔记本数据安全、显示技术和音频输出质量，MEMS技术的应用在其中具有十分重要的作用。IBM公司2004年即在Think-Pad笔记本电脑中采用了美新公司的加速度传感器，用来检测硬盘的震动，在笔记本电脑受到冲击或者坠落的情况下，保护硬盘数据。(www.daowen.com)

另外，MEMS更是为新一代笔记本电脑平台正在设计的支持实时通信应用提供了有力支持，以满足用户对高质量通信体验的需求。为了改进声音输入质量以支持诸如VoIP和语音识别等，在笔记本电脑上出现了嵌入式麦克风阵列。这也是MEMS产品在笔记本上的一个重要应用。数字输出麦克风可以抵抗显示器边框上的RF和EM干扰源的影响。这样就不需要再采用屏蔽线，从而使得麦克风阵列可以安装在边框上，而不必考虑转轴。MEMS数字输出麦克风使得麦克风阵列可以集成到哪怕是最薄的笔记本边框上。由于不再需要插槽，这些可以在很小表面安装的器件一般只需要不到2mm的有效边框高度。它们还可以直接安装在边框上的现成板块上（例如天线或者相机模块），而不需要考虑RF干扰。单芯片MEMS数字输出麦克风采用的半导体制造工艺使其具有超强的灵敏度和相位匹配，因此能够提供最高质量的麦克风阵列性能。由于部位差异很小，使得噪音抑制和波束成形算法的性能达到了最高。而变换器和模—数转换器之间的近距离也让MEMS麦克风具有了最强的抵抗RF干扰的能力。Akustica公司推出业界第一款互补金属氧化半导体（CMOS）MEMS麦克风芯片AKU-2000，被富士通公司用于LifeBook Q2010高端笔记本电脑，以提高笔记本电脑平台的语音通信质量。

●光学设备　对于光学MEMS，其产品主要包括数字微镜器件（DMD）、光开关（switch）、交错联结器（cross-connect）、光可调衰减器（variable optical attenuator）、可调变波长激光器（tunable laser）和可调式滤波器（tunable filter），主要应用领域为电信与显示产业。在电信方面，由于光学MEMS制成的光学器件具有很好的效能，例如低插入损耗、优良的波长平坦度和极小的串扰，而且能提高整合度及器件规模（scalability），极适用于高性能的光纤网络。在显示产业方面，包括整合式可配戴的携带型设备，以及条形码扫描、自适应光学系统、商用印刷等。2004年光学MEMS销售值约12亿美元，销售量达300万颗，平均单价近400美元，到2008年光学MEMS销售值约32亿美元，出货量达到1000万颗。

另外，MEMS陀螺仪在数码相机中有着十分重要的应用——光学防抖功能，即通过MEMS陀螺仪探测相机抖动的方向及幅度，调节镜头组内部可以移动的镜片向反方向移动，抵消抖动的影响，使影像更清晰。最早推出防抖概念的是日本尼康公司。1994年，尼康公司推出了具有减振（VR）技术的袖珍相机。次年，日本佳能公司推出世界上第一款带有图像稳定器的镜头EOS 75-300mm f/4-5.6 IS（Image Stabilizer），这就是通常所说的“防抖系统”。索尼公司建立了MEMS元件专用生产线，主要用来生产数码相机与摄像机等产品使用的防抖陀螺仪传感器（角速度传感器）。Yole估计全球陀螺仪市场规模从2003年的2.7亿美元成长到2007年的4.3亿美元。国外生产微机械陀螺仪的最主要公司有Bosch、BEI、Silicon Sensing、Analog Devices，全球范围内四大公司的产品垄断了近95％的市场。Bosch公司的陀螺仪采用音叉式振动结构。Z轴陀螺仪采用体硅工艺和电磁驱动、电容检测并大气封装，X/Y轴陀螺仪采用静电驱动、电容检测和真空封装。两类陀螺仪结构和ASIC接口电路混合封装在一起。其陀螺仪主要用在汽车电子领域。BEI的Z轴石英陀螺仪采用压电驱动检测、大气封装，检测电路单独配置，应用范围主要是汽车行业。Silicon Sensing公司生产的Z轴陀螺仪采用体硅工艺、电磁驱动、电磁检测和真空封装。Analog Devicesg公司的产品为单片集成的Z轴陀螺仪，电路和结构都采用iMEMS一次加工成品，大气封装。国内东南大学、复旦大学、清华大学及上海微系统所等单位也对微机械陀螺仪进行了研究，并成功研制出陀螺仪样机。

●游戏设备　MEMS传感器在游戏设备中的应用正在彻底改变游戏界。MEMS传感器将会为消费类电子设备直观的人机互动界面带来非常好的机会，同时还能使非专业的玩家体验到游戏的刺激感。在改善电子游戏的体验方面，MEMS加速度计能提供运动和倾斜检测。这些游戏可以在多种平台上运行，包括Microsoft的Xbox、Sony的Playstation、Nintendo的GameCube等游戏机和Nintendo GameBoy、Palm或Pocket PC PDA等手持式装置以及其他膝上型和桌上型电脑。MEMS传感器能改善控制盘和操纵杆的倾斜及运动敏感功能，让用户沉浸在游戏之中，体验其中的乐趣。2005年全球电子游戏设备出货量市场价值已经达到126亿美元，2006年市场价值达到138亿美元，增长率9.7％，并保持9.8％的年平均增长率，到2011年市场价值将达到221亿美元。2005年电子游戏手控台市场达到42亿美元，2006年达到47亿美元，年增长率10.9％，并保持9％的年平均增长率，2011年将达到72亿美元。