Wii游戏机的魅力在全球市场中所向披靡,男女老少为之着迷疯狂,进而身陷其中无法自拔,因为消费者与玩家们能够藉由操控无线游戏杆控制器,把实际动作融入于游戏屏幕当中,产生交互式的刺激玩乐效果。这份身历其境的惊奇,是系统根据控制器的三轴加速计(accelerometers)去感知动作、深度和位置而实现,也就是运用了微机电系统(MEMS)的感测功能。集电子、机械与光学技术大成的MEMS,已经被高度期待成为下一世代开创电子产业利基高峰的救世主。

感受真实,真实感受,微机电让人机合一的协调境界得以成真,被高度期待成为下一波产业新利基。(图片来源:www.memx.com/www.wii.com;编辑:HDC)
感受真实,真实感受,微机电让人机合一的协调境界得以成真,被高度期待成为下一波产业新利基。(图片来源:www.memx.com/www.wii.com;编辑:HDC)

MEMS整合机械、电子与光学三大技术,是利用传感器接收自然界声、光、电、磁、味、温、压力、速度等讯号,再经过模拟数字转换器、控制器、制动器(actuator)等流程,把模拟讯号转换成数字数据,加以逻辑运算后表现出各类反馈动作与视讯图像的系统架构。过去MEMS主要作为传统机械加工在小尺寸与快速反应的补充方案,随着半导体微细化制程的技术精进,MEMS能让传感器尺寸缩小,因此更容易被整合在各式各样的系统当中。

现在MEMS已经被广泛应用在我们日常生活周遭,范围可分为汽车与工业感测、PC周边与消费家电、以及光学通讯这三大类。MEMS在汽车工业的应用包含车辆安全气囊的加速计、胎压感测的陀螺仪(Gyroscopes)、医疗设备仪器的LoC芯片等;在PC与消费家电领域有打印机喷墨头、微型麦克风、惯性鼠标、DVD与CD player读写头、数字相机影像稳定陀螺仪、家庭娱乐与投影系统等;在光学通讯部分则包括投影用显微镜、RF感测网络、数字光源处理DLP(Digital Light Processing)等等。

不仅如此,作为感测功能的MEMS,也能在无线感测网络(Wireless Sensor Network;WSN)中担负重要媒介,置于微型结构附近,对目标进行检测、测量和监视,将感测到的数据经由处理,发送至公共控制网络的控制器中心、数字智能家庭的中央处理器、或是汽车工业用的电子控制单元。另外在军用雷达、智能武器以及卫星通信设备的应用上,RF MEMS也开始崭露头角;未来MEMS在生物芯片、显示技术、新兴能源等新兴研究领域,也将出现商业化的应用产品。

不过业界比较乐观看待这股MEMS热潮,能够深入在车用、手机与其他消费电子领域中引领风骚,特别是在便携设备嵌入传感器部分,带动下一世代的获利高峰,产生横扫千军的杀手级应用。在车用电子领域除了既有安全气囊外,MEMS更可应用在车辆动力系统控制以及电子稳定系统的回转仪及加速计,另外MEMS能够提升胎压监控系统(TPMS)的压力感测敏锐度,藉由探测微小的坠落、倾斜、移动、定位和振动所导致的力量变化,满足车商设计安全驾驶的系统要求。

在可携式消费电子领域,MEMS能够应用的想象空间就无限宽广许多。现在MEMS的微细化技术已经不是问题,只要以MEMS技术为核心的陀螺仪产品单价,能够降到车用领域的1/10,MEMS便能在手机的微型麦克风、具运动量测功能的随身通讯装置、可携式3D游戏机的遥控器、行动电视的光学组件、替代石英震荡器(Oscillator)的微机电震荡器、甚至微型燃料电池等领域中大放异彩。

MEMS的技术革新,连带地也重新定义了感测的内涵。感测不仅是局限于被动地接受自然讯号而已,感测要能配合行动需求,精确地收集、整理、判断与反应讯息,在无远弗届的远程藉由控制系统或网络传递数据,让人与终端系统之间几无隔阂,这样,感测才是完整而丰富的。

整体来看,MEMS亦代表着一国不同属性(heterogeneous)产业之间整合能力优劣与否的技术平台,也是表现不同属性的产业研发水平、能否实现「人机合一」协调境界的舞台。邻国日本已经定位MEMS技术为创新产业竞争力的重要阶段,并成立相关联盟积极整合产官学资源。台湾微机电技术研发相对而言,较不为政府所重视,仍集中在少数学校研究单位、工研院电子所或是寥寥可数的民间企业里单打独斗。主事者应该及早整合队伍,利用台湾消费电子代工产业链的优势,集中火力革新MEMS,才能有效开创台湾电子与机械产业的新利基。