根據iSuppli公司的預測，手機是微電機系統(MEMS)目前最具潛力的應用市場，需求的增加速度遠高於車用産品；而MEMS在手機中的新應用，是推動該市場成長的主要動力，新的應用如矽麥克風、RF MEMS、手機用相機模組、超小型投影機、衛星導航…等。手機用相機模組的製造、組裝已經可以由半導體公司以200~300mm晶圓實現一貫作業，獨立完成。其關鍵在採用了MEMS加工技術，並陸續開發出量產水準、低成本高耐熱塑膠Lens、貫通電極技術、晶圓級組裝技術等，才得以實現。
手機用MEMS的市場
摩托羅拉新款A1600手機採用Siimpel的MEMS相機技術，具備快速、精確、且可重複自動對焦功能的高品質照相手機。據iSuppli公司預測手機目前是微電機系統(MEMS)最具活力的市場，需求增加速度大大高於汽車産品。到2012年，用於手機的MEMS全球出貨額將增至8.669億美元，幾乎是2007年3.048億美元的3倍。而MEMS在手機中的新應用，是推動該市場成長的主要動力。
圖一、2006-2012年全球手機MEMS感測器市場預測(單位：百萬美元)
例如蘋果公司的iPhone帶動加速計的流行。預計2008年手機領域MEMS加速計出貨量將大增83.6%。到2012年，其出貨量將是2007年的四倍以上，達到2.009億個。從2010年開始，手機將開始採用陀螺儀用以穩定圖像、遊戲，可能還有慣性導航。未來手機可能開始採用MEMS壓力感測器，它可以檢測高度，因為美國正在醞釀一項規定，準備要求全部手機裝備壓力感測器，以便救難協助機構在收到高樓用戶呼叫時可立即提供救助。手機中的其他MEMS應用包括MEMS震盪器，如Toyocom公司的Q-MEMS；高通的MEMS iMoD顯示器；RFMD、Epcos或Wispry公司的RF MEMS開關，到2012年可能還會帶入微型燃料電池。
下一代手機商品化臨門一腳
到了2010年代時的手機，1台必須對應10種以上的頻帶，如果為了因應每個頻帶而準備各自無線迴路，則手機的外形尺寸必然變大，成本也會提昇。針對此問題，東芝成功開發應用RF MEMS技術之可變電容元件，一舉解決下一代手機的問題。RF MEMS之可變電容元件乃利用迴路阻抗(Impedance)之可調整性，來對應各種頻帶的方式。圖二為RF MEMS之可變電容元件之結構，關鍵在於兩側配置的靜電致動器驅動，改變平行電容電極間的距離，以改變容量。電容電極採用低電阻的金屬材料構成，不但可抑制損失，又因其為具數μm位移的靜電致動器，可得到大的可變比，加上電容電極的可動側具有不會追隨1MHz以上高頻的機械特性，所以不會發生RF信號的應變。
圖二、RF MEMS可變電容元件，係以靜電致動器改變平行電容電極間的距離以改變電容量
東芝開發MEMS元件採用的設計概念如下：
1. 必須採用強驅動力的致動器，用硬的簧片將可動電極固定，驅動電壓低，可抑制耗電量。
2. MEMS部的構造簡單，以兼顧低成本與高可靠度。
3. 確立小型、高可靠度與低成本的構裝技術。
結果東芝開發了「In-line WLP」技術。這是將4個電容元件並聯接續成為容量Bank，每個電容元件之電容電極的可動側有上升狀態與下降狀態2種容量值，且4個電容元件之電極面積為「1：2：4：8」，由4個電容元件的切換，整體容量Bank有16種容量值。此外，為了以比較低電壓獲得靜電致動器的驅動力，東芝下了很大的功夫，使在電容電極對面的靜電致動器電極間距離變短，即可以低電壓得到大的靜電。
利用半導體製程進行低成本封裝
東芝開發的封裝技術可在同一無塵室連續形成MEMS可動部，為密閉的中空封裝。為防止水分的侵入，東芝開發的封裝技術有兩種(如圖三)：
圖三、東芝開發接近大氣之氣密封裝製裎
接近大氣壓的氣密封裝
在接近大氣壓的狀態下進行封裝，適於非必要高速動作的商品如手機。由於內部接近大氣壓力，為一殘留振動低、成本低的方式。首先，形成MEMS可動部與將放在中空封裝外壁的犧牲層，在此上面利用低溫CVD法形成第一Gap層之後，從第1Gap層上形成的孔洞除去犧牲層，在接近大氣壓的狀態下，塗佈有機層，對孔洞進行暫時性的封裝。之後再以低溫CVD法在有機塗層之上積層無機防濕層，再進行氣密封裝。接近大氣壓氣密封裝方式的封裝由內側起有無機膜、有機膜與無機膜的3層構造，這是因為中空封裝需要有接近大氣壓的狀態，所以採用有機膜；而積層無機膜是為了氣密性與耐水性。至於第1Gap層的孔洞使用有機膜封裝時，係利用材料的表面張力，必須找出最適的製程條件。
真空氣密封裝
真空氣密封裝適於像陀螺儀等必須高速動作的用途，但容易產生殘留振動。在第1Gap層打開的孔洞，不再塗佈有機層，直接以CVD法覆蓋起來。真空氣密封裝構造的外形成波形，而且不能被大氣壓壓壞，犧牲層蝕刻用孔洞為橢圓形，因其應力較圓形小。此外，在封裝部上方積層樹脂，以加強封裝構造的機械強度。
採用MEMS Display的手機
MEMS Display係利用MEMS技術在顯示器內形成共振器構造，將環境光反射，所得的光當作光源利用之反射型顯示器，對輸出光波長進行控制，即可得到各種顏色的顯示，而且可以不必使用濾光膜，通常可從入射光中取得20%左右的光來使用。使用MEMS Display的手機非常適合屋外利用為主的地區，如中國大陸、印度、南美等地區。
MEMS Display利用在手機上有兩大好處：一為在亮的場所其畫面清晰可見，這是因為它是反射型顯示，它的對比不管在什麼環境下大致都是6~8對1的一定比例；另一為不需要背光源，耗電力因此可以減少。
美國Qualcomm MEMS Technologies開發了MEMS Display，叫做「Mirasol Display」，可應用於可攜式音樂Player或錶型可攜式終端機，以及手機。例如中國Qingdao Hisense Communication的手機「C108」採用「Mirasol Display」，並在「MWC2008」中展出 。「C108」手機預定在2008年中推出。台灣Inventec也發表將採用耗電少的「Mirasol Display」於下一代高性能手機的次畫面，理由是為了實現高性能手機既為薄型設計又具很強通信能力，必須做到使用小容量電池又可以長時間使用的目的。
★作者：材網編輯室 / 工研院材化所
本文節錄自材料世界網「材料最前線」專欄，更多詳細資料請見下方附檔。