MEMS技術源起於二十世紀70年代起，半導體製造技術日趨成熟的時期，迄今共搭上四次產業發展的便車（註1），並持續向前發展。

1. 80年代，矽壓阻式壓力感測器及電容式加速計，使用於工業界及汽車業。
   
2. 90年代，資訊業蓬勃發展，惠普（HP）公司的MEMS噴墨晶片，或德州儀器（TI）使用在商用投影機及顯示器的數位微反射鏡元件（DMD），影響了資訊業的發展，HP以及TI至今仍然是MEMS業界的領導廠商。
   
3. 90年代後期，全球光通訊產業興起，光學MEMS隨之蓬勃直到2000年網路泡沫化。雖然光通訊產業之後逐漸回復原氣，但是可惜光學MEMS的榮景已經不復存在。
   
4. 2006年，任天堂的電視遊樂器「Wii」，以MEMS應用於體感控制的創新，掀起了另外一波MEMS的熱潮。這回，MEMS應用在更貼近人性的消費電子產品上。

（圖一）圖片來源：Wiki

「What’s Next ?」 「穿戴式裝置」是下一波主流

「穿戴式裝置」的應用，目前仍然是以「保健手環」類為大宗，而且看起來還會再持續一段時間，這種手環的前景，是可以整合穿戴式醫療電子成為個人健康管理系統。 「穿戴式裝置」目前絕對是一個開放競爭的「競技場」，有些裝置的技術門檻並不高，所以一定會有更多競爭者的加入，而現今，「手錶」及「眼鏡」看起來像是各家躍躍欲試的產品。可惜目前能點燃「穿戴式裝置」的引爆點還沒有出現各廠商都在等待「天時」、「地利」、「人和」的機會。但是無論如何，「穿戴式裝置」的市場趨勢是正向、看多的，因為機會越來越多，市場就會越來越大。

以上述較熱門的整合穿戴式醫療電子成為個人健康管理系統為例，MEMS的元件功效即是穿戴式系統前端，功用是感測身體狀態的資料擷取器。另一個也是跟健康有關的，即運動感測的MEMS元件。但這類的應用，其實是使用屬於較低階的MEMS零組件。但搭配行動電話、平板電腦蒐集處理使用者的狀態，使這類整合應用架構也漸漸形成一種的潮流。

穿戴式電子產品至少可區分為（1）消費型產品、（2）醫療照護型產品、（3）工業/軍事型產品三種。除了工業/軍事型產品可能不需要把外觀、重量及體積列在第一優先之外，其他的應用，都應該會把如何微縮產品放在首位。所以如果問到：現有MEMS元件是否滿足穿戴設計需求 是否需進一步微縮元件尺寸？答案當然「是」，因此「穿戴式裝置」用到的MEMS，當然在這股「減肥」的名單之列。

除了尺寸上的微縮外，穿戴式電腦系統的運作耗能，也需要相關的解決方案。「穿戴式裝置」的載板面積、機構空間只會進一步微縮，所以不只解決方案的尺寸會越來越侷限，連帶電池的設置空間也會受到擠壓，間接影響到穿戴式系統可用的離線電力。

而目前主流的MEMS元件，應用在小型化設計的需求，多數仍集中在行動裝置、嵌入式系統應用的整合設計方案，由於穿戴式電腦、系統應用的發展目前僅能算是起步階段，在市場用量有限的前提下，五年前，針對穿戴式電腦需求設計的MEMS元件可以說是幾乎沒有，但是近一兩年，因為這是MEMS元件的一片「藍海」，相關業者也搶入此市場。

手錶型「穿戴式裝置」整合MEMS發揮更多應用功能

謠傳Apple將推出的「iWatch」類產品(圖二)，雖然只聞樓梯響，遲遲沒有推出，但是可以推測若是iWatch成真，應該是以Apple iOS瘦身後的嵌入式作業系統，搭配MEMS感測器監看個人健康數據，而要將MEMS感測元件置入例如手錶的設計，不只需考量元件的微縮，同時也必須設計，不干擾用戶觸感與舒適的感測介面設計，這對於MEMS解決方案與產品整合的難度相當高。

（圖二）

圖片來源：http://www.falconhive.com

Google Glass「穿戴式裝置」（圖三），就是整合MEMS完成的嵌入式系統。

（圖三）

圖片來源：http://big5.china.com.cn

Google選擇了一個困難度更高的「Google Glass」眼鏡型「穿戴式裝置」！Google Glass的設計，空間極為有限。其核心運算架構採用雙核心OMAP處理器，搭配Google自家的Android 4.x作業系統，同時整合了Wi-Fi、Bluetooth、GPS與3G通訊功能。由於Google Glass的電池容量相當有限，因此對於成品的重量非常在意，所以Google Glass的3G通訊功能僅限於數據傳輸，無法使用功耗較大的通話功能。

Google為了搭配其AR（Augmented Reality）擴增實境應用，在空間極為有限的條件下，Google Glass仍然裝了陀螺儀(Gyroscope)、加速度計(Accelerometer)等MEMS元件，可以讓嵌入式系統得以追蹤並且分析用戶的臉部/頭部姿態（擺動方向與角度），透過MEMS的幫助，將AR、圖像訊息提示即時顯示在使用者介面－透明顯示幕（640x360解析度）。Google Glass的眼鏡鏡框內還配備一紅外線感測器，追蹤用戶的眼球反應。

MEMS感測能力 成為Google Glass加值的關鍵

使用Google Glass，用戶可以擷取網路搜尋結果，搭配即時的語音指令、解譯輸入關鍵字，同時利用語音訊息回覆訊息，所以綜觀整個Google Glass的應用，可以將Google Glass定義成「類行動裝置」、「智慧手機」的應用平台，只是這個平台的螢幕改用透明的眼鏡型顯示螢幕，至於一般行動裝置需有的運算核心、電池子系統、MEMS感應器等，Google 用了更微縮的解決方案去滿足Google Glass的應用需求。

Google Glass的MEMS元件需求

Google Glass是一種高度整合的產品設計，元件尺寸大幅壓縮，可用的電力，也因為鏡框的構型空間有限，無法裝載容量「大」的電池，所以必須在節能設計上更進一步優化系統，因此，在MEMS元件「減肥」上，就必須設計更小、耗能更低，整合度更高，才能滿足眼鏡型的「穿戴式裝置」。不僅Google Glass如此，其他投入類似裝置的廠商，也只有繼續朝微縮、節能前進，沒有退路。

已經有不少MEMS感應器（例如行動感應、加速計、壓力計等）裝置在目前的「穿戴式裝置」中，雖然計算步伐或整體運動量的MEMS技術不高，各家廠商們同樣要面對微縮、節能、產品經濟實惠等多項需求，反應到MEMS供應商的耳中，他們的對策又是什麼呢？

2013年， 在一場於美國加州舉辦的「塑造MEMS與感測器未來」的會議上，來自 MEMS 系統的各方代表，都看好未來 MEMS 將在消費性電子以及醫療保健與健身等應用領域的成長與新商機，其中「穿戴式裝置」便是其中重要的一個區塊。

PNI總裁兼執行長Becky Oh發表該公司最新的進展：一款1.5x1.5x0.5mm的微型晶片（Sentral），宣稱能夠為任何製造商的加速度計、陀螺儀與磁力計等產品執行複雜的感測器融合功能，並輸出位置讀數至任何應用處理器中。

ST公司類比、MEMS與感測器執行副總裁兼總經理Benedetto Vigna則為消費 MEMS市場以及正在醫療保健與健身應用中快速成長的MEMS市場建立起連結，他探討人機介面，從鍵盤到滑鼠，到目前使用的行動感測MEMS感測器，再到控制機器等發展，認為其中最經典的就是任天堂(Nintendo)的Wii。由於這款遊戲平台，新式的人機介面在市場上佔有一席之地，並推動消費裝置使用觸控、手勢、語音以及影像辨識等介面。

如今，消費者的興趣過渡到「穿戴式裝置」市場，它同樣要利用 MEMS 感測器，藉由追蹤用戶的活動記錄來實現鼓勵運動與健身。，例如Fitbit與Nike Fuelband 等，藉由「手錶」以及「眼鏡」等「穿戴式裝置」，拓展智慧裝置的用途。

在通訊技術或資料傳輸障礙都已經解決，處理能力也不是問題的條件下，如何將更多元件加進感測器中，並將尺寸做到更小、耗電量更低並提高產品性價比，是近來各廠商積極發展的方向。

目前MEMS元件廠已相繼投入「穿戴式裝置」應用市場，例如STMicroelectronics、Analog Devices已著手開發針對穿戴式醫療應用產品所需的MEMS與相關元器件，如高度整合的加速度計、陀螺儀、地磁感測器等（例如：十軸的整合式MEMS）。

（圖四）多軸MEMS

圖片來源：http://www.memsweekly.com

Qualcomm則是直接針對穿戴式電腦應用中含金量更高的醫療領域，成立Qualcomm Life，以行動通訊技術核心能力，聚焦行動醫療應用市場。而除了搭配感測器、行動運算平台應用外，系統仍須整合微控制器（MCU）、類比前端（analog front end；AFE）等相關應用系統才能成為功能完備的「Total Solution」。

有關淺談「穿戴式裝置」裝置，在此暫告一段落，接續「TRIZ」從前人的歷史教訓中截取經驗，成就後續創新的概念，筆者將以數千年人類歷史為教訓，以克勞賽維茲的「戰爭論」中的理論，描述現代行銷的有趣現象，敬請期待！

備註

1. 「四次產業發展的便車」參考：奈米通訊19卷No.3　28頁「下一波MEMS產業發展的新亮點」

作者： 林士強 現任： 北美智權 教育訓練處 資深研發創新顧問 經歷： 法商台灣康旭 研發工程處 專案經理 中科院飛彈製造中心 專案工程師 聖荷西州立大學機械研究所碩士 專長： 機械、供應鏈管理、專案管理

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