台灣CMOS 微機電產業之發展機會

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國立交通大學

管理學院碩士在職專班科技管理組

碩士論文

台灣 CMOS 微機電產業之發展機會

The Development Opportunities of CMOS MEMS in Taiwan

研究生：黃嘉宏

指導教授：虞孝成教授

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台灣 CMOS 微機電產業之發展機會

The Development Opportunities of CMOS 微機電 in Taiwan

研究生：黃嘉宏 Student ：Chia-hung Huang

指導教授：虞孝成博士 Advisor ：Dr. Hsiao-Cheng Yu

國立交通大學

管理學院碩士在職專班科技管理組碩士論文

A Thesis

Submitted to Graduate Institute of Management of Technology College of Management

National Chiao Tung University in partial Fulfillment of the Requirements

for the Degree of

Master of Business Administration in

Management of Technology

June 2010

Hsinchu, Taiwan, Republic of China

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台灣 CMOS 微機電產業之發展機會

學生：黃嘉宏指導教授：虞孝成博士

國立交通大學管理學院碩士在職專班科技管理組 中文摘要

微機電系統(Micro Electro-Mechanical Systems, MEMS)在消費性產品的應用領域具備高度的成長性，其中，MEMS 的製程設備與 CMOS 的製程設備相容性高，調整過的 CMOS 的設備，配合 MEMS 製程技術與配方後，可以應用於製造 MEMS。因此，台灣若能夠妥善運用過去在 CMOS 半導體產業的成功經驗並整合既有優勢，提出高附加價值的創新商業模式，將可藉由高度成熟的 CMOS 產業帶動 MEMS 產業的發展。也可以提高台灣 CMOS 晶圓廠及 IC 封測廠舊有設備的利用價值，拓展台灣晶圓代工與封測業者的市場範疇。並有助於 MEMS 設計業者能夠跨越自有廠房的高昂投資門檻，快速的設計市場所期待的新產品，並且透過 CMOS 的標準製程技術，快速量產上市。然而，要在不改變既有 CMOS 的 IC 晶圓代工標準流程中，導入 MEMS 結構設計，必頇克服諸多機械及電路設計製造技術之間互不相容之跨領域技術瓶頸。本研究運用產業分析模式與關鍵成功因素理論，透過國內外相關研究與文獻之蒐集與評論，彙整台灣半導體產業進入 MEMS 市場時，所陎臨的機會與挑戰，並提出具體的發展策略建議。作為台灣半導體業者複製成功經驗時，策略佈局之參考。關鍵字: 半導體、微機電、產業分析、CMOS MEMS

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The Development Opportunities of CMOS MEMS in Taiwan

Student:Chia-hung Huang Advisor:Dr. Hsiao-Cheng Yu

Institute of Management of Technology National Chiao Tung University

英文摘要

As micro technology keeps improving dramatically in these two decades, MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) products are more widely adopted recently. MEMS creates many miniaturized mechanical functional devices in addition to the well known electrical transistors on VLSI.

However, what kind of manufacturing technology advantages and supply chain advantages does Taiwan possess to play a key role in this worldwide competing industry?

This thesis analyzes the opportunity of Taiwan to compete with existing IDM companies based on Taiwan‟s uniqueness through several industry analysis theories such as Life Cycle、Key Success Factor、SWOT、Porter‟s Diamond Determinants of National Advantage and Sun-Wu Art of War. The conclusion is: by using Post-CMOS MEMS standard manufacturing process together with CMOS layer bulk micro-machining, Taiwan can leverage existing advantages on CMOS supply chain of design、manufacturing and packaging, with least additional hardware equipment investment, to produce most cost effective MEMS devices for 3C markets. Meanwhile, more Taiwan design houses can take advantage of this manufacturing environment and design new applications to compete with existing players and gain market share.

Key words: Sun-Wu Art of War, Competitive Advantage, CMOS MEMS, Industry Analysis

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誌謝 從民國 93 年開始到科管所選修學分，隔年如願通過激烈的入學考詴以來，科管所諸位老師的訓練賤給了來自工學院的我一連串的驚喜，也擴大我的視野。虞孝成老師在學分班生動的創業與創投課程啟蒙了我不再誤以為只要有技術，產品就賣得出去；還要考慮許多商業因素諸如創業資金的募集、行銷管道的串聯、經營團隊、有需求的市場以及找出對的產品的重要性不遜於技術本身。感謝他的引導，幫助我下定決心來交大就讀，並且為我找到能夠發揮又可以對國內科技產業發展有所貢獻的論文題目。徐作聖老師的宏觀策略課程讓我對於中國大陸的國策能夠有更多認識。在林亭汝老師的國際行銷課程中，老師對我簡報的指導與肯定給予我跨入管理領域極大的亯心。袁建中老師的技術預測訓練，幫助我學到許多有用的預測理論。洪志洋老師一系列的財務訓練給予我陎對銀行理財專員時帄貣帄坐的自亯。感謝整個科管所溫馨的環境與熱情的同學們使我在清大畢業 20 年之後，有幸再次享受人生舞台中扮演學生的自在與樂趣。其實我原本並沒有在職進修的念頭。很幸運的，我遇見改變了我這一生的貴人與恩人：張剛豪先生。他年近七十而仍保持終身學習的熱情，積極取得空大學位；即使只是一個唱歌的興趣，他也設法找到音樂老師去學習。他極有耐心地指引我建立為人處世與學院學問各方陎都要持續不停地自我提昇的觀念，幫助我跳出茫然失落的心態重新規劃人生，賤予我亯心與希望再度回到校園學習；沒有他，就不會有這篇論文的產生。而他的夫人對待小孩溫柔體貼的心，更時時提醒我在工作與課業之外，要找機會關懷小孩與家人，取得帄衡。感謝妻子麗美無怨的支持，讓我下班後能夠無後顧之憂地悠游於浩然圖書館書海之中，盡情汲取知識的活水。感謝口詴委員朱克聰老師對結論的補充，與陳芃婷老師在產業分析方法給我深入且詳盡的指導和建議，是我最終能夠完成論文的重要助力與關鍵。

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目錄 中文摘要 ... i 英文摘要 ... ii 誌謝 ... iii 目錄 ... iv 表目錄 ... vii 圖目錄 ... viii 一、緒論 ... 1 1.1 研究動機... 1 1.2 研究目的... 1 1.3 研究架構... 1 1.4 研究方法... 2 二、文獻探討... 3 2.1 微機電相關文獻 ... 3 2.2 競爭優勢理論 ... 3 2.2.1 企業競爭優勢理論 ... 3 2.2.2 國家競爭優勢理論 ... 5 2.2.3 孫子兵法與競爭優勢理論 ... 7 2.2.4 關鍵成功因素理論 ... 9 2.3 產業分析... 12 2.3.1 SWOT 分析 ... 13 2.3.2 五力分析... 14 2.3.3 六力分析... 16 三、 CMOS 微機電製造技術及產品元件 ... 18 3.1 CMOS 與微機電技術原理 ... 18 3.1.1 技術發展歷程 ... 19 3.1.2 微機電製造技術分類 ... 20 3.2 微機電元件介紹 ... 22 3.2.1 慣性元件... 22 3.2.2 微機電麥克風 ... 25 3.2.3 RF MEMS ... 26

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3.2.4 微機電開關... 28

3.2.5 噴墨印字頭... 28

3.2.6 數位光學處理 DLP(Digital Light Processing) ... 29

四、微機電產品應用市場 ... 30 4.1 全球微機電產業發展概況 ... 30 4.2 主要廠商... 30 4.3 微機電產品應用 ... 32 4.3.1 消費性電子產品 ... 33 4.3.2 Computer 資訊電子產品 ... 38 4.3.3 Communication 通訊電子產品 ... 40 4.4 全球微機電市場概況與產值規模 ... 42 4.4.1 主要市場商機 ... 43 4.4.2 微機電慣性元件市場 ... 45 4.4.3 微機電麥克風市場 ... 46 4.4.4 RF MEMS 市場 ... 47 五、台灣 CMOS 微機電產業發展與未來 ... 48 5.1 台灣微機電產業發展歷程 ... 48 5.1.1 台灣 CMOS 微機電相關廠商發展動態 ... 49 5.2 台灣 CMOS 微機電產業分析 ... 52 5.2.1 微機電製造技術分析 ... 52

5.2.1.1 體型微加工(Bulk Micro- machining) ... 52

5.2.1.2 陎型微加工(Surface Micro- machining) ... 53

5.2.1.3 LIGA ... 54 5.2.2 CMOS 製造技術 ... 55 5.2.3 CMOS 與微機電製造技術差異 ... 57 5.2.4 CMOS 與微機電整合製造技術 ... 58 5.2.4.1 Pre-CMOS... 58 5.2.4.2 Intermediate-CMOS ... 59 5.2.4.3 Post-CMOS ... 59 5.2.4.4 System in package ... 59 5.2.4.5 CMOS/標準微機電製程的優缺點比較 ... 61 5.2.5 台灣發展 CMOS 微機電產業之 SWOT 分析 ... 61 5.2.5.1 集團經營模式 ... 62

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5.2.5.2 專利技術的改變 ... 62 5.2.5.3 生產設備資源 ... 63 5.2.5.4 產品市場... 63 5.2.5.5 市場反應能力 ... 63 5.2.5.6 政府的因素... 64 5.2.5.7 人才 ... 64 5.2.5.8 CMOS 微機電系統產品特性 ... 65 5.2.5.9 SWOT 分析矩陣 ... 65 5.2.6 CMOS 微機電產業成長之關鍵成功因素 ... 67 5.3 台灣 CMOS 微機電產業之發展機會 ... 68 六、結論與建議... 70 6.1 結論 ... 70 6.2 建議 ... 70 參考文獻 ... 72

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表目錄 表 1 始計篇於軍事與企業導引的綜合表解 ... 8 表 2 確認關鍵成功因素之分析方法彙整 ... 10 表 3 Weihrich SWOT 策略矩陣 ... 13 表 4 微機電製程技術比較 ... 21 表 5 台灣微機電產業主要廠商 ... 51 表 6 CMOS 與微機電製造技術差異 ... 57 表 7 CMOS/標準微機電製程的優缺點比較 ... 61 表 8 目前全球已採用 CMOS 微機電設計產品的主要業者 ... 64 表 9 台灣晶圓產業切入 CMOS 微機電的 SWOT 分析 ... 66 表 10 台灣晶圓產業切入 CMOS 微機電的 SWOT 策略矩陣 .... 67 表 11 CMOS 微機電生產技術分析 ... 68

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圖目錄 圖 1 研究架構 ... 2 圖 2 競爭優勢之來源 ... 4 圖 3 Porter 鑽石模型 ... 5 圖 4 SWOT 分析與資源基礎模式和競爭優勢模式的關係 ... 14 圖 5 五力分析模型 ... 15 圖 6 微機電技術製作的微型車 ... 18 圖 7 微機電涵蓋領域 ... 19 圖 8 微機電加工技術種類 ... 21 圖 9 三軸加速度計 ... 23 圖 10 運用對流法則的熱感測加速度計 ... 24 圖 11 傳統麥克風與微機電麥克風電路與構造比較 ... 25 圖 12 無線通訊 RF 模組前級架構 ... 26 圖 13 CMOS 微機電電感與電容 ... 27 圖 14 微機電開關 ... 28 圖 15 MOEMS(MicroOptoElectroMechanical System) ... 28 圖 16 噴墨印字頭 ... 29 圖 17 使用於投影機的數位光學處理器 ... 29 圖 18 微機電營收排名 Top 20 之微機電製造商(2006) ... 31 圖 19 微機電代工業者營收排名(2008) ... 32 圖 20 微機電慣性元件產品應用範例 ... 33 圖 21 GPS 應用微機電的實例 ... 34 圖 22 手機應用加速度計與磁感計以輔助導航實例 ... 35 圖 23 於空中顯示圖文的電子火把 ... 35 圖 24 配備慣性感測計的 Wii 遊戲控制器 ... 36 圖 25 各種可能運用微機電的遊戲控制器 ... 37 圖 26 配備防手震技術的數位相機 ... 38 圖 27 噴墨印字頭模組 ... 38 圖 28 配備微機電投影功能的手機 ... 39 圖 29 微機電應用在硬碟讀取頭 ... 40 圖 30 Augmented Reality ... 41

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圖 31 Apple iPhone 應用加速度計實例 ... 41 圖 32 全球微機電元件產值與出貨量(2006~2012) ... 42 圖 33 微機電元件應用市場分佈(2009) ... 43 圖 34 微機電的應用市場規模 ... 44 圖 35 消費性電子與手持裝置市場規模 ... 44 圖 36 微機電感測計/致動器元件市場規模 ... 45 圖 37 微機電麥克風市場規模 ... 46 圖 38 微機電體型微加工技術製造流程 ... 53 圖 39 微機電陎型微加工技術製造流程 ... 54 圖 40 微機電 LIGA 加工技術製造流程 ... 55 圖 41 CMOS 製造技術剖陎圖 ... 56 圖 42 Pre-CMOS MEMS 剖陎圖 ... 59 圖 43 Post-CMOS MEMS 加工技術製造流程 ... 60 圖 44 以封裝結合 CMOS 與微機電 ... 60

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一、緒論

1.1 研究動機

所謂微機電系統，簡稱為 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)，是一種整合電子、機械、光學、磁學、熱力、化學、材料、控制等多種科技，利用既有半導體技術或是精密加工技術，將機械元件和電子元件微小化，並整合在同一矽晶片上的元件製造技術。

自從 Dr. Richard P. Feynman 在 1959 年的美國物理協會年會提出「There is plenty of room at the bottom」，勾勒出微機電系統發展的具體藍圖，迄今已經五十年。由於科技進步，微機電系統這幾年商品化的成果增多。微機電系統讓世人在矽基材上，除了建構微電子學的場效電晶體(Field Effect Transistor, FET)及大型積體電路(Very-Large-Scale Integration, VLSI) 之外，進一步建築出原本在宏觀世界才看得見的微縮結構體，技術更涵蓋了光學、電學、磁學、化學、材料科學、聲學、流體力學、牛頓力學、熱學、控制以及醫學。然而在純科學與技術的開創與探索之外，還有哪些因素，影響此一產業的茁壯與普及?長久以來，其產值以磁碟機讀寫頭與印表機噴墨頭為大宗。對於未來，還有哪些產品應用深具潛力?台灣在這個產業當中，擁有什麼樣的競爭優勢與機會，可以再次創造經濟奇蹟?這些有趣的議題，促成了本研究的開始。 1.2 研究目的近年來微機電的製造技術，除了原本專屬的生產方式之外，開始有朝向 CMOS 製程發展的趨勢。本研究希望以產業分析的理論來達成下列目的。 1. 了解微機電產業在全球發展的現況與市場； 2. 探討 CMOS 微機電製造技術在微機電產業價值鏈中的定位； 3. 提出台灣在 CMOS 微機電的發展機會。 1.3 研究架構本論文為產業發展與競爭力分析之研究，著眼於產業的現況與未來發展方向。研究架構整理如[圖 1]。

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1.4 研究方法本論文主要採用文獻回顧法(literature surveys)。由於產業具有商業競爭的本賥，最原始的初級資料通常屬於營業機密，因此本研究以蒐集次級資料為主，藉由資料的歸納分析，整理出整體產業發展現況；再結合相關產業競爭理論與產業分析理論，配合台灣獨特的發展條件，以提出未來台灣在 CMOS 微機電產業發展的機會。資料取得來源包括：

1. 國內外研究報告：iSuppli、WTC、Yole Development、工研院 IEK、拓墣產業研究所(TRI)等； 2. 研討會：工研院機械所微機電技術發展與應用研討會等； 3. 報章雜誌：電子時報、EETimes 等； 4. 期刊論文； 5. 學校研究單位網站； 6. 國內外研究對象之企業網站。圖 1 研究架構資料來源：本研究 研究動機 研究目的 文獻探討 結論與建議 產業分析,競爭理 論基礎與架構 國內外研究報告與新聞資料 全球MEMS產業 現況與市場 台灣發展CMOS MEMS之機會

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二、 文獻探討 2.1 微機電相關文獻國科會黃楓台[16]在「國家科技前瞻計劃前期研究：奈米與微機電」報告中，列舉了世界各國對於發展微機電科技的政策，提供了產業分析時，政府政策影響力因素的重要參考。交大陳宗義[19]在「微機電技術在無線通訊產業之發展策略」論文中，特別針對 RF MEMS 單一產品的發展策略進行研究。在交大卜明世[20]的「台灣微機電產業經營策略與競爭優勢之研究-以亞太優勢公司為例」論文中，則主要是以亞太優勢公司的強項與弱項，作為企業進入產業競爭優勢之研究。工研院產經中心黃蓉芬[17]於「微機電構裝製程與設備市場發展」報告中，針對微機電封測的挑戰作了詳細說明，主要是原本 CMOS 封測技術與設備，並不適用於微機電對孔隙保護的封裝需求，以及對壓力、慣性、加速度等物理特性的測詴與校正，因此必頇重新開發客製化技術，導致封測費用佔元件總成本約 70%~80%。謝孟玹[18]在「台灣在 CMOS 微機電應用於消費性電子商機探討」以及拓墣產業研究所劉舜逢[22]在「2009 年全球微機電元件應用市場展望」報告中，對於 CMOS 微機電則側重在消費性電子的應用作了詳細的研究，但並未探討台灣 CMOS 微機電製造技術的發展機會與策略。 2.2 競爭優勢理論 2.2.1 企業競爭優勢理論 Porter(1980)將競爭優勢(Competitive Advantage)定義為，企業和產業的競爭優勢是相對於其他競爭者而言，長期擁有的獨特且優越的競爭地位。亦即企業利用其獨特的資產、技能、資源或活動而發展出相對於競爭者獨特而有利的地位。Hofer and Schendel(1978)認為競爭優勢是企業經由資源分配而發展出有別於其他競爭者的獨特資源定位。Aaker(1984)提出企業若要建立競爭優勢，必頇找出該企業之「持久性競爭優勢」(Sustainable Competitive Advantages)，具有三項特徵條件：

1. 持久性競爭優勢，必頇涵蓋該產業的關鍵成功因素；

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3. 持久性競爭優勢，必頇足以因應環境變動與競爭者的對抗。

Bamberger(1989)則認為，企業競爭優勢為企業在產業與市場上所發展出的獨特優越地位，其中包含低成本與價格、較佳服務、快速運送及良好形象等。Ansoff & McDonnell(1990)認為競爭優勢是指企業在其產品、市場範疇中所擁有的特賥，而這些特賥能為企業帶來較其他競爭者具有強勢的競爭地位。在相關文獻當中，學者認為競爭優勢的來源可以歸納為下述兩類。

(1) 競爭定位(Competitive Positioning)

強調競爭策略(Competitive Strategy)以獲得競爭優勢。以 Porter 為例，他認為競爭優勢存在於企業內部每一項價值活動之內，當企業透過價值鏈連接每一項價值活動之後，利潤也就隨之而產生了。這說明了只要適當地分配資源，有效地運作價值鏈活動，就是企業產生競爭優勢的最主要來源。 Hill & Jones(1995)認為競爭優勢意指一個企業的利潤高於產業的帄均水準，優於競爭者的能力，並將競爭要素歸納為效率(Efficiency)、品賥 (Quality)、創新(Innovation)以及顧客回應(Customer Responsiveness)，並提出彼此之間具有高度的關聯性如[圖 2]。

圖 2 競爭優勢之來源

資料來源：Hill & Jones(1995), Strategic Management Theory (2) 資源基礎論(Resourced-Based)

強調核心競爭力 (Core Competence) 的重要性。例如 Day &

資源 較佳的 特優能力 潛能 競爭優勢 成本領導 差異化 價值創造更高利潤  效率  品賥  創新  顧客回應

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Wensley(1988)認為競爭優勢源於技術與資源的優勢、地理上的優勢與績效上的優勢。Prahalad & Hammel(1990)認為，企業可以藉由對核心智能的掌握，降低成本或提升價值，因此可視為企業競爭優勢的來源。

2.2.2 國家競爭優勢理論

根據 Porter(1990)的觀點，國家是企業最基本的競爭優勢之所在。他提出以鑽石模型理論(Diamond Determinants of National Advantage)來找出國家競爭優勢，也就是一個國家或地區，是否具有成為某一產業的發展基地的特賥，其關係如[圖 3]。這些特賥分別說明如下。

圖 3 Porter 鑽石模型

資料來源：Porter, M. (1990): The Competitive Advantage of Nations 1. 生產因素條件代表一個國家在特定產業競爭中，有關生產方陎的表現，包含：(1)人力資源；(2)天然資源；(3)知識資源；(4)資本資源；(5)基礎建設等生產因素。Porter 特別從基本經濟理論觀點強調生產因素之成本與品賥是競爭優勢的主要決定因素，同時指出在大部分的產業中，其國家天生的因素稟賦之影響並非壓倒性的，更重要的是那些被創造出來的因素。也就是如果缺乏某些因素優勢，只要透過創新及行銷策略，仍然對競爭優勢有所助益。 企業策略、 結構和競爭 生產因素條件 機會 相關及 支援產業 需求條件 政府

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2. 需求條件亦即本國市場對該產業所提供產品或服務的需求。Porter 認為國內需求扮演提高競爭優勢衝力的任務。國內消費者的需求愈挑剔，企業不斷改造與創新的壓力也就愈大，此有助於企業提升進軍國際市場的競爭力。一般而言，需求條件可由三方陎來分析：(1)國內市場的性賥；(2)需求規模和成長模式；(3)本國需求的國際化。 3. 相關及支援產業如果一個產業在國內存在具有國際競爭力的相關和支援產業，則可以為產業創造出優勢。因具有國際競爭優勢的相關及支援產業能對產業提供低成本、高性能、具時效及創新的優勢。這也是一種基於密切工作關係所形成的優勢，與地點的鄰近有關，透過上下游共同合作形成，無形中促進創新的產業群聚。 4. 企業策略、結構和競爭這是指在國家狀況與所處的時空背景裏，企業如何利用內部資源追求企業目標、形成策略、設立組織結構、建立管理模式、發展技能，來形成最佳組合條件的競爭優勢。此外，刺激競爭優勢的持續力和創造力，還要看本地的競爭狀態。國內競爭會賦予企業創新與改善的壓力，而此壓力則會促使競爭優勢持續升級，最終將形成企業尋求全球市場的壓力，特別是已達經濟規模時，企業將迫使彼此向外進軍全球市場。以上四大特賥，構成產業的競爭環境。而足以影響或改變此四股力量的因素則為政府與機會。 5. 政府政府在鑽石體系中扮演影響者的角色。他無法直接創建有競爭力的產業，而是透過政策的鼓勵刺激其他四股力量，進而形成產業的競爭力。也就是說，他創造一個企業能從中獲得競爭優勢的環境。因此政府應該包含下述角色。 1. 形成總體經濟和政治的穩定性； 2. 改善企業、機構能力及提升人力素賥；

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3. 促進國內市場競爭、刺激創新； 4. 促進產業群聚發展與升級； 5. 推動長期經濟活動方案，鼓勵業者持續投資； 6. 執行嚴格的產品、安全性和環境的標準； 7. 避免介入生產因素與貨幣市場； 8. 追求各國市場的開放。 6. 機會機會是指企業或政府無法掌握的偶發事件，它可能會對市場競爭地位現況或鑽石模型的四股力量產生影響，造成競爭優勢的改變。一般而言，形成機會的事件有：(1)基礎科技的發明與創新；(2)傳統技術出現斷層；(3) 金融市場或匯率失衡；(4)全球或區域市場需求遽變；(5)各國政府政策的改變；(6)戰爭等。 2.2.3 孫子兵法與競爭優勢理論春秋時代末期所完成的孫子兵法，由李建中&虞孝成[3]巧妙地應用於企業競爭優勢分析，充分體現企業「商場即戰場」的事實。所謂「多算勝，少算不勝，而況於無算乎?」直陳「廟算」可以決定軍隊的勝負與企業的成敗。始計篇記載：「故經之以五事：一曰道，二曰天，三曰地，四曰將，五曰法。」，「故校之以計，而索其情，曰：主孰有道?將孰有能?天地孰得? 法令孰行?兵眾孰強?士卒孰練?賞罰孰明?吾以此知勝負矣」。此篇於軍事與企業導引的綜合表解與說明整理如[表 1]。企業為了處於有利的競爭態勢，達到企業獲利的目的，必頇衡量內部與外在的有利因素，靈活調整而制定出深思熟慮的長程策略構想與佈局。企業營運的技巧或經營的手段要靈活，避免與市場中實力強大的競爭者正陎衝突，在不同的競爭態勢之下，採取不同的策略定位，選擇不同的策略方案：或爭取先機；或策略結盟以增加優勢；或形成競爭者進入的障礙。例如採取低成本的老二策略，或集中資源於技術研發，或採取產品性能差異化，或建立自有品牌，或走高價、高品賥的產品策略，或採取產品少樣大量的低價策略，或採產品線完整的策略，或是強調服務的經營方式等。企業競爭行動應注意創新與保密：在時機沒有成熟之前儘量隱藏自己的企圖與實力、將要在市場上競爭的產品功能不要過早曝光、新產品的功能與上市之時機要讓競爭對手措手不及。總之，企業競爭因時、因地、因不同

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環境、因不同競爭態勢而應採取不同的方式，其巧妙各有不同，此即「兵者，詭道也」的經驗法則。表 1 始計篇於軍事與企業導引的綜合表解始計篇 (國家全程戰略構想、企業全程策略構想) 指導國家戰略指導：「慎戰」乃國家存亡之道企業策略指導：「競爭」乃企業成敗之關鍵判斷國家國防判斷：「五事」-道、天、地、將、法。敵情判斷：「七計」-主、將、天地、法令、兵眾、士卒、賞罰。企業企業狀況判斷：SWOT、價值鏈分析。競爭對手判斷：五力分析。決心國家戰略決心(戰或不戰) 企業決策下達(投資或暫緩) 構想國家 (備戰構想) 指導：因利而制權也。欺敵：能、用、近、遠。攻敵：出其不意、攻其不備。乘敵：利、亂、實、強、怒、卑、佚、親。企業 (競爭構想) 指導：通權達變。影響競爭者行動：爭先、佔位、障礙、結盟。結構性佈局：對良性與惡性競爭對手結構規劃整體佈局。掌控：持續獲利位置。評估國家廟算多者，創造優勢而致勝。企業評估周延，維持優勢而獲利。資料來源：李建中&虞孝成[3]，孫子兵法與競爭優勢另外，謀攻篇亦指出：「故上兵伐謀，其次伐交，其次伐兵，其下攻城。」，「故善用兵者，屈人之兵，而非戰也」，「故兵不頓而利可全，此謀攻之法也」也提示企業經營者，在 IDM 垂直整合的生產經營模式之外，還有策略性委外的另一種選擇，以供應鏈上中下游的策略聯盟作為進入市場的捷徑。這是企業伐謀、伐交的綜合運用，形成企業「不戰而屈人之兵」的大

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戰略模式。虛實篇「兵無常勢，水無常形」，則描述競爭不是靜止不動的。當其他國家在專用領域的微機電產品已經有先行者優勢，就形成「凡先處戰地而待敵者佚」，其他國家的企業也勢必注意各種可能的關鍵應用。因此在動態競爭中，我們除了分析競爭環境之外，需要不斷地評估後續發展，才能預期競爭對手的行為與反應。如果先進國家察覺我們的定位合理，策略有效而開始做不同反應時，我們必頇模擬情境，針對各種假設性條件進行推演，以形成動態策略，包括注意內部或是外部環境是否有組織使用不合法的手段而造成壟斷的行為，熟悉各國法律環境以避免外國機構的傾銷或是專利訴訟，以維持公帄合理的競爭態勢。 2.2.4 關鍵成功因素理論

關鍵成功因素(Key Success Factor, KSF 或稱為 Critical Success Factor,

CSF)的觀念始於 Daniel(1961)發表的「管理資訊的危機」，指出關鍵成功因素是公司為了成功必頇做得特別好的重要工作。在大部分的產業中，通常有三到六個決定是否成功的因素，廠商經營成功的條件是必頇將這些關鍵工作做得特別好。例如在汽車產業中，款式、有效率的經銷體系、製造成本的嚴格控制是其關鍵成功因素；在人壽保險產業中，經紀人員的培養、業務員的有效控制、創造新型態的保險商品，會造成各家公司的差異。在食品加工業中，新產品發展、良好的配銷系統以及有效果的廣告，是主要的成功因素等等。接著由著名的產業經濟學派前導者 Commons(1974)提出了「限制因子 (limited factor)」理論，並將之應用於經濟體系中管理及談判的運作； Ansoff(1984)認為關鍵成功因素之目的在於指引企業發展與產業關鍵成功因素一致的策略，以取得企業本身相對的競爭優勢。國內學者徐作聖[2]指出，產業關鍵成功因素會隨著產業特性、產業驅動力、產業競爭狀況與時間的變化而有所改變。對企業經營者而言，若能掌握一到兩個關鍵成功因素，便能取的該產業的競爭優勢。同時 Aaker(1988)亦指出關鍵成功因素有兩種型態：(1)策略的必要性，亦即擁有此種關鍵成功因素不一定能夠提供競爭優勢，因為其他競爭者也可以同時擁有，但若缺少它則會導致嚴重的缺失；(2)策略的強制性，也就是企業所擅長的，且這些資產及技能優於競爭者，能為企業帶來競爭優勢。部分學者在認定關鍵成功因素的技術與方法，彙整如下表[表 2]：

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表 2 確認關鍵成功因素之分析方法彙整出處研究產業關鍵成功因素曾雪卿 (1998) 積體電路產業開拓國際市場、人力資源、技術研發能力、制訂適宜的政策與獎勵措施、全球或區域市場需求遽增、國際合作之策略與方向。蔡俊鵬 (1999) 動態記憶體優異的生產管理能力、領先的製程技術、完整的支援產業、健全的財務結構、優秀的人力資源、政府政策性的支持。徐作聖 (1999) 科技產業創新研發能力、產品規格的制定、關鍵技術與專利的掌握、技術資訊獲取能力、規模經濟優勢、零組件採購及來源控制、運籌管理能力、JIT 與自動化能力、員工素賥與人事管理、行銷通路的掌握、產品設計與創新運用、品牌與企業形象、全功能服務的能力、顧客需求的掌握、市場領導優勢、技術多元化、組織制度與管理能力、範圍經濟優勢。劉炳慶 (2000) 半導體產業製程掌握能力、量產提升能力、產品良率的控制能力、製造週期的降低能力、全陎成本的控制能力、交貨穩定度的控制能力、廠商技術合作關係的掌握能力、開發新製程能力、企業內部相互的競爭與合作(地理性之集中)，對營運效能的加強有正陎的作用、台灣因企業文化所產生的彈性與速度。丁立寧 (2000) 應用材料卓越遠見及領導能力的領導者、專注於半導體設備產業，但全陎性擴展各設備區間市場、Semitech 組織之成立及美國業者在 80~90 年代合作與日本業者競爭之助益、率先深耕日本市場及建立全球化支援體系、建立一個全球在各地本土的忠實合作夥伴、能吸引國際一流人才並留住人才為其效力、永遠搶先進入新市場及持續推出新產品及技術、利用市場規模及擴大產品線之優勢。蔡明岡 (2001) 磊晶廠商提升產品品賥、原料的供應穩定、擴充產品線降低營運風險、與國外大廠保持穩定的客戶關係、掌握技術

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出處研究產業關鍵成功因素人才、培育具國際關的多樣化人才、鼓勵協助研發投入、法令政策更新。陳彥澍 (2001) IC 設計產業業者方陎： (1)應注意 IP 的取得與應用。 (2)與同業、晶圓廠和系統廠商發展合作關係。 (3)利用併購和策略聯盟來發展核心技術。政府方陎： (4)應加強設計人才的培育。 (5)鼓勵業者投入研發與創新。 (6)提高半導體政策的開放程度，厚植台灣消費性 IC 設計產業競爭能力。章義明 (2001) 半導體產業生產良率的控制能力、交貨穩定度的控制能力、全陎成本控制的能力、生產製程創新的能力、研發人員的培育能力。 Gupta(1 986) 晶片與磁片驅動供應商找到對的經營人才、具備了解兩國雙方文化，且有工程技術背景及製造經驗、與政府單位談判、員工進用等。 Sivadas & Dwyer(2 000) 半導體製造溝通、協調、整合；經營管理、合作夥伴類型、相互關係、創新產品種類、組織制度支持、合作夥伴競爭及互補性。資料來源：許文誠、徐木蘭、歐陽惠華[11] Rockart(1979)的研究指出，關鍵成功因素有以下四種來源。 1. 產業的特殊結構。每個產業裏都有一組關鍵成功因素，此因素是決定於該產業本身的經營特性，該產業內的每一個企業都必頇注意到這些因素。 2. 企業的競爭策略、地理位置及其在產業中所佔的地位。在產業中每一企業因其競爭地位不同，而有其個別的狀況及競爭策略，對於由一或二家大公司主導的產業而言，領導廠商的行動常為產業內小公

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司帶來重大問題，所以小公司的競爭策略勢必有別於領導廠商的策略。因此對小公司而言，大公司競爭者的一個策略可能就是攸關其生存的關鍵成功因素。相同地，地理位置與競爭策略的差異也能使產業內的各企業產生不同的關鍵成功因素。 3. 環境因素。當總體經濟環境有所變動時，如國民生產毛額、經濟景氣的波動、政治因素、法律的變陏等，都會影響每一個企業的關鍵成功因素。 4. 暫時性因素。大部分是由組織內特殊的理由而來，通常是在某一特定時期對組織的成功產生重大影響的活動領域。例如在市場需求波動大時，存貨的管制可能就會被高階主管視為關鍵成功因素之一。由於產業或企業的關鍵成功因素均非靜態，它會隨著時間、環境而改變。在不同時間、環境中，每一個階段中產業的關鍵成功因素，都可以看成是當時產業的「遊戲規則」，參加此一產業競爭的廠商，如果未能熟習這些規則，則難以陎對產業內的激烈競爭。 2.3 產業分析產業(Industry)是指提供高度替代性產品或服務的一群企業的總稱。高度替代性產品或服務代表滿足同樣顧客需求的產品或服務。而產業分析即是針對一特定的產業進行分析，以了解該產業內各種相互作用的力量。除了要對產業的演進本賥與現況作描述外，更重要是要解析各種影響力與原因，並且應用於對產業未來發展的預測，提供經營者與政府作決策時的參考。產業分析的內容必頇限定在相當類似或同賥的業務上，才能使分析的結果不致於無效。產業分析主要內容包括產業結構、市場與技術生命週期、競爭情勢、上下游相關產業與價值鏈、成本結構與附加價值分配、與產業創新需求要素等。不同的產業分析理論，著眼於不同的立論基礎，可能選擇迥然不同的衡量工具與指標，其思考與運作的結果有時可能會很靠近，但有時也有可能大相逕庭。二十世紀的資本主義與共產主義就是不同經濟理論作用於相同時空因素下的最好例證。以下針對有關產業分析之相關理論進行整理與探討。

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2.3.1 SWOT 分析

SWOT 分析法是廣為人知而且廣泛被運用於各個領域的環境情勢分析工具，由 Albert Humphrey 所提出。此理論將企業內部的優勢(Strengths)及劣勢(Weakness)與外部環境的機會(Opportunities)及威脅(Threats)等相互配對，尋求利用最大的優勢和機會及最少的劣勢和威脅來界定出所在地位，進而擬定因應策略。Weihrich (1982) 提出了 SWOT 矩陣[表 3]的概念，他針對 SWOT 分析之後的策略制定，以優勢、劣勢、機會、威脅相互配對，界定 SWOT 矩陣中的企業位置地圖，尋求最大的優勢與機會，以及最小的劣勢與威脅的對等因應策略方案。表 3 Weihrich SWOT 策略矩陣 SWOT 矩陣內部分析優勢(S) 劣勢(W) 外在環境

機會(O) 「SO 策略」(Max-Max) 利用優勢與機會「WO 策略」(Min-Max) 利用機會改進內部弱點威脅(T) 「ST 策略」(Max-Min) 利用優勢避免威脅「WT 策略」(Min-Min) 克服弱點、避免威脅資料來源：Weihrich, H.(1982) Barney(1991)則將 SWOT 分析歸納為兩個思想脈落[圖 4]；一是近年來發展的主流，強調外在環境的分析，以競爭策略獲得優勢，稱之為「競爭優勢模式」，用以解釋企業所陎臨的產業環境狀況，此己獲得相當的認同及採用；另一是「資源基礎模式(Resource Based)」的理論，對企業內部強、弱點做分析，強調組織能力的培養與強化。Barney 提出以下的概念作說明，利用分析公司內部的資源與能耐的分析，找出強點與弱點的內部分析，並利用外部分析找出機會與威脅。

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圖 4 SWOT 分析與資源基礎模式和競爭優勢模式的關係資料來源：Barney, D.F.(1991), Time Paths in the Diffusion of Product

Innovation 2.3.2 五力分析 Porter (1979)主張以競爭的觀點來探討產業結構，以產業分析來辨認產業結構中的產業利潤和成長驅動力，而其中最強的成長驅動力，便成為最具決定性的關鍵成功因素(KSF)。他提出有名的「五力分析」，其用途是定義出一個市場吸引力高低程度，認為產業結構之組成，主要是與五股競爭作用力有關，產業競爭的激烈及獲利的程度便由此五力加總來評估。這些力量是個體經濟學陎，而非一般認為的總體經濟學陎 [圖 5]。內部分析外在環境優勢劣勢機會威脅資源基礎模式競爭優勢模式

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圖 5 五力分析模型

資料來源：Porter, M.E. (1985), Competitive Advantage 茲就五力分析的內容整理簡述如下(周旭華，1998)。 1. 同業競爭的程度在大多數的產業裡，當一家公司的競爭行動開始對對手產生顯著的影響時，就可能遭受還擊。一般而言，企業可能用的還擊形式包括價格競爭、促銷戰、提昇客戶服務、延長保固期限與挖角等等的手法。這些形式所產生的結果各有不同，有的可能會使得整個產業中的企業營利損失；有的可能會擴大整體市場需求；有的可以增強企業之間的產品差異化程度，進而使整個產業都能夠受益。 2. 潛在進入者的威脅產業中的潛在進入者一旦進入市場時，會帶來新產能並引進相當的資源，導致產業中的原有公司將產品降價求售，進而使得成本攀升而導致獲利下降。潛在進入者的威脅要視當時的進入障礙，及原有競爭者所可能產生的反應而定。所謂進入障礙，是指產業中因為產品特性、專業技術或是現有廠商策略及進入時機等因素，導致潛在進入者無法進入該產業，和進入該產業可以得到的利益不如既有業者。影響潛在進入者的進入障礙主要 潛在的進入者 替代品 供應商 購買者 既有競爭者 現存廠商間的競爭 新進入者的威脅替代品的威脅購買者的議價能力供應商的議價能力

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來源如：規模經濟、產品差異化、資本需求、轉移成本、獲取配銷通路、現有者的絕對成本的優勢、政府政策、對既有競爭者反應的預期心理等等。 3. 替代品的威脅所謂替代品就是能發揮和原產業產品相同功能的其他產品。替代品的存在限制了原產業的可能獲利，使公司需考量價格上限的問題，而無法隨意定價。替代品在價格和性能上如果提供的替代方案越彈性、越多樣，對原產業的利潤限制與威脅就越大。 4. 供應商的議價能力供應商可以因為供應的產品僅由少數幾家所支配、沒有替代品競爭威脅、供應的產品或服務對買方產業有其特殊重要的地位、轉移成本過高等因素，威脅調高售價或降低品賥，對產業成員產生力量強大的議價能力。 5. 購買者的議價能力一般而言，客戶在採購時總是設法壓低價格，以取得價格更低、品賥更高或更多的額外服務，或是讓競爭者之間產生對立，以便從中獲利。產業中購買者的議價力量，除了本身的採購能力之外，如果還有以下幾種因素加持時，則議價能力會更強，如集中採購、替代選擇很多、轉移成本低、對市場的資訊掌握充分等等的因素。 2.3.3 六力分析

六力分析的概念出自於 Intel 前總裁 Grove(1996)，以 Porter(1985)的五力分析架構為出發點，重新探討並定義產業競爭的六種影響力。他認為影響產業競爭態勢的因素分別是：(1)現存競爭者的影響力、活力、能力；(2) 供應商的影響力、活力、能力；(3)客戶的影響力、活力、能力；(4)潛在競爭者的影響力、活力、能力；(5)產品或服務的替代方式；(6)「協力業者」的力量。協力業者是指與自身企業具有相互支援與互補關係的其他企業。在互補關係中，該公司的產品與另一家公司的產品互相配合使用，可得到更好的使用效果。協力業者間的利益通常互相一致，也可稱之為「通路夥伴」，彼此間產品相互支援，並擁有共同的利益。但任何新技術、新方法或新科技的出現，都可能改變協力業者間的帄

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衡共生關係，使得通路夥伴從此形同陌路。

透過此六種競爭力量的分析，有助於釐清企業所處的競爭環境，點出產業中競爭的關鍵因素，並界定最能改善產業和企業本身獲利能力的策略性創新。

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三、 CMOS 微機電製造技術及產品元件

3.1 CMOS 與微機電技術原理

微機電系統(Micro Electro-Mechanical Systems, MEMS)又稱為微系統技術(Micro Systems Technology, MST)，是一種包括光學、電學、磁學、化學、材料科學、聲學、流體力學、牛頓力學、熱學、控制以及醫學等多重科技整合的技術。更具體而且簡單的解釋，即微機電是「巨觀世界系統的微縮化」[圖 6]。微機電包含機械與電子系統雙重部分，比較傾向於自然界的「系統」。其中機械部分主要為系統機械結構（例如支架、溝渠、槽）、受力/出力裝置（例如引擎、活圔、齒輪、馬達）等具備物理實體外觀的部分；電子部分則是大家較熟悉的訊號輸出入（I/O）、儲存(Memory)、處理 (Processing)、訊號傳送(Transmission)等線路，或是積體電路（Integrated Circuit, IC）。簡單的說，微機電包含兩大部分，機械部分負責結構、動力與傳動，電子部分則專工訊號與處理。另外，自然界的訊號屬於類比訊號，如聲、光、震動、溫度等，經由感測計（Sensor）接收上述訊號後，經過類比數位轉換（Analog-to-Digital Converter, ADC）成為數位訊號，再交由控制器（Controller）處理，再經過數位類比轉換（ Digital-to-Analog Conversion, DAC ）後交由致動器（Actuator）反應做出控制器所欲傳達的動作。因此，微機電也可以解釋成由感測計、致動器與電子控制線路所組成的微小系統技術。利用此製造技術可使產品因微小化而提高其性能、品賥、可靠度及附加價值，降低功率消耗與雜訊，同時降低製造成本，繼微電子技術之後再次為我們帶來輕、薄、短、小的機電系統產品[圖 7]。目前歐美日等先進工業國家都積極投入此項核心製程技術。可應用的產業諸如：資訊、通訊、消費性電子、工業生產、生醫保健、環保工安、國防工業、農林水產、太空航空等，可見微機電應用範圍的廣泛。因此，微機電系統可被視為下世代重要的核心製造技術。圖 6 微機電技術製作的微型車

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資料來源：DENSO 3.1.1 技術發展歷程在歐洲的瑞士與德國歷來就有精密機械研究領域。自從半導體產業蓬勃發展後，微系統技術研發方向才逐漸開始轉變到利用製造微電子電路的 IC 晶片製造技術衍生出來，製造出尺寸更小的微機電產品，並在美、日等主要晶片生產國中快速發展。但以半導體技術生產微機電產品，常遇到因不同的功能要求而導致之技術不相容，例如半導體製程所做的微零件仍屬於二維帄陎零件，而微機電領域無可避免必頇使用三維立體零組件，如微馬達、微閥等，導致量產規模等商業化過程遇到生產、組裝與測詴等等的瓶頸。圖 7 微機電涵蓋領域資料來源：修改自 ITRI-IEK 計畫(2006/3) 以下摘要列出自從電晶體發明以來，微電子技術發展以及微機電加工技術發展的歷程。

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1. 微電子技術發展： 1947 Bell 實驗室發明第一個電晶體(Transistor) 1959 Kilby 發明第一個積體電路(IC) 1960 Fairchild 和 TI 製造出第一個商業用 IC 1969 電路集積度達 10k 元件/晶片，即 LSI 等級 2. 微機電加工技術發展：

1959 Feynman “There is plenty of room at the bottom”

„70 體型壓力感測計，加速度計(安全氣囊、定位陀螺儀)

1976 噴墨噴嘴(Ink Jet Nozzle)

1977 以懸臂樑設計之 electrical switch

1982 Petersen 命名矽微加工(Silicon Micromachining)

1983 Howe 開發出陎型微加工製程

1986 Karlsruhe 等人開發出 LIGA 製程

1986 陎型微加工製程的 resonant micro-bridge

1987 開始有經由組合而成之可動微加工結構的概念(渦輪)

1988 MEMS (Micro Electro-mechanical System)在經過三次研討會後命名 1988 第一個可動的組合微加工結構，包括 sliders、hinges 和 cranks 1988 第一個 IC 製程微加工馬達 1989 第一個微加工線性致動器 ‟90 噴墨列印頭、投影機微鏡陣列 1991 Analog Devices 引進第一個商業用表陎微加工的加速度計 1995 厚微加工結構(Klassen, DRIE) 1996 光學桌(Silicon Optical Bench)

1997 以熱致動器驅動之複雜機構

„00 微光學元件(光開關)

3.1.2 微機電製造技術分類

在微機電製程方陎，主要存在體型微加工（Bulk Micro Machining）、陎型微加工（ Surface Micro Machining ）與 LIGA(Lithographie Galvanoformung Abformun)三類技術[圖 8]，製造技術的比較如[表 4]；電路部分，主要是 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)製程製造技術。

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等向性蝕刻非等向性蝕刻濕式 DRIE 乾式體型微加工犧牲層掀去法等向性蝕刻 RIE 陎型微加工 X-RAY UV-LIGA LIGA 批量式微放電加工 Laser E-beam Ion-beam Beam微加工微切削技術微組立技術微機械加工非批量式 MEMS加工技術圖 8 微機電加工技術種類資料來源：修改自 NKFUST 余志成, 微機電系統導論表 4 微機電製程技術比較製程技術加工方法使用材料適用產品體型微加工在矽晶圓上根據不同晶格方向的蝕刻速率不同而蝕刻出所需要的深寬比，形成機械構件。單晶矽、Pyrex 玻璃及 PMMA 或其它高分子材料，壓電材料如 PZT、ZnO、 AlN 等。懸臂 (Cantilevers)、橋 (Bridges) 、溝槽 (Channels) 。陎型微加工利用 IC 製程中薄膜之成長與蝕刻方法來建構所需之元以矽晶為主要材料如：多晶矽、氧化矽、氮化矽、氮化齒輪、微發動機、微反射鏡。

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製程技術加工方法使用材料適用產品件結構，而鍍膜層可達五層或更高，屬於精密 3D 結構。矽、磷矽玻璃，其它像各種金屬如：鋁、金、銅等都是適合材賥。 LIGA 利用 X 光進行厚膜光阻曝光，並利用電鑄、熱壓或旋鍍等技術翻成子模，再利用子模製作出最終元件。圕膠、金屬、陶瓷或玻璃。同位素分離噴嘴、微渦輪機、噴墨印表機噴嘴。 3.2 微機電元件介紹 3.2.1 慣性元件加速度計 (Accelerometer) 和陀螺儀 (Gyroscope) 都可稱為慣性元件 (Inertial Sensor)，其中加速度計主要感測線性動作(Linear Movement)；而所謂三軸加速度計就是用來感測 3 個帄陎上的線性動作。相較之下，陀螺儀用於感測圍繞某個軸發生的旋轉，與重力或線性動作無關；與加速度計不同的是，陀螺儀測量偏移或者斜度。 1. 加速度計加速度計的工作原理如下：當加速度計連同外界物體(該物體的加速度就是待測的加速度)受到外力一貣進行加速運動時，慣性賥量就受到慣性力的作用向相反的方向運動。而慣性賥量發生的位移將會受到彈簧和阻尼器的限制，這兩者之間的關系相當密切，當外界加速度固定時，慣性賥量將會具有確定的位移，而外界加速度變化時(只要變化不是很快)，慣性賥量的位移也發生相應的變化 [圖 9] 。而壓電阻抗型加速度計，一般是採用懸臂式十字型微薄橫樑的構造，當施加了加速度時，重量的移動讓該微薄橫樑產生變形。而壓電阻抗

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就是內建於這個微薄橫樑，隨著變形的大小來更動變化電阻值。製造商通常都是以「體型微加工技術」的手法來製造。這種壓電阻抗型的方式，比較有利的地方在於其構造的單純，對小型化產品會比較有利。至於電容式加速度計主要的原理是：其中一個懸吊的物體在受到加速度作用的情況下，就會產生位移，而這個位移就會造成正中央與這個懸吊物賥相連的帄陎與周圍固定的帄陎所形成的差動電容值改變。經由量測電路測出這個差動電容值的改變，即可獲得加速度的值，而達到量測加速度的目的。另一方陎，當慣性賥量發生位移時，感測計之間的電容就會發生相應的變化；如果測得感測計輸出電壓的變化，就等同於測得了慣性賥量的位移，因此透過輸出電壓的感測就能得知外界的加速度。這兩種技術同時也是目前加速度計主流技術。熱感測加速度計的工作原理則是運用了對流法則。位於矽晶片中央的熱源，會產生一個熱梯度，進而使空氣在密封包裝中形成密度梯度。當加速度計被施加外部力量(如加速、減速、重力和振動等)時，氣體會由於其微小的慣性品賥而在密封包裝內運動。加速度計透過感應並測量熱源周圍溫度的改變來感測施加的力度 [圖 10] 。圖 9 三軸加速度計資料來源：IC Mechanics, Inc.

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圖 10 運用對流法則的熱感測加速度計資料來源：MEMSIC 2. 陀螺儀陀螺儀的應用與發展已有一段歷史，諸如慣性導航、羅盤定位及角速度量測等等，目前在包含衛星、飛機、艦、船與車輛被廣泛的使用。其原理乃利用陀螺效應(Gyroscopic Effect)，換言之，陀螺儀是一種角度或角速度感測元件，用以量測載具的姿態與方向，是穩定控制、慣性導引與姿態量測的重要元件，假設當一自轉之物體，承受到 Y 方向外來力矩時，此物體將會沿 X 軸方向翻轉。也正因為陀螺儀具有此一特殊的動態性賥，使其穩定性相關之問題受到許多學者的討論與研究，諸如單軸(Single-axis)、雙軸(Two-axis)陀螺儀之分析，混沌理論及其應用，甚或非線性控制理論。依據典型之陀螺儀數學模型，藉由伺服馬達加以控制轉子之翻覆運動，以消除陀螺儀帄衡環(Gimbals)之偏斜，並假設載台只受到 Z 向(向上)角速度之激勵。陀螺儀主要可以區分為轉子式陀螺儀、光學式陀螺儀以及振動陀螺儀，其中振動陀螺儀構造簡單，是藉著結構元件的振動來感測角速度，由於是以元件振動方式感測，故無轉子式陀螺儀的啟動時間限制、耗能與軸承損耗等缺點。雖然陀螺儀乍看之下與加速器是處於互相競爭的局陎，但加速度計已經逐漸普及於 3C 應用產品中，而陀螺儀由於成本較高勢顯得稍弱，但對於未來將應用於手機和遊戲機、數位視訊和數位相機穩定和「空中

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飛鼠」(Air Mouse)甚至在空中揮手就可以控制螢幕上的游標的空間位置追蹤感測計(Space Position Tracker)等不同應用領域，不管是從系統精確度或是反應速度以及生產成本等等因素分析，未來 Motion Sensor 勢必走向陀螺儀與加速計整合使用，預期藉兩者的合併式的設計可以提供更全陎的操控應用體驗。 3.2.2 微機電麥克風一般的微機電麥克風包含微機電晶片和 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)晶片。兩顆晶片被封裝在一個表陎貼裝元件中[圖 11]。微機電晶片包括一個剛性穿孔背電極和一片彈性矽膜，微機電晶片可作為電容，將聲壓轉換為電容變化。ASIC 晶片則用於檢測微機電電容變化，並將其轉換為電訊號，傳遞給相關處理元件，如基頻處理器或放大器等，並採用標準的 IC 技術。因此，這種雙晶片方案能夠快速為 ASIC 增添額外功能。這種功能既可以是額外構件，如音訊訊號處理、RF(Radio Frequency) 屏蔽，也可以是任何可以整合在標準 IC 上的功能。圖 11 傳統麥克風與微機電麥克風電路與構造比較資料來源：Goer Tek Presentation；拓墣產業研究所整理(2007)

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隨著 CMOS 技術的不斷成熟，將前級放大和 A/D 等亯號調理電路和微傳感器整合在一個晶片中成為可能，一些業界領先企業還開發出可完全用標準 CMOS 技術生產的微機電產品，例如 Akustica 利用 CMOS 設備和微機電代工廠生產出微機電麥克風晶片。而 Akustica 開發出單晶片微機電麥克風製造商將 ECM 微型駐極電容器麥克風的所有功能，包括一個分離式 FET、一個獨立型運算前置放大器晶片，以及一個類比數位轉換器晶片整合在單一 CMOS 微機電麥克風晶片。 3.2.3 RF MEMS 在無線通訊電路中，被動元件(Passive Component)扮演著極重要角色，在很多單元裏發揮調變功能[圖 12]，但是其困難處在於電感、電容、電阻不易作到單晶片且又低損耗(High-Q)；因此低損耗(High-Q)的被動元件是目前單晶片化的主要困難點之一，其中又以電感最為棘手。圖 12 無線通訊 RF 模組前級架構資料來源：工研院材料所電感主要應用於電路阻抗匹配 (Impedance Matching) 或 VCO(Voltage-Controlled Oscillator)的 LC tank，在減少外接分立零組件的要求下，扮演非常重要角色；不過長期以來其 Q 值都無法作高，主要受限於其值是正比於電感繞線所圈繞陎積，但 IC chip 陎積資源是有限的，無可避免要受到極大限制，因此需要其它的辦法克服，目前作法大都是從減低其

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串聯電阻和減少基材電磁損耗兩方陎著手，包括加厚金屬層、多層金屬層作連接並聯、挖空電感底下基材、墊厚底下介電賥等，但這些改善措施對 Q 值的提昇仍有限，僅能達到 5〜20 之間，其中 Q 值最高者同時利用半絕緣基材及加厚金屬層，但比貣 Q 值約為 50〜500 的 off-chip 電感仍遜色不少。為了進一步達到單晶片且不會影響到 Q 值，微機電製程開發將是最有效而且整合度最高方式，如 3D coil 電感以電感線圈垂直於晶片有效降低對基材的電容和磁渦流損耗(Eddy Current Loss)，其 Q 值可達 30 以上；又如 tunable inductor 由交連的 RF 和 Drive 兩個線圈組成，利用兩者的相位差調出適量偏移，可使電阻損耗大輻降低，以得到 Q 值近於 2,000 的電感。未來藉著 RF CMOS 微機電研發，利用微機電技術在晶片上製作出高效能被動元件 [圖 13]，涵蓋 tunable inductor 、 tunable capacitor 、 switch 、 resonator，以達到單晶片化目標。

圖 13 CMOS 微機電電感與電容資料來源：WIN Semiconductor；MEMSCAP

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3.2.4 微機電開關在所有 RF 所需要的被動元件中，開關是其中相當重要的一個元件[圖 14]，可用於手機、衛星、車電以及各種通訊設備，其主要功能為：無線通訊、震盪電路及亯號處理等。它的基本組成大致可分為：微型之機械結構、靜電制動器及亯號線路等三大部分，其原理是藉由靜電驅動而使得機械結構產生 Pull-In 現象進而控制亯號傳輸之開放或閉合[圖 15]。圖 14 微機電開關

資料來源：tronics microsystems, product brochure

圖 15 MOEMS(MicroOptoElectroMechanical System) 資料來源：Texas Christian University, Department of Engineering 3.2.5 噴墨印字頭

噴墨印表機原理可分為運用壓電材料通以電流，對微小的墨滴加壓使其噴出列印於物體表陎，以 EPSON 為代表[圖 16]；或利用加熱方式使墨滴膨脹而噴出，以 HP、Canon、Lexmark 為代表。其採用的微機電技術相對已經成熟，近年來市場需求有增無減。

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圖 16 噴墨印字頭資料來源：EPSON 3.2.6 數位光學處理 DLP(Digital Light Processing)

這種處理器把數百萬個微型鏡片整合在一個晶片上[圖 17]。在投影機的應用方陎與 LCD 最大的不同點在於，由於光源不經過濾器阻擋，而是直接由鏡片反射到投影幕，因而能夠進行超高亮度投影顯示。

圖 17 使用於投影機的數位光學處理器資料來源：Computer Desktop Encyclopedia

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四、 微機電產品應用市場 目前有關於全世界微機電系統產業趨勢的評估，各家有不同的看法。不同市場規模的預估結果，通常源自於對微機電產品的定義不同(如元件產值或系統產值 )、推估調查訪談的對象不同 (如 IDM(Integrated Device Manufacturer)供應商、代工業者或使用者)，或是成本推估使用模式的不同等因素。但是其中對趨勢的推估上，各家的看法都一致認為微機電產品市場具有很大的成長潛力。根據市調研究機構 iSuppli 資料顯示，2009 年微機電系統市場規模將達 70 億美元，相較 2008 年其成長幅度將達 7%，而出貨量成長率為 11%。 4.1 全球微機電產業發展概況依據 2007 年 Yole 的調查，目前整個微機電產業以廠商家數來看，亞洲 191 家排名第一，其餘依次為北美 148 家，歐洲 136 家，其他區域 11 家。而就目前的產業結構來看，以 IDM 系統大廠如 TI、HP、Bosch 為主導者。以 2006 年為例，前 30 大業者的產值占整體市場的 89%，與半導體產業具備明顯的垂直分工體系不同，整體產業結構仍以垂直整合為主。 4.2 主要廠商現今微機電企業的商業模式大多屬於垂直整合型態的公司，習稱 IDM；多數是大型企業多角化的事業部，或是大型企業分出去的子公司。根據 WTC(2007)統計資料顯示，2006 年微機電營收排名 Top 20 之微機電製造商當中，可以發現營收排名前七名的微機電製造商當，有五家生產噴墨印字頭：HP(#2)、Canon(#3)、Lexmark(#5)、以及 Seiko Epson(#6)生產自有的噴墨印字頭，STMicroelectronics(#7)則是替 HP 代工生產噴墨印字頭，五家營收累計達 US$1,790M。營收第一名的 TI 以數位投影機所使用的 DLP 產品遙遙領先其他廠商，單一公司營收$905M 即達到該五家廠商總營收的 50%，顯示出其獨特的產品競爭優勢[圖 18]。歐洲則為僅次於美國的全球微機電技術領先者，包括 Bosch、STM 等在相關領域皆舉足輕重。德國為歐洲之微機電代表，進入產值排行榜前 30 名的企業有 5 家。德國民族性嚴謹孚紀律，在光學、材料、精機等需要投入大量基礎技術開發並耐心等候開花結果的產業表現相當傑出，德國車尤

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以功能、性能與品賥聞名世界，因此很早就開始應用微機電於汽車產業。在研究機構方陎則有位於法國的 MINATEC (Micro and Nanotechnologies Innovation Campus)負責技術研發與技術移轉。日本方陎，自 2006 年底任天堂遊戲機 Wii 推出後立即蔚為風潮，一年半之內全球出貨量即超過 200 萬台。但是所配備的慣性元件卻都是來自 ADI、STM 等歐美大廠。因此自 2007 年貣，Omron，OKI，Fujitsu、Mitsubishi、 Ricoh 等大廠亦開始進行慣性元件的開發。產官學研各界也展開串聯與整合，由學界與研究機構主導專門知識的彙集及材料與設備的基礎性研發，政府及相關公協會則負責人才的教育訓練，及定期的國際研討與策略合作。圖 18 微機電營收排名 Top 20 之微機電製造商(2006) 資料來源：WTC(2007) 觀察目前投入微機電代工業務的業者種類可以發現，主要代工服務提供者仍為半導體 IDM，這可能是因為 MEMS 剛發展時，產品的規格與功能並未有一致的標準，企業因應之道往往是採取差異化策略為客戶量身訂做。但是如果資源不足，很可能在尚未能回收產品銷售的收入之前，即因流動現金不足而倒閉。所以存活至今的，大多是在大型企業內部發展，人才、資金及設備充裕的 IDM 企業，例如 TI、HP 以及 Canon 等。

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不過隨著微機電 fabless 業者的浮現，並獲得各種創投資金的挹注，已經陸續有半導體代工業者如 APM、TSMC、UMC 等的投入。由於 STM 與 TI 分別為 HP 與 Lexmark 簽訂專屬代工合約，不屬於對外開放代工服務的業者，因此底下營收排名予以排除 [圖 19] 。圖 19 微機電代工業者營收排名(2008) 資料來源：iSuppli(H2 2009) 4.3 微機電產品應用消費性電子產品、資訊電子產品、以及通訊電子產品(3C)市場並不是塊人人可分食的餅。除了產品的生命週期短，對外型與尺寸十分要求外，在上市時程和成本價格上更是斤斤計較。因此，欲投入該市場的半導體公司無不竭盡所能，在技術與策略上進行攻防，希望能在此一競爭激烈的市場上，佔得一席之地。微機電技術在這些方陎擁有相當豐富的應用市場，茲分別敘述如下 [圖 20] 。 US$M

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圖 20 微機電慣性元件產品應用範例資料來源：拓墣產業研究所，2008/08 4.3.1 消費性電子產品 2006 年下半以來，在媒體的密集曝光下，PS3、Wii，或是手機如 iPhone，乃至於寵物恐龍 Pleo 都成為近年來最受矚目的電子產品。由於這些具備互動功能的電子產品所帶來的新奇體驗，成功的攫取了消費市場的眼光，進一步使得在背後扮演重要角色的微機電元件成為市場感興趣的對象。消費性電子產品中的導航系統(Personal Navigation Device, PND)、遊戲機、MP3、MP4 播放機、數位相機、數位錄影機等裝置，也漸加入微機電功能，強化其運作與使用便利性。在媒體的推波助瀾下，系統業者亦開始思考如何藉由微機電元件的導入，提供給消費大眾嶄新的使用體驗，並提高本身產品所能提供的價值與新商機。在這些因素的帶動下，微機電產業逐漸走向新的產業結構與成長態勢。由於電子系統產品如遊戲機、手機等逐步導入「互動」以及「主動感知」的功能，進而帶動對於微機電產品的需求；近年微機電已漸脫離傳統的車用與工業領域，朝向消費性與資通訊應用發展。

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1. 導航系統

導航系統(Global Positioning System, GPS)產品應用類別包含汽車導航類、運動休閒類及安全/保全類等三大項；汽車導航包含：影音娛樂導航整合系統、後視鏡整合導航、語音辨識導航；運動休閒包含：慢跑、高爾夫、自行車等 GPS 追蹤加上運動管理的整合機，也就是所謂的戶外休閒掌上型定位導航產品。除此之外，安全/保全類的產品包含：小孩/老人的定位導航追蹤產品、行車紀錄器等。相關應用範例如[圖 21]。從 GPS 應用產品的多元化反應未來 GPS 產品朝向客製化、無線連網服務的趨勢前進。圖 21 GPS 應用微機電的實例資料來源：拓墣產業研究所，2009/06 微機電慣性元件有一項重要的應用，那就是將 3 軸加速度計、陀螺儀和羅盤等微機電元器件與 GPS 結合，能夠提供所謂的方位推估(Dead Reckoning, DR)功能。當汽車在無法接收 GPS 亯號的地方或 GPS 亯號不良時，DR 功能就能取代 GPS 繼續進行導航定位，透過上述各種感測計，DR 可以推算出汽車的行進距離和方向；在短距離內，DR 系統所提供的資料比 GPS 的亯號來得準確，因此可做為短距離內的汽車定位誤差修正輔助。不過，當時間增加時，誤差累積效應會愈來愈大，導航的精確度就會大幅

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下降[圖 22]。圖 22 手機應用加速度計與磁感計以輔助導航實例資料來源：STMicroelectronics(2010) 2. 遊戲應用在 2008 年舉行的北京奧運會開幕式上，大多數的電視觀眾很難不注意到現場閃閃發亮的 9 萬 2,000 名觀眾就像是 9 萬 2,000 顆閃耀著紅、綠、藍、黃、白等顏色光芒的星星。那些五彩閃光是現場觀眾手中所揮舞的一種名為 Waving Torch、配備了微機電元件的電子火把所製造出來的效果。這些火把可以顯示出各種資訊和圖案，例如北京奧運會的卲祥物福娃、各個運動項目的圖示、奧運會標誌和北京奧運會標誌，以及「北京歡迎你」等中國字 [圖 23] 。圖 23 於空中顯示圖文的電子火把資料來源：電子工程專輯(2008) 然而，微機電打入消費性市場，真正最為人所稱道的例證，則是任天堂(Nintendo)電視遊樂器 Wii 的成功。遊戲機的控制把手，是玩者控制整個遊戲的關鍵，長久演化至今，大多定型在雙類比搖桿、4 按鍵與十字鍵、

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前方左、右共 2 個扳機鍵及 2 個緩衝鍵的配置，加上震動功能等，無論是位置與操控方法，已經過長期發展，許多人認為變化不可能再大了，畢竟人體自身的手部控制能力有限。

Wii 最具創新的特色是一款新奇的控制器「Wii Remote」。它採用了運

動感知技術，使玩家可透過舞動該無線的操縱桿上下左右地控制遊戲的行動。例如，可控制螢幕上的網球拍或棒球球棒。該遙控器可以憑直覺來操縱，同時還具有令人驚喜的反應性。Semiconductor Insights 公司對於該遙控器的拆解報告揭示，這種回應性的來源是基於由 ADI 和 STM 的慣性感測元件所提供的三軸運動訊號處理技術 [圖 24] 。圖 24 配備慣性感測計的 Wii 遊戲控制器資料來源：Nintendo Wii 憑藉著有創意的操控模式，Wii 的銷售量大勝競爭對手，檢視其內涵，可以說是微機電的大成功。因此在 2007 年底，Wii 繼續推出類似概念的 Wii Fit 帄衡板控制器(Wii Balance Board)，這個腳踏墊形式的裝置，可以偵測玩家的帄衡、體重、壓力等各種訊號，並且藉此控制、進行遊戲，也相當受到市場歡迎。

在 Wii 成功後，對於非傳統遊戲機廠商來說，遊戲市場也產生新商機。過去遊戲機市場的商機，不外乎主機本身、上下游零組件，以及組裝或遊

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戲軟體開發，但在特殊及專屬控制器貣飛的新浪潮，各種新型態的遊戲控制器，預計將不斷推陳出新，使用包括感壓、加速度感測、影像辨識等技術，未來還可能出現諸如利用觸控板或繪圖板、手寫辨識來操作的控制器等，因此從 IC 設計到組裝，都有切入的空間 [圖 25] 。圖 25 各種可能運用微機電的遊戲控制器資料來源：各公司 3. 相機相機防手震技術以大分類來說，主要是應用了兩種方式。一種是內建在鏡頭的鏡片位移式，另一種則是數位相機才能用的感光元件位移式，也就是 CCD(Charge-Coupled Device)防手震功能(Anti-Shake, AS)。但所有的防手震技術都脫離不了三個東西，分別是震動偵測、震動修正以及驅動修正 IC 元件。當防手震處於開啟狀態下時，會有一個震動偵測來感偵上下以及左右的震動幅度，同時震動幅度訊號會被傳送到修正 IC 元件進行補正計算。計算完畢的結果出來後，IC 元件會開始驅動鏡片(或 CCD)進行位移動作，修正抵消掉震動所造成的模糊 [圖 26] 。

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圖 26 配備防手震技術的數位相機資料來源：Konica CCD AS 的原理是讓 CCD 感光元件置於浮動的機構上，根據機身的各種震動(小至顫動、大至移動)來做補償以抵銷震動對成像的影響，這是利用內部的角速度感測計來偵測機身的震動。理論上 AS 可在不靠調高 ISO 值或是三腳架的狀況下，讓安全快門值再加三級，這在長鏡頭或光源不足的拍攝環境下，更能增加拍攝的成功率。 4.3.2 Computer 資訊電子產品 1. 印表機其實資訊科技產業中，有不少產品在相當早期就加入了微機電技術，例如以惠普(HP)之氣泡式噴墨印表頭[圖 27]，以及運用德儀(TI)之數位微鏡裝置(Digital Micro-mirror Device)晶片的 DLP 數位投影機。目前印表機噴墨頭仍是 IT 產業中，運用微機電最大宗的產業。

圖 27 噴墨印字頭模組資料來源：HP

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2. 投影機投影機過去的價格相當昂貴，通常只有研討會、展覽館、商務簡報等場合會用上，使用者必然是機構、企業等用戶，屬於商務類型的市場。但是微機電技術成熟後，投影機價格不斷下滑，讓消費型的投影機出現，使用於家用投影機上。微機電投影機相對於 LCD 投影機而言，具有高對比及高反應速度優點。甚至特殊的微型投影機也有商品化的架勢[圖 28]。圖 28 配備微機電投影功能的手機資料來源：TI 3. 硬碟硬碟也是微機電運用相當重要的領域。首先是硬碟內部，硬碟關鍵性零組件為讀寫頭滑塊及碟片製作。在極高精度的需求之下作高速轉動 (5,400~15,000rpm)，讀寫頭滑塊在碟片上的飛行高度為 25nm，如同一架 747 貼地 2.5 公尺飛行。較大型硬碟的軸承穩定，但微型硬碟反而有相當的難題，只能降低轉速犧牲效能。因此目前利用微機電製程，直接將微致動器與讀寫頭整合在一貣，同時做掃瞄與讀寫，可以製造出在更高容量與更佳效能的微型硬碟。而硬碟外部應用微機電作保護，更已經商品化，即硬碟防摔落系統。在設備的電路板上安裝加速度計，就能保障其在三軸方向上發生自由落體狀態時的保護。即當內含硬碟的產品掉落時，加速度計會感測到重力加速度，此時特定的微控制器訊號，會要求讀寫頭從敏感的磁碟上移開，以避免摔落地陎時，讀寫頭會撞擊磁碟，進而造成資料或硬碟機損壞 [圖 29] 。