微系統技術(Micro Systems Technology)是一種結合半導體技術與超精密加工技術的前瞻技術。由於微系統技術產品及技術具有可以低成本、大量生產製造﹐可減少體積、重量及能源消耗﹐高功能性﹐能提高可靠性及強韌性等優點﹐因此﹐被認為將是二十一世紀產業技術的主流項目。

微系統技術之應用範圍很廣泛﹐涵蓋汽車工業、資訊產品、生醫應用、通訊產品、環保應用、航太工業、家庭及保全應用等。起初微系統技術主要應用於汽車工業﹐預計未來五年內資訊、通訊、消費電子(3C)★(甚至生醫領域)都會是主要的應用對象。

MEMS在3C電子也非常分散﹐沒有完全主導的產品或元件﹐只能得知非常粗略的市場輪廓。所以﹐本文選擇將MEMS研究重點專注在探討3C中資訊中的Inject head 和通訊中的Optical Switch這兩項應用元件﹐將Inject head當做MEMS成熟典範來看﹐而Optical Switch則是全球最被看好卻必須密切觀察的明星產品﹐兩者對台灣也都十足具有指標性﹐而且也都有相當多的廠商競相投入。

最後觀察MEMS在3C中的挑戰與因應﹐從為何需要RF-MEMS﹖具有挑戰的RF-MEMS元件有哪些﹖並觀察MEMS-DMD技術(20多年)發展軌跡﹐以期從中獲取MEMS發展經驗﹐未來可依此研究背景繼續深入探索應如何在成長快速的RF中找到MEMS穩立不搖的利基。

本章也針對我國MEMS研發進行整體策略思考﹐並建議MEMS代工模式應走垂直整合路線﹐初期先擅用集團豐厚資源發展成MEMS-IDM型態﹐等MEMS產業真正全面開展時再進行分工。

====章節目錄====

第一章　緒 論 1-1
　第一節 研究緣起 1-1
　　一、引言 1-1
　　二、全球MEMS整體市場 (2000-2005) 1-1
　　三、全球MEMS元件市場 (2000-2005) 1-4
　第二節　研究範圍 1-6
　第三節　研究架構 1-7
第二章　MEMS-Inject head 2-1
　第一節　前言 2-1
　　一、目前的電腦列印技術﹕Inject印表機仍為第一主流 2-1
　　二、本文重點﹕MEMS-Inject head 2-1
　第二節　MEMS-Inject head的分類﹕Bubble、Pezo 2-2
　　一、Bubble (熱氣泡) Inject head 2-2
　　二、Pezo (壓電式) Inject head 2-3
　第三節　MEMS-Inject head的市場性 2-4
　　一、MEMS-Inject head技術現況 2-4
　　二、MEMS-Inject hea市場區隔 2-4
　第四節　MEMS-Inject head薄膜結構及驅動原理 2-5
　　一、MEMS-Inject head薄膜結構 2-5
　　二、Inject head之驅動原理 2-8
　　三、MEMS-Inject head驅動模擬 2-10
　第五節　MEMS-Inject head的問題與改進 2-11
　　一、引言 2-11
　　二、墨滴頻率 2-11
　　三、相互交談(CrossTalk) 2-12
　　四、衛星墨滴 2-13
　　五、墨水再填充與墨水阻塞問題 2-13
　　六、Inject head墨水槽的進氣裝置 2-13
　　七、電擊頭端的熱應力 2-14
　　八、結語 2-15
　第六節　結語 2-16
第三章　MEMS Optical Switch 3-1
　第一節　前言 3-1
　　一、網路現況 3-1
　　二、需求 3-2
　　三、趨勢 3-2
　　四、Optical Switch關鍵技術及優點 3-3
　　五、MEMS-Optical Switch主要技術 3-4
　　六、結語 3-7
　第二節　MEMS-Optical Switch的市場性 3-8
　　一、前言 3-8
　　二、Optical Switch在光學網路的應用範圍 3-9
　　三、Optical Switch 優異性之衡量指標 3-10
　　四、MEMS Optical Switches在MEMS中的市場(1999-2004) 3-12
　第三節　Free Space MEMS Optical Switch的設計和優點 3-14
　　一、引言 3-14
　　二、Optical Switch的設計與改良 3-15
　　三、MCNC-MUMP製程製作 3-18
　　四、Optical Switch的性能-1 3-19
　　五、Optical Switch的性能-2 3-20
　　六、Optical Switch的性能-3 3-21
　　七、Optical Switch的性能-4 3-22
　　八、結語 3-22
　第四節　分析Optical Switch的Ports (埠數)擴充性 3-23
　　一、引言 3-23
　　二、光束相關的基本定義 3-23
　　三、最佳大小的高斯光束 3-23
　　四、不同的鏡面半徑及光束大小的情況 3-24
　　五、使用適當鏡面大小／模組組合技術 3-25
　　六、不同鏡面半徑之失配角度造成的額外損耗 3-26
　　七、角度失配效應 -27
　　八、結語 3-27
　第五節　提升Optical Switch的網路功能 3-28
　　一、引言 3-28
　　二、光學網路橋樑 3-28
　　三、整合信號監視 3-31
　　四、雙向網路的連接對稱性 3-35
　第六節　MEMS在光通訊的潛力的元件 3-38
　　一、前言 3-38
　　二、Tunable Laser (可調變雷射光源) 3-40
　　三、Tunable Filter (可調變之光濾波器) 3-41
　　四、Gain Equalizer (增益等量器) 3-43
　　五、Ring Resonator (環形共振器) 3-45
　　六、Optica1 Modulator (光調變器) 3-47
　　七、結語 3-49
　第七節　結語 3-50
　　一、MEMS Optical Switch尚待突破的技術 50
　　二、MEMS Optical Switch的競爭技術 3-53
　　三、結論 3-56
第四章　MEMS在3C中的挑戰與因應 4-1
　第一節　引言 4-1
　第二節　為何需要RF-MEMS﹖ 4-2
　　一、引言 4-2
　　二、為何需要RF-MEMS﹖ 4-4
　　三、結語 4-7
　第三節　具有挑戰的RF-MEMS元件 4-9
　　一、微切換器(Switch) 4-9
　　二、可變電容(Tunable Capacitor) (Varactor) 4-15
　　三、共振子(Resonator) 4-19
　　四、積體波導電路 4-23
　　五、電阻、電容、電感 4-24
　第三節　MEMS-DMD技術演進－鑑往知來 4-25
　　一、引言 4-25
　　二、MEMS-DMD發展歷史回顧 4-25
　　三、MEMS-DMD畫素之組合結構 4-27
　　四、SRAM CMOS定址電路製程 4-28
　　五、MEMS-微鏡片超結構製程 4-29
　　六、DMD畫素單元之結構設計發展流程圖 4-32
　　七、結語 4-36
　第四節　台灣MEMS廠商狀況 4-37
　　一、引言 4-37
　　二、興隆發電子－MEMS-LIGA 4-37
　　三、倍強科技－MEMS-RF, Optical, Foundry 4-38
　　四、亞太優勢系統公司－MEMS-RF, Optical, Foundry 4-40
　　五、華新麗華－MEMS-RF, Optical, Foundry 4-42
　　六、結語 4-43
　第五節　結語 4-44
第五章　結論與建議 5-1
　第一節　引言 5-1
　第二節　我國MEMS研發整體策略初探 5-2
　　一、前言 5-2
　　二、我國政府推動升級的十大新興工業 5-3
　　三、我國經濟部之生技製藥產業之發展方向與策略產品領域 5-4
　　四、結語 5-5
　第三節　MEMS代工模式的反思…應走垂直整合路線 5-6
　　一、引言 5-6
　　二、純代工模式並不適用 5-6
　　三、真正脫穎而出的代工廠商 5-6
　　四、台灣應揚棄只做代工的心態 5-7
　　五、不景氣之下…中型公司較有生存利基 5-7
　　六、結語 5-8
　第四節　結語 5-9
第六章　參考文獻 6-1


====圖目錄====

圖1-1　EM整體市場(2000~2005) 1-2
圖1-2　全球MEMS應用市場分布(2000~2005) 1-3
圖1-3　全球MEMS應用市場比例(2000~2005) 1-3
圖1-4　本專題研究架構 1-7
圖2-1　Bubble Inject head的三種型式 2-3
圖2-2　前射式Bubble Inject head的薄膜構造 2-7
圖2-3　Pezo Inject head的薄膜構造 2-8
圖2-4　Bubble ／壓電Inject head的電力脈衝 2-9
圖2-5　Inject head儲墨槽的氣泡產生器 2-14
圖3-1　MEMS-Micromirror Optical Switch (2D示意圖) 3-5
圖3-2　MEMS-Micromirror Optical Switch (3D示意圖) 3-6
圖3-3　MEMS- Microfluidic Optical Switch機制示意圖 3-7
圖3-4　MEMS Optical Switches在MEMS中的市場 (1999-2004) 3-13
圖3-5　Free Space MEMS Optical Switch Array 3-15
圖3-6　微致動自由旋轉開關振鏡 3-16
圖3-7　SDA (Scratch-Drive Actuators) (抓式致動器)的操作原理 3-17
圖3-8　抓式致動器鋸齒狀邊緣可以減低靜 摩擦力 3-18
圖3-9　8x8 Free Space MEMS Optical Switch Array的SEM照片 3-18
圖3-10 微致動開關振鏡的SEM照片 3-19
圖3-11 Optical Switch的推桿立起時之SEM照片 3-19
圖3-12 微致動振鏡的切換反應圖 3-20
圖3-13 Free Space中MEMS-Optical Switch之PDL (與入射光波長的關係) 3-22
圖3-14 不同鏡面半徑之損耗與傳播距離關係圖(考慮﹕鏡面半徑／高斯光束腰寬(比值)a=R/ w0=1.5) 3-25
圖3-15 不同鏡面半徑之失配角度與額外損耗關係圖(使用32x32的開關結構，不同鏡面半徑的a值已經最佳化) 3-26
圖3-16 角度失配效應理論與實驗結果 3-27
圖3-17 光學交錯(OXC)網路的橋式運作 3-29
圖3-18 兼具橋式功能的Free Space MEMS Optical Switch 3-30
圖3-19 兼具橋式功能的Free SpaceMEMS Optical Switch (SEM照 片) (製作於1cmx1cm的矽晶片上) 3-30
圖3-20 光學信號監測系統﹕OCCIS 較OTS回復速度快 3-32
圖3-21 具信號監視功能的Free SpaceMEMS光學連接 3-33
圖3-22 光偵測器與分光鏡模組的SEM照片 3-34
圖3-23 光偵測器Eye-Diagram(2.5Gb/s時) (上方波形﹕光偵測器的響應)(下方波形﹕輸入的調變信號) 3-34
圖3-24 光學對稱連接架構圖 3-35
圖3-25 Free Space MEMS Optical Switch對稱連接－節點度為2 (上視照片) 3-36
圖3-26 Free Space MEMS Optical Switch對稱連接－節點度為3(六邊形) 3-37
圖3-27 光纖通訊網路與微光機電系統元件之關聯 3-39
圖3-28 垂直共振腔面射可調變型雷射 3-41
圖3-29 以Mechanics AntiReflect Switch (MARS) (機械式反反射開關)製作Tunable Filter (可調變之光濾波器) 3-42
圖3-30 FDFA光放大頻譜圖 3-44
圖3-31 以MARS原理製作的EDFA 3-44
圖3-32 結構剖面圖 3-45
圖3-33 Ring Resonator共振原理 3-46
圖3-34 Ring Resonator (Lucent Technologies) 3-47
圖3-35 Mechanics AntiReflect Switch (MARS) (機械式反反射開關) (Lucent Technologies) 3-48
圖3-36 MicroMechanical Grating的光調變器 3-49
圖3-37 3D MEMS Optical Switch (Lucent Technologies’ Lambdarouter) 3-52
圖3-38 液晶光開關系統 3-54
圖3-39 全像光開關系統 3-54
圖3-40 熱光式光開關系統 3-55
圖3-41 聲光式光開關系統 3-56
圖4-1　精工儀器(Seiko Instrument Inc.﹔SII)手錶型行動電話(穿戴式資訊
產品) 4-3
圖4-2　Siemens三頻迷你手錶型手機(Wristphone) 4-4
圖4-3　微機電技術可取代之無線通訊元件 4-7
圖4-5　固態電子微切換器與微機械式切換器的性能比較 4-11
圖4-6　電阻式微機械式切換器 4-13
圖4-7　電容式微機械式切換器 4-13
圖4-8　間距調整式可變電容 4-17
圖4-9　調整重覆面積區域式可變電容 4-18
圖4-10 寬頻的LC濾波器 4-19
圖4-11 垂直式微共振子 4-22
圖4-12 側向式梳狀驅動器微共振子 4-22
圖4-13 薄膜體型聲波共振子 4-23
圖4-14 MEMS可變形鏡面元件 (Deformable Mirror Device) 4-27
圖4-15 MEMS-DMD畫素之組合結構 4-28
圖4-16 DMD畫素之解剖結構 4-29
圖4-17 數位微鏡元件 (Digital Micromirror Device) 4-30
圖4-18 DMD製程、封裝、測試之操作流程示 4-31
圖4-19 DMD畫素單元之結構設計發展流程圖 4-32
圖4-20 Hidden Torsion Hinge (藏匿型力矩絞鏈)、Yoke (軛形架)的SEM 4-34
圖4-21 DMD面板規格之發展時程圖 4-35


====表目錄====

表1-1 全球MEM應用市場分布(2000~2005) 1-2
表1-2　 全球MEMS元件市場(2000-2005) 1-4
表1-2　 全球MEMS元件市場(2000-2005)-續 1-5
表2-1　 MEMS-Inject head應用區隔比例 2-5
表2-2　 未來2、5 、10年MEMS-Inject head的技術需求 2-16
表2-3　 MEMS-Inject head尚待加強的技術能力 2-17
表3-1　 光通訊開關在光學網路中的應用範圍 3-10
表3-2　 Optical Switch (光通訊開關)優異性之衡量指標 3-12
表3-3　 MEMS Optical Switches在MEMS中的市場 (1999-2004) 3-13
表3-4　 光源種類性質之比較 3-40
表3-5 Optical Switch的其他(非MEMS)競爭技術 3-56
表4-1　 MEMS-DMD的發展歷史 4-26
表4-2　 比較MEMS-DMD之Deformable／Digital Mirror Device 4-27
表4-3　 倍強科技公司簡介 4-40
表4-4　 亞太優勢系統公司簡介 4-41
表4-5　 亞太優勢系統公司合資狀況 4-41
表4-6　 華新麗華公司及其微機電小組的發展狀況 4-42