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製造技術突破 性能躍進 MEMS及感測器將加速物聯網普及

人類正在見證一個全新的物聯網 (IoT) 世界,也由於人工智慧 (AI) 技術的強勢崛起,使得物聯網能夠更快速地走入日常生活應用之中。台積電日前更已預測物聯網將成為全球半導體產業成長的驅動引擎之一。

 

而物聯網能夠快速普及的主要原因之一,便是由於多樣與高性價比之微型感測器的普及,以及具備創新功能的微感知系統。有鑑於感測設備的快速發展,傳統的工業、商業、市場模式,甚至是人類生活樣貌都將迅速改變。

 

微機電系統 (MEMS) 結合了半導體製程技術與精密機械技術,來製造微小元件及功能整合的微系統。目前微機電系統是世界各國皆積極投入的一個新興領域,據研究機構 IC Insights 的數據報告指出,使用微機電系統技術製造的產品預期將占 2018 年 93 億美元半導體感測器市場的 73%。

 

可以想見,在未來不僅是如智慧家電、穿戴裝置等消費性產品市場將能夠看見微機電系統感測器的滲透率逐漸升高,在工業應用場域中,也能看見對於製造工具機對於感測器導入的需求日亦增加,以加速工業自動化發展。而此趨勢也將帶動微機電系統感測器由功耗、體積、成本為首要的設計需求,轉向更為注重耐用性與可靠度,以符合工業製造領域對於感測器的需求。

 

不僅是感測設備應用切入角度將影響市場發展,同時微機電系統與感測器的封裝與製程技術也正在迅速精進之中。
 

New call-to-action

 

在智慧型手機出現之後,各產業界皆持續在探討下一個消費型電子的殺手級應用為何。台積電感測器和顯示器業務開發高級總監劉信生認為,物聯網將是人類生活的「下一件大事 (Next Big Thing)」。物聯網概念之中,包含了各種設備與應用場景,而這些使用情境都將與感測器息息相關。人類具備五感來感知世界,科技除了能夠作到五感之外,還能夠作到人體無法達到的感知,例如指紋感測、超聲波等等。這就是在未來可以創造價值的技術,也將透過各種先進的感測技術,使人類生活更加安全、舒適。在未來,人工智慧技術也將會需要大量數據,並進一步運算。因此,感測器所能作到的數據蒐集,也將有助於人工智慧的發展,成為一個健康的技術成長循環。

 

TSMC

 

不僅是在消費電子產品方面迫切需要感測器導入,在工業應用上也正在面臨轉型工業 4.0 的挑戰。大銀微系統 (HiWin) 總經理絲國一便指出,在台中工業區許多中小企業以出口工具機為主要業務,然而面對近年來中國廠商崛起的壓力,若是依照往常的模式經營,將很快面臨被取代的困境。因此,如何在工具機產品中導入感測設備、協助客戶轉型智慧工業,將成為台灣中小型設備製造商當前的首要任務。然而,工業用感測器數量需求不如消費型產品來得大,所以將更需要台灣政府的輔助與帶動,才能提升設備製造業的產品價值,進而在國際市場取得一席之地。

 

HiWin

 

另一方面,隨著對於環境監測的需求增加,新型感測器與相關電子設備的需求也隨之提升。Vesper Technologies 工程和運營副總裁 Craig Core 指出,若要妥善監測環境,透過感測器蒐集到相關數據後,還必須要將資訊數據傳輸到中央樞紐才能分析、解釋。這些使用於環境監控的感測器,在安裝完成後將以電池供電,並且必須獨立運行數月甚至數年功能不能衰減,因此,環境監控感測器必須具備低功耗、低成本並環保的特性。

 

Vesper

 

SPTS Technologies 產品經理 Anthony Barker 則分享,在體聲波濾波器 (Bulk Acoustic Wave, BAW) 與 Piezo-MEMS 設備應用中,AlN 薄膜的應力結構至關重要。為了實現 BAW 與 Piezo-MEMS 元件的大量生產,SPTS 提供了一新解決方案,以調節局部壓力,實現相關零組件的大量生產。

 

SPTS Technologies

 

在消費電子、車用與視覺系統等領域,對於光學感測器的需求正逐漸成長。目前相關元件的傳統製造方式成本過高,市場迫切需要更符合成本效益的製造解決方案。SUSS MicroTec 執行長 Reinhard Voelke 表示,為因應此趨勢,該公司推出了一系列晶圓級光學 (Wafer-Level-Optics, WLO) 製造技術迎戰。

 

SUSS MicroTec

 

透過晶圓級光學元件製造技術,3D 感測、生物辨識、光譜成像等等相關應用陸續出現,EV Group 執行技術總監 Paul Lindner 指出,迄今為止消費電子產品中所使用的感測器主要由 MEMS 主導,以用最小的體積實現最高性能,透過晶圓級光學元件製造技術能夠有效率的製造相關元件。

 

EV Group

 

意法半導體 (STMicroelectronics) 消費型 MEMS 業務部總監 Simone Ferri 則說明,MEMS 感測器開發初期是為因應工業應用需求設計,然而由於其設備尺寸小、性能好與低功耗的優勢,因而在智慧型手機、電玩等消費行應用領域中快速普及。近年來,MEMS 感測器正在回歸工業應用場域,並且成為推動工業4.0與智慧製造的關鍵技術。同時,也隨著人工智慧與大數據應用的增加,監控機器運作狀況的相關數據能夠提升工廠的安全性,更能使人類與機器之間的協作更順暢。

 

STMicroelectronics

 

日月光半導體 (ASE) 企業研發總監林弘毅則指出,經由過去十年的技術發展,行動裝置中的 MEMS 感測器已成為連結人類與數位世界的關鍵人機界面技術。接下來,為迎接人工智慧時代,機器視覺將成為次世代的革命性技術,持續拓展人類與數位世界之間的溝通形式。為因應該趨勢,在 MEMS 的封裝技術上,也必須進一步精進。

 

ASE

 

另一方面,光譜感測器也可能作為化學與材料識別應用。國立台灣科技大學副教授柯正浩分享,光譜感測器在各類實驗室裡的應用經驗已經相當豐富,也已經導入至實驗室應用多年,該感測器所觸及的應用重要性眾所皆知。長久以來,光譜檢測技術推廣的最大困境在於沒有辦法將光譜檢測設備縮小,但近年來已有所突破,已縮小至可以量產的階段。因此,現將由醫療快篩與食品安全檢測二大應用方向切入,率先開發出一套完整的硬體機械結構與軟體應用程式,讓使用者按下按鍵即可完成檢測與分析,並由智慧型手機呈現檢測結果,使光譜感測應用能夠以更快的速度在市場上普及。

 

Spectro Chip

 

Lam Research 戰略行銷總監 Michelle Bourke 則認為,多樣化、智慧化設備以及連線系統數量的大幅增加,帶動了對於先進製造能力的需求,為滿足該需求,各製造商與代工廠商提供了各種解決方案,以提升工廠製造效率。Lam Research 便致力於此,以使物聯網應用更加創新。

 

Lam Research

 

在 MEMS 元件的開發過程中,必須仔細量測其機械性能。Polytec 亞太區業務開發經理謝資健表示,透過光學檢測可以獲得 MEMS 的動態特性,良好的量測技術融合則有助於解決 MEMS 與 MOEMS 封裝技術中的技術研發任務。這些技術包括了雷射多普勒振動測量 (Laser Doppler Vibrometry, LDV)、頻閃影像顯微鏡 (Strobe Video Microscopy, SVM)、白光干涉測量 (White Light Interferometry, WLI) 和其他方法。

 

Polytec

 

SEMICON Taiwan 國際半導體產業期間所舉行的 MEMS & Sensor 論壇,今年以「物聯網的新世界 – 由概念到現實」為主題,連結實踐物聯網的關鍵上下游產業,提供業界精英技術及市場資訊交流的機會。此外,SEMI 更將持續藉由 MEMS & Sensor 委員會,藉由定期會議加強重要業者間的連結,加速關鍵技術的演進。

 

0906mems上午_262 新的號召性用語

 

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