國際半導體展 工研院大秀下世代半導體技術與軟性混合電子應用

【記者戴聖峰/新竹報導】
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工研院在23日開幕的SEMICON Taiwan 2020(2020國際半導體展)中,因應AI人工智慧與5G發展,展出一系列新興記憶體、封裝、超高頻系統等下世代半導體解決方案,及軟性動態高準確度肌力感測、可拉伸性質的感測線與封裝膠材、壓力感測智能坐墊等軟性電子應用成果,展現工研院於經濟部技術處科技專案支持下,提早規劃未來2030年的智慧化共通技術,為下世代產業發展及多元應用提前布局,搶攻下世代新商機。

工研院電子與光電系統研究所所長吳志毅表示,AI人工智慧與5G時代來臨,資料量越多、傳輸效率越高,帶動運算效能與多工處理的需求,讓高運算表現的下世代記憶體,包括自旋磁性記憶體技術(MRAM)與鐵電隨機存取記憶體元件技術(FRAM)成為備受矚目的新技術,預計在AI人工智慧與5G時代將扮演主流角色。同時,現今半導體尺寸愈來愈小且複雜度愈來愈高,半導體測試和檢測上需要克服與日俱增的IC和系統複雜度的挑戰,以確保各種5G 、AIoT智慧應用的可靠性與安全性,也將帶動關鍵高頻檢測技術的需求。

此外,軟性電子發展已超過 20 年,這幾年的技術與應用陸續突破,市場成長已然加速,臺灣向來在全球微電子產業扮演要角,更被視為是下一個軟性電子蓬勃發展的市場。吳志毅進一步表示,由於軟性混合電子兼具輕薄、可撓曲、可延伸等特性,經結合可拉伸印刷電極技術及半導體封裝整合製作,使產品外觀設計得以跳脫常規,未來將逐步導入智慧移動、智慧穿戴及智慧紡織等領域,開啟新應用、創造新型態商業模式。

此次特展,工研院展出在新世代半導體技術及軟性混和電子相關技術,共計10項成果,其中鐵電隨機存取記憶體元件技術(FRAM)的操作功耗極低,適合IoT與可攜式裝置應用,而自旋磁性記憶體技術(MRAM)速度快、可靠性好,適合需要高性能的場域,像是自駕車,雲端資料中心應用等,「壓力感測智能坐墊」紀錄使用者坐姿臀部壓力分布,揪出不良的坐姿。今年度的半導體盛會SEMICON Taiwan展期自9月23日至9月25日一連三天,工研院的攤位位於臺北世貿南港展覽館一館1樓,攤位編號J2838,歡迎參觀。

工研院特展成果如下:(一)下世代半導體相關技術,鐵電隨機存取記憶體元件技術(FRAM)低功耗應用廣。FRAM具有所有新興記憶體技術中最低的操作功耗,但現有的FRAM使用鈣鈦礦(Perovskite)晶體作為材料,而鈣鈦礦晶體材料化學成分複雜、製作不易且內含的元素會干擾矽電晶體。工研院成功以半導體製程中易取得的氧化鉿鋯鐵電材料替代現有材料,不但驗證優異的元件可靠度,並將元件由二維平面進一步推展至三維立體結構,成功微縮FRAM元件平面面積,適合IoT與可攜式裝置應用。

自旋磁性記憶體技術(SOT-MRAM)更穩定、更快速的記憶體。SOT-MRAM為全球積極研究MRAM技術中的最新第三代技術,以寫入電流不流經元件磁性穿隧層結構的方式運作,避免現有MRAM操作時,讀、寫電流均直接通過元件對元件造成損害的狀況,同時也具備更穩定、更快速存取資料的優勢。此技術並已成功的導入工研院自有的試量產晶圓廠,後續商品化的進度可期。

「超高頻系統實驗室」協助發展關鍵技術、加速創新產品開發。超高頻系統實驗室為產業提供下世代技術測試平台,考量半導體、PCB、封裝、材料、晶片、天線、被動元件、無線通訊、系統應用等產業於開發新興毫米波(mmWAVE)產品時,需要進行毫米波頻段之各種相關的測試驗證;工研院特設立超高頻系統實驗室,提供高頻半導體晶圓、元件與晶片測試、高頻材料測試、高頻天線測試、高頻系統訊號測試服務。;

(二)軟性混合電子技術, 「軟性動態高準確度肌力感測系統」 運動的力道它知道。
智慧化科技電子系統產品樣式具有輕薄特點外,穿戴舒適也是必然需求。工研院展出的「軟性動態高準確度肌力感測系統」,結合高精準度之訊號偵測系統,利用無線傳輸技術即時將使用者身上的肌電訊號傳輸至電腦,藉由演算法判讀其肌肉用力程度及疲勞度。開發動態精準度提升設計,不僅改善既有訊號偵測商品動態使用時,因電極脫落造成訊號失準問題,更可顯示不同肌群起動順序等精準資訊,未來可應用於精準運動、智慧移動、智慧健康照護等場域。

「壓力感測智能坐墊」揪出不良的坐姿。因應上班族常常需要久坐,不良的坐姿,常常會引起肩頸痠痛、臀部痠痛不適等症狀,工研院整合高分子感壓材料與織物電極進行陣列式結構設計、信號擷取與演算電路技術,開發軟性感測智能坐墊,並以無線傳輸方式在電腦網頁顯示提醒,能即時紀錄使用者坐姿臀部壓力分布,以及人體壓力中心(COP)移動軌跡資料,如重心、起身次數、久坐時間…等,除了可應用於上班族坐姿監測、久坐提醒,亦可應用在長照結合輪椅起身運動提醒、汽車駕駛精神狀況提醒及嬰兒留在車內之提醒。

「智慧織物用感測線路與封裝材」化硬為軟更服貼。近年來隨著感測科技與材料的進步帶動穿戴式裝置蓬勃發展,不論是眼鏡、手錶、智慧衣等穿戴式產品,都需更貼近使用者真實使用的體感需求。工研院開發具有可拉伸的感測線與封裝膠材,可與機能性運動紡織布料緊密結合,且在運動拉伸過程中仍可保持良好電性與封裝特性,讓新一代的智慧衣回歸成一般日常穿著衣物,將舒適感與精準感測科技結合提供使用者不同使用感受。