國研院前瞻技術 進攻物聯網晶片

在物聯網的世界中，每一個裝置上都一定要有一個晶片，而晶片的技術就成為相當關鍵的技術，國家實驗研究院（國研院）在上月相繼發表了兩項相當關鍵的技術，一個由奈米中心研發，為利用光能就能發電的晶片，而晶片中心也研發出多感測器單晶片，大大減少物聯網晶片的大小。

目前物聯網發展的瓶頸，就在於大小跟發電問題，要在一定的大小跟面積下，達到高電力與多功能幾乎是不可能，其中奈米中心研發的晶片模組，可以利用光能發電，且不需要另外增加一塊面積，只要覆蓋在原有晶片上，就能夠利用光能發電。

奈米中心前瞻元件組組長沈昌宏說，國研院奈米元件實驗室以獨創的半導體三維積體電路技術為基礎，開發出可與物聯網晶片一體成型之環境光能自供電製程技術，將「環境光能採集模組」與「物聯網晶片」堆疊整合。

奈米中心前瞻元件組組長沈昌宏說，晶片一體成型之環境光能自供電製程技術，將「環境光能採集模組」與「物聯網晶片」堆疊整合。（國研院提供）

所謂半導體三維積體電路技術，是國研院奈米中心於去年研發出來的關鍵技術，該技術可使IC的堆疊厚度大幅縮小為目前矽穿孔3D-IC技術的1/150，大幅縮短訊號傳輸距離，因此大幅提升訊號傳輸速度並減低耗能。 國研院指出，「積層型3D-IC」技術可在第一片晶片的絕緣層上，直接製作第二層結晶矽薄膜以及其上的IC。一般在製作第二層結晶矽薄膜時，必須加熱到高溫1,000℃，以形成高品質晶體，但此高溫會損壞已經製作好的第一層IC。國研院奈米元件實驗室所開發出的「奈米級雷射局部加熱法」，可以僅加熱第二層結晶矽薄膜，而不損及第一層IC，突破了長久以來「積層型3D-IC」的製作瓶頸。

沈昌宏解釋，目前的物聯網晶片與環境光能採集模組的整合方式是將「物聯網晶片」和「環境光能採集模組」分開置放於電路板上，不但整體面積大，電路傳輸距離也較長。因此利用上述堆疊技術，不但可以有效減少電路板面積，亦可大幅縮短電流傳輸距離，減少耗能，提高物聯網晶片的實用性。

奈米中心前瞻元件組組長沈昌宏說，晶片一體成型之環境光能自供電製程技術，將「環境光能採集模組」與「物聯網晶片」堆疊整合。（記者方惠萱／攝影）

該技術目前可依需求，裝設各式各樣的感測器（如偵測溫度、煙霧、振動、氣體、位置甚至人體心跳、血壓等訊號），用以收集各種環境資訊，由於利用光能就能發電，且單一功能的感測器耗電量也低，因此用此技術可降低更換電池或充電的頻率。

除此之外，晶片中心發表多感測器單晶片技術，晶片中心經理蔡瀚輝表示，「多感測整合單晶片技術」為晶片中心與製程廠共同開發，成功將振動微機械結構整合於一般IC晶片中，並且克服將不同金屬和半導體IC製程整合於單一基板之困難，完成運動、環境及生醫三大類感測晶片與IC電路的整合驗證。

多感測晶片與現有做法面積比較，左為傳統晶片，右為國研院多感測晶片。（國研院提供）

未來單一晶片將可內含多項不同類的感測功能，且無線通訊、計算及記憶等一般IC功能亦一併整合於其中。 國研院指出，「多感測整合單晶片技術」為台灣之自主技術，使用台灣8吋晶圓廠標準製程，結合設計及測試等技術，即可以單一標準製程製作不同的多感測整合單晶片，不但具有低成本、微小、省電等特性，且系統整合富有彈性。

國研院說，晶片中心將與國內製程及封裝廠合作，積極推動本技術之產業化。隨著物聯網興起與穿戴式裝置普及，感測晶片的應用越來越廣泛，台灣是半導體IC大國，晶片製造及設計產業的全球市占率分別高達60%及12%；可是感測晶片卻還在起步階段，感測晶片設計產業僅占全球不到1%，希望藉由晶片中心該技術，可以在物聯網的市場中乘勝追擊。◇ 

感測晶片與米粒比較。（國研院提供）