國研院前瞻技術 進攻物聯網晶片

晶片中心經理蔡瀚輝表示,「多感測整合單晶片技術」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。(記者方惠萱/攝影)
晶片中心經理蔡瀚輝表示,「多感測整合單晶片技術」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。(記者方惠萱/攝影)

文/記者方惠萱

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)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)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)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)感測晶片與米粒比較。(國研院提供)

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