記憶體失效推動抗硫化需求
自2016年全球首款專利抗硫化記憶體模組於市場上發表以來，逐步帶動工控市場對於硫化議題的重視；「抗硫化」也從過去鮮為人關注的加值應用，一躍成為全球工業級記憶體技術發展的核心議題之一；而回顧抗硫化記憶體模組開發背景，緣起可追溯自應用端記憶體的失效分析結果。
針對失效記憶體進行分析發現，失效產品多處電阻阻值呈現異常(圖1)增加或開路現象，使用電子顯微鏡(SEM)觀測異常電阻，發現在電阻保護層與電鍍層交界處存在黑色結晶物質；進一步進行EDS檢測分析以確認黑色結晶物質成份，發現電阻Pin2和Pin3上電極層銀(Ag)存在含硫物質成份。
概括而言，硫化現象大抵可以兩個徵兆作為觀察指標：
1.失效產品存在電阻阻值異常增加或開路(Open Circuit)現象。
2.失效產品電阻覆蓋黑色晶體物質。
結合應用端環境分析，該失效產品實際應用於高溫、含油、含硫環境，導致使用僅一年餘即發生失效問題，短於正常使用壽命。綜合觀察量測及SEM/EDS分析數據結果，確認產品失效原因為記憶體電阻受到硫(S)侵蝕，硫與電阻導體銀(Ag)產生硫化反應後，生成不導電的硫化銀(Ag2S)，導致電阻阻值大於正常電阻標準阻值15Ω，甚至呈現開路情形。
合金材質決定實質抗硫效果
不同於一般標準型記憶體模組相對穩定的應用環境，工業電腦常需於高溫、高濕以及高污染環境下運作。隨著環境汙染問題日益惡化，空氣中濃度超標的懸浮微粒含有大量硫化氣體硫化氫(H2S)，空氣中的硫化氫從電阻縫隙進入，容易與電阻中作為導體的電極層的銀(Ag)材料化合，產生絕緣體硫化銀(Ag2S)，導致電阻阻值增加，從導體變成不導電的絕緣體，甚至形成開路而失效，影響記憶體模組正常運作(圖2)。
一般對於含硫環境的認知，除了較常被提及的溫泉火山氣體、工業廠區的化石燃料燃燒，甚至是地下水道或汙水區的廢水排放，或日常環境中的酸雨汙染、霧霾危害、車輛排放，與石油、潤滑劑、橡膠、輪胎等工業應用產品都已被認為含有大量硫化物，可能導致電子元件產生硫化現象。尤有甚者，高溫亦會加速電阻硫化的形成，使記憶體日益受損耗弱，進而縮短產品使用期限與耐用度。
傳統的抗硫化技術，多僅於電阻保護層或電極層作特殊耐硫處理，或以塗層防護(Conformal Coating)來隔絕硫化氣體之硫分子，如透過加長保護層，增加電極端覆蓋於保護層面積，以降低外在氣體從交接處滲入，延長產品耐硫的壽命；或於電極層上使用耐硫材料增加一耐硫層包覆，避免電極層與硫化氣體直接接觸，以加強電阻對硫化氣體的防護能力(表1)。然而此種方法只能達到暫時防護功效，僅能延後硫化現象發生；且常因製程問題，出現耐硫層的偏移或不良，而影響其抗硫化效果。
而新一代的抗硫化技術，則從改變電極層材料著手，以合金材質取代原電極層銀材料。於合金材質的選用，依抗硫效果可分為三種層級：
1.銀鈀合金，於既有電極層的銀材料中加入貴金屬鈀。
2.高銀鈀合金，提高合金材質中的鈀含量。
3.金銀鈀合金，由金、銀與鈀結合而成的特殊合金材料，可有效防止電阻電極層銀與空氣中的硫分子進行化學作用，達到最高的抗硫化效果；即使在高溫之環境下，也能達到防止硫化腐蝕之效果。
另一方面，此一最高等級金銀鈀合金材質電阻，亦可通過電器性能、機械性能與環境性能的測試驗證，確保控制與傳導電流時之導通性，於實現最高等級抗硫化效果之餘，亦不會影響電極元件效能(圖3)。
抗硫化電阻防護提升工業級記憶體可靠度
電子產品硫化問題，對需要高可靠度與長時間運作的工業電腦系統而言，有其重要性與急迫性。硫化威脅無所不在，一般常見的工業作業條件，其中就可能隱藏含硫化學成分，如：石油、橡膠基粘合劑、植物精油(烴類植物)、廢棄物/污染物處理設施等。
為解決記憶體硫化問題，並滿足工業級產品面對嚴苛環境的需求，抗硫化記憶體模組開發，不僅應採用最高等級金銀鈀合金材質，更須確保產品通過如AEC-Q200等繁複測試條件與規範，以最嚴苛之測試條件確保抗硫化效果。
一般抗硫化測試標準，僅於高溫(50℃)、高濃度含硫環境下測試500~750小時；實際以超越抗硫化ASTM B809-95測試規範測試最高等級抗硫化記憶體模組，於測試環境設置固體硫粉(50g/2400ML)，將產品置於高濃度含硫的密封環境中，並將測試環境溫度調整至105℃，以加速硫化反應形成。
測試過程中每隔七天取出量測記錄電阻阻值的變化，持續測試七周後，結果顯示於105℃的高溫、高濃度含硫環境下，最高等級抗硫化記憶體成功通過49天的測試，電阻阻值正常，未出現任何硫化腐蝕現象，穩定正常運作超過1,000小時，仍無損其抗硫化效果與耐用度。
由測試結果可看出，與一般記憶體於200小時便會因硫化產生失效問題相較，採用金銀鈀合金材質電阻的記憶體模組可提升抗硫化耐用度達5倍以上，確保產品可靠度與耐用度，滿足系統長時間穩定運作需求，進而有效提升系統整體壽命(表2)。
智慧裝置多元發展 抗硫化應用百花齊放
抗硫化電阻最早乃基於車用電子的需求而研發，在全球首款抗硫化記憶體模組研發前，業界對記憶體硫化原因尚未能有清楚的認識，也未意識到硫化議題重要性。
然而，隨著車用電子逐漸成為各大科技廠於半導體終端應用市場布局重點，推升車載記憶體需求；加上多位於條件嚴苛且複雜環境的邊緣運算裝置數量呈爆發性成長，應用端對具備實質抗硫化效果的工業用記憶體模組需求也隨之成長，帶動抗硫化記憶體模組於各垂直市場採用率，逐步擴大於所有高溫、高濕、含硫環境的工業級應用，如採礦控制系統、國防航太、汽車電子、工業設備、網通與伺服器產品，徹底解決困擾工業電腦產業多年的問題。
另一方面，IPC產業領導廠商亦持續關注記憶體硫化問題，深知記憶體硫化對工業電腦、網通與伺服器產品可靠度及使用壽命影響甚鉅，要求全面導入抗硫化記憶體模組，期能提升工業電腦對抗惡劣環境能力，並藉此增進產品附加價值並創造差異化。
綜上所述，抗硫化議題成為產業焦點，而台灣從中扮演了關鍵角色。觀察抗硫化記憶體模組採用情形，自最高等級抗硫化記憶體模組開發以來，已成功解決使用者痛點，應用上也未再出現任何電阻硫化問題。像是台灣科技廠宇瞻開發之抗硫化記憶體模組，其產品發表後已陸續於美國、台灣、中國取得專利(表3)，並於2018年進一步擴大抗硫化技術應用，大規模拓展抗硫化產品布局至工業用記憶體DDR4、DDR3規格。抗硫化記憶體模組可望成為從雲端到終端，從資料中心、伺服器到邊緣裝置的標準規格，為全球記憶體模組市場開展新方向。
