首頁Top區塊
- Advertisement -
IBM大談認知製造框架 啟動「由內而外」數位轉型
為協助台灣製造業加速實現數位轉型,邁向工業4.0,IBM提出「認知製造框架」觀點,以企業內資料為基礎「由內而外」,並採用IBM Garage、Design Thinking與敏捷開發等方法,結合人工智慧(AI)、物聯網(IoT)、自動化與區塊鏈等技術,進而實現「智慧產品」、「智慧營運」與「智慧工廠」三大層級目標。
台灣IBM全球企業諮詢服務事業群副總經理陳世祥表示,過去幾年企業所談論的數位轉型,多以因應客戶、市場需求為主的「隨機式數位轉型」;而這種轉型,多稱為「由外而內」,也就是為了滿足不斷變化的客戶期望而產生的數位再造需求。
陳世祥指出,然而,隨著AI、IoT、自動化、5G、區塊鏈等新興技術興起,過去風行的「由外而內的數位轉型也開始出現變化,趨向於利用這些新興技術,「由內而外」發揮企業內原有資料的潛力,創造新成果、重塑商業架構,這也是如今「認知型企業」的概念。而製造業擁有的大量生產數據以及複雜的製程經驗,是邁向「認知型企業」最合適的實踐產業;且在全球工業4.0如火如荼展開之時,台灣製造業的轉型更是刻不容緩。
據悉,IBM Garage為提供一站式,多元技術諮詢的雲端轉型服務,其包含AI、區塊鏈、數據分析、雲端技術等科技,致力協助企業做到兼顧成本控制與高效的企業系統轉型。
陳世祥進一步說明,以往IBM Garage、Design Thinking等方式多應用於商務(Commercial)領域中,而隨著全球工業4.0如火如荼的展開,為能加速數位轉型、實踐智慧化,製造業也應該導入上述方案,利用這樣的解決方案找到最有價值的方法,來啟動數位轉型。舉例而言,過往製造業要引進AI,可能需要花費9個月、10個月的時間;但透過Garage的方式,能有效的進行作業流程、系統的調整,將引進時間縮短至2~3個月。
IBM透露,認知製造框架觀點目前已獲多家企業採用。以智慧營運為例,聯想集團(Lenovo)採用認知供應鏈方案,在遇到供應鏈中斷時,能縮短響應時間至幾分鐘,並快速分析出受影響的訂單,減少營運成本並增加收益;而在智慧工廠方面,京瓷集團(KYOCERA)採用智慧工廠平台方案,提高了品質良率,預計2020年前,生產力將翻倍、整體銷售提升40%以上。
追求高附加價值 照明技術走出傳統格局
傳統照明是一個典型的紅海市場,除了產品用途單一之外,更有為數眾多的供應商搶食這個成長空間有限的市場大餅。但隨著LED、OLED等新光源技術逐漸普及,照明結合生醫、人因工程等跨界技術,將為這個產業帶來新的發展契機。
在2019台灣國際照明科技展期間,工研院電光所與多家光電業者聯合展出多款跨界應用,諸如紫外線LED淨水設備、同色異譜照明,乃至利用OLED的輕薄特性,開發出尺寸更薄的OLED後車燈,讓車廠得以保留更多空間給後行李箱等。未來照明技術的價值顯然已經不僅於提供光源,點亮人類的生活,還有更多高附加價值應用的發展空間。
工研院電光所磊晶元件技術部工程師盧建均介紹,紫外線殺菌已經是很成熟的技術,但以往都是以汞燈作為紫外線光源,除了尺寸大之外,因為燈管含汞,萬一燈管破裂,還可能造成汞汙染,因此在應用上受到比較多局限。有鑑於此,工研院研發出波長270~280奈米的紫外線LED,以取代紫外線燈管。改用LED不僅可以縮小設備尺寸,而且還不用擔心汞汙染的問題,因此紫外線LED的問世,將使紫外線殺菌可以應用在更多場合。
目前工研院電光所已經發展出可攜式的紫外光淨水設備,其外觀尺寸約莫巴掌大小,以標準18650電池供電,便可淨化約100公升的水,且殺菌率達到99.99%。若搭配RO逆滲透淨水設備和食品級塑料管線,經過此系統處理的水,基本上可安全生飲。目前該技術已經技轉給台灣數家淨水設備業者進一步商品化。此一研發成果也可以在緊急災難發生,缺乏清潔水源時作為應急使用。
除了淨水應用外,同色異譜調光技術也已經進入商品化階段。光線對人類生理時鐘的影響已經被醫學證實,在電燈跟日光燈管發明前,人體的賀爾蒙(主要是褪黑激素)分泌是按照晝夜變化而起伏,但電燈跟日光燈管問世後,這個正常的循環被打亂,導致現代人睡眠品質不佳,甚至可能與某些癌症有所關聯。同色異譜調光技術可以在夜晚抑制LED光譜中的藍光成分,避免干擾褪黑激素分泌,或是在白天時增加藍光成分,讓人們在工作時覺得更有精神。
至於在OLED照明的應用進展方面,工研院展示了與帝寶合作開發的OLED 車用先進環保車燈。該車尾燈採用OLED燈片,省去導光板,組合簡單,不但輕量化,且輕薄短小、防炫光,可節省尾燈的尺寸厚度,無形中可增大後行李箱的空間,搶攻車用照明利基市場,已獲國際大廠的關注。
工研院電光所副所長胡紀平表示,目前工研院已經在有機材料配方、封裝技術方面取得許多突破,讓OLED得以應用在高溫、高振動的車規環境。目前這款與帝寶合作開發的車尾燈,正在進行車規驗證作業,預計在未來幾個月內就能傳出好消息。
工研院具備完整的OLED照明開發能量及試量產實力,整合台灣8台設備及4家OLED光源材料商等共同建置30公分幅寬的卷對卷(Roll-to-Roll)試量產線,並利用此試量產線成功導入高階FOLED新產品,克服卷對卷製程所面臨軟性基板傳輸、卷對卷製程整合及軟性光源系統設計等高難度議題,大幅降低現行製造流程與成本,目前月產能已可達5萬片,並能協助產業進行OLED照明客製化,以創新能力擴散至新場域應用。
配備AEB更安全 高頻毫米波雷達需求升
隨著科技發展,交通安全的重要性只會越來越高,再加上感測技術不斷提升,人們對汽車必備功能的觀念也與過往大不相同。近年來先進駕駛輔助系統(ADAS)市場興起,車用感測器如毫米波雷達的需求跟著水漲船高。中國重卡車已在2019年4月將自動緊急煞車系統(AEB)列為標配。另外,日本與歐盟40個國家和地區針對AEB將強制列入新車標配的草案已達成協定,未來將要求所有新的乘用車和輕型商用車都必須加裝AEB,新法最快2020年上路;美國則預計於2022年將AEB列為標配。汽車是否有AEB,已經成為是否選購的衡量重點之一。
意法半導體亞太區汽車產品事業體行銷經理陳錫成表示,以前AEB主要是在高階車款上才會看到,然而現在低階車款也開始配備這樣的功能。既然有市場需求,廠商就會有解決方案。AEB主要採用偵測距離較遠的高頻(77~79GHz)毫米波雷達,因此,高頻毫米波雷達的需求也逐漸提升。
陳錫成更進一步說明,過去囿於技術門檻,主要只有歐洲大廠在做高頻毫米波雷達,但現在技術日益成熟,台灣業者也開始導入相關技術製造高頻毫米波雷達。從IC的部分來說,2019年高頻毫米波雷達技術更加成熟,也更接近量產。同時,2019年也是台灣低頻(24GHz)毫米波雷達產量真正大幅提升的一年。
然而,目前台灣的廠商出貨仍以低頻毫米波雷達為主,高頻毫米波雷達還是多用於長距離,要取代短距離的低頻毫米波雷達至少還需要2~3年的時間。但陳錫成指出台灣廠商也已經開始接到許多高頻毫米波雷達RFQ,由於技術方面已經準備好了,只要價格能夠下降,高頻毫米波雷達成為主流是必然的趨勢。但因為雷達用於汽車,關係安全車規也更加嚴格,從技術開發到生產約需要2~3年,在高頻毫米波雷達量產之前,台灣廠商的毫米波雷達出貨仍以低頻為大宗。
尺寸微縮/高效率優勢突顯 GaN成功率放大器首要選擇
儘管GaN與GaAs的競爭趨於白熱化,但GaN仍在SWaP-C需求(尺寸、重量、功率、成本)日漸嚴苛的局面下持續勝出,在寬頻和窄頻應用的全頻譜範圍內都是如此。
隨著功率與頻率不斷提高,GaN明顯從眾多競爭技術當中脫穎而出。以X頻段為基準,通訊晶片業者的目標是在輸出功率、增益、功率增進效率上實現卓越效能,同時運用其專為商業、軍事用途雷達和通訊系統、電子作戰等應用所設計的功率放大器產品組合,將產品尺寸縮到最小。圖1顯示這些應用支援的功率等級範圍。
圖1 支援的功率等級
GaN提升設計彈性和效益
GaAs在X頻段功率的基準測試達到25W,具備多級增益和30%左右的功率增進效率,較低功率的選項則可達到40%的效率。達到此效能的條件為改採高電壓pHEMT技術,在最高15V的汲極電壓下作業。這項技術關聯的功率密度略高於1W/mm。雖然優於標準的0.25μm pHEMT技術,卻未如預期帶動系統設計的改變。
但GaN的確帶來了變化和更多選項,讓系統設計人員能靈活達到新一代的效能、縮小外型尺寸,或同時實現這些優點。這項技術一開始將重點放在縮小外型尺寸,同時維持或提高功率效能。但在X頻段市場轉移至GaN後,使用者開始注意到它的效率並未優於先前的GaAs解決方案。雖然這並非GaN技術的缺點,而是產品本身的開發重點所導致。若以高功率和最小尺寸為目標,勢必無法達到最佳效率。表1比較使用GaAs和GaN的基準X頻段功率放大器。
如表1所示,在特定的功率等級下,PAE大致上不變,GaN稍微勝出。不過,選用GaN的解決方案尺寸縮小大約70%。能縮小如此高比例的尺寸,是因GaN擁有更高的功率密度,加上更好的熱管理能力。因為GaN在接面(Tj)溫度提高時,具有較佳的可靠度。GaAs在1E6 MTTF下的Tj基準測試為150℃,GaN的溫度結果則延伸到200℃。這能為系統設計帶來更多彈性和成本效益,是舊型GaAs解決方案無法達到的水準。
GaN有效縮小晶片面積
另一項市場趨勢則是改變高功率放大器的封裝,從大尺寸凸緣式封裝轉為表面黏著技術(SMT)。對大尺寸的GaAs放大器來說,這項轉型的難度更高。晶片尺寸變大,會導致熱膨脹係數(CTE)不匹配敏感度、出現孔洞及其他機械耐用度等問題,從而提高品質風險。使用GaN則能縮小晶片面積,進而改用尺寸較小的SMT封裝,因此更能支援高功率。但是,將更高的功率密度納入更小的尺寸中,會大幅提高散熱系統所需管理的熱通量,連帶影響系統層級的熱管理效能。
因此,在X頻段效率大致不變的情況下,為了實現目標效能,系統層級的熱設計變得越來越重要。在不同的程度上,氣冷和水冷系統搭配各種專有技術,都能有效達到上述效果。更加瞭解系統設計的限制後,還必須調整元件開發的重心,才能滿足系統需求。
降低汲極電壓,或調整放大器設計的效率負載目標,都可以逐漸改善PAE。不幸的是,這會減損功率密度的效益,有違GaN的開發宗旨。依此方向發展,終將提高晶片尺寸,並進而減弱GaN所帶來的優勢。降低汲極電壓,也可能因I2R耗損提高而使系統效率下降,但這卻可能是最好的妥協方案。
藉由降低汲極電壓,放大器設計人員可以設定更高的效率負載目標。為了滿足目標的功率等級,將需要更多FET周緣,因而加大晶片尺寸。加大晶片尺寸以達到特定功率等級,將可減少散熱系統需要管理的熱通量,但缺點是會增加元件尺寸和成本。為了更有效管理系統熱負載並達成預期的射頻效能,顯然放大器開發人員需要在輸出功率、PAE和外型尺寸間找出適當平衡。牽涉到的設計因素則因應用的頻率及頻寬,以及目標輸出功率而有所不同。
不只是X頻段的問題,當系統開發人員更深入瞭解其設計限制時,為了在整個頻譜內達成系統效能與成本目標,元件效率對於功率和增益規格也即將變得同等重要。事實證明,高效率的GaN解決方案可為整個系統帶來顯著的成本效益。除了縮小系統設計,也能降低散熱系統的複雜度,這一點有利於熱管理選項有限的應用,例如航空系統。
GaN逐漸成為整個頻率範圍和各市場最佳技術選擇。最初GaN產品開發重點在提高輸出功率和縮小外型尺寸。但隨著出現系統層級的熱限制後,重心轉移到改善效率平衡,這有助整個系統降低功耗和減輕熱負載。在GaN引領下,新一代的系統逐漸實現。
(本文作者任職於Qorvo)
軟硬體基礎建設待完善 高速/低延遲5G網路再等等
2019年上半年高科技產業關鍵字非「5G」莫屬,從消費性電子展CES到世界通訊大會MWC,各式各樣的5G方案競相出籠,晶片、手機、CPE、創新應用(娛樂/遠端電視製播/遠距醫療手術/工業/交通)、商業化服務、關鍵技術(Network Slicing/CoMP for Spectrum Sharing/C-V2X),看得消費者眼花撩亂,5G在這一年邁入全面啟動的階段,標準宣示的前瞻應用願景看似就在眼前。
另外,除了許多展示的5G之外,美國與韓國已經於2018年底與2019年初推動商轉,其他各國也在釋照與網路建置的階段,如火如荼發展中,據統計2019年3月已經有70個5G網路建置計畫拍板。不過,就在此時,拔得全球頭籌的美國Verzion 5G服務,傳出訊號太難找用起來像4G,網速不穩定;無獨有偶,積極投入5G的南韓,消費者體驗也從原先宣稱的4G 40倍網速,掉到只有4倍左右,到底要全面改變人們通訊體驗的5G是真的掉漆,還是美麗的誤會,我們從現況觀察進一步分析這些迷思的真相是甚麼。
MWC 2019 5G方案大舉出籠
在3GPP於2018年第三季順利通過5G標準的背景下,MWC 2019自然就是領導廠商們秀肌肉的舞台,從5G晶片來看(圖1),龍頭Qualcomm推出Snapdragon X55基頻晶片,開始支援2/3/4/5G,5G下載速率達到7Gbps,4G達到2.5Gbps(Cat.22);聯發科M70為業界Sub-6GHz實測最快的晶片,下載速度達到4.2Gbps,但還沒有支援毫米波頻段;UNISOC在GTI Summit中發表5G晶片,僅支援Sub-6GHz,採用12奈米(nm)製程。
圖1 5G晶片解決方案概況
資料來源:各業者,資策會MIC整理(03/2019)
另外,三星也推出Exynos Modem 5100基頻晶片,預計只會搭載在自家手機或部分機型上;華為旗下的IC設計公司海思(Hisilicon)發表Balong 5000基頻晶片,規劃將與Kirin 980應用處理器共同提供手機終端的5G服務;而過去一段時間相當積極的Intel也以XMM8060調制解調器應戰,本來預計2019年下半年推出正式的5G晶片,然而在4月中,Intel宣布退出5G數據機晶片,看來未來手機市場高達15億規模,5G晶片合格玩家還是只有一隻手數得出來。
而就算5G晶片還是半成品,手機品牌廠商還是積極推出5G手機與終端,MWC 2019各家業者展出多款產品,包括家用網路設備(Router、CPE)、行動分享器(Hotspot)、小型基地台(Small Cell)與最受矚目的5G手機等。Samsung、華為、LG、Sony、OPPO、小米、Motorola、中興等一二線品牌皆有展示,包括原型機與商用機共十二款,除了華為採用自家5G晶片,其他業者皆是採用高通的5G解決方案Snapdragon 855,搭配5G基頻X50。
5G服務上路 消費者體驗待加強
而5G的全新體驗,也跟著緊鑼密鼓的上路了,2018年10月美國Verizon推出毫米波固定式無線存取(Fixed Wireless Access, FWA),12月AT&T推出5G毫米波熱點服務,南韓三大電信業者SK、KT、LG Uplus的5G服務也於2019年3月商轉,南韓政府更宣示未來四年將斥資30兆韓元(約台幣8100億元)支持5G生態體系。
不過在消費者體驗上,有科技媒體編輯使用摩托羅拉Moto Z3手機測試Verzion的5G網路,表示訊號不夠穩定,5G偶爾能達到最高網速600Mbps,有時卻下降至200Mbps,使用體驗與4G差不多,沒有明顯的升級感。而且5G網路覆蓋率低、訊號也很少,經常走幾步就沒有訊號;在有5G網路情形下,網速平均在400到接近600Mbps,但上傳速度比預計要慢很多,甚至只有20~30Mbps。而南韓的體驗也一樣悲慘,上網速度沒有如預期大幅提升,並且有用戶抱怨,走到地下室,或者走進地鐵站的時候,很難收到5G訊號,手機會自動從5G轉回4G。
2019為5G商用化元年
事實上,以5G的發展進度來觀察,2019年本來就是5G剛起步的一年,不僅網路覆蓋率非常侷限,終端產品裡的5G晶片也是第一代產品,手機是最早一代的商用機,根據資策會MIC的統計資料指出,2019年5G手機出貨量預估達到372萬台(圖2),市占率僅0.2%左右,要到2021年才會突破億台里程碑,達1.2億台,2023年達約4.5億台,逐漸侵蝕4G手機的市占率,相關環境建置與服務將逐步到位,以下從幾個面向來深入觀察。
圖2 2019~2023智慧型手機與5G手機出貨量
資料來源:資策會MIC(03/2019)
關鍵零組件完成度不高
分析前述幾個5G晶片廠商推出的產品,都是5G基頻數據機晶片,智慧型手機每年創造數千億美元的產業規模,5G手機要處理更多訊息與運算,採用系統單晶片(SoC)比較具效益,分析師預估2020年整合應用處理器的5G系統單晶片才會大規模問市,可進一步帶動產業加速推展。
另外,智慧型手機真正的龍頭Apple在今年完全沒有傳出5G...
強化車用乙太網市場/技術實力 Marvell出手購併Aquantia
為進一步提升車用乙太網路(Ethernet)市場優勢與技術,Marvell近日宣布將以4.52億美元購併乙太網控制器廠商Aquantia。透過此一併購,Marvell將更進一步增強汽車車載網路,以及資料中心、企業基礎設施等領域的產品組合,以獲得更佳的市場競爭優勢。
Aquantia主要發展Multi-Gig(2.5G/5G/10G)乙太網控制器,且旗下產品被廣泛應用於包括PC、企業基礎設施、資料中心和汽車等各種市場,以緩解全球流量成長而帶來的網路頻寬瓶頸。
Marvell總裁兼首席執行長Matt Murphy表示,藉由收購Aquantia,將有利於Marvell在未來十年內將車載網路轉為高速乙太網的計畫,並因而強化Marvell於車載網路市場中的競爭優勢;與此同時,收購Aquantia也擴展該公司在快速興起的Multi-Gig網路基礎設施領域的影響力,並創造更多端到端的乙太網連接產品。
據悉,Marvell透過購併Aquantia進而補充旗下銅纜和光纖的產品組合,同時拓展其位於Multi-Gig(2.5G / 5G / 10G)乙太網路的地位。將Aquantia創新的Multi-Gig車用PHY(Port Physical Layer)與Marvell旗下的Gigabit PHY和安全開關產品相結合,將能打造更先進、廣泛的高速車載網路解決方案,以滿足未來Level 4和Level 5自動駕駛需求。
Aquantia董事長兼首席執行長Faraj Aalaei則指出,該公司和Marvell都有一個共同的願景,即無論在自動駕駛汽車、企業應用、還是雲端基礎設施等領域,都可以順利的驅動資料經濟(Data Economy)發展;而透過本次收購,Aquantia原有的客戶將受益於Marvell的市場優勢與持續擴展的Multi-Gig乙太網路應用。
提升通訊位元率 矽光子晶片勢在必行
隨著非積體化光通訊模組技術難以再提升位元率,產學界紛紛投入積體化光通訊模組研發,以突破位元率瓶頸。為提升國內光通訊關鍵性元件與模組之技術能力,強化競爭力與提高國際能見度。矽光子及積體電路專案計畫團隊近日於台灣大學理博館舉辦高速矽光子元件及傳輸技術研討會。
國立台灣大學光電工程學研究所暨電機工程學系教授兼所長林恭如表示,矽光子技術主要是應用在高速光通訊,尤其是在資料中心的高速光通訊模組。目前,非積體化的光通訊模組技術已經遇到瓶頸,到達了傳輸位元率的上限。為提升傳輸位元率,必須在矽晶片上積體化所有光的主動與被動元件。透過積體化的過程可以縮短傳輸路徑,並能避免光對電和電對光多餘的轉換過程,因此有機會將位元率提升到100Gbps以上。
目前許多國際知名公司,如元件公司Finisar、搜尋引擎Facebook、Google皆投入大量資源建置新的資料中心。這些新的資料中心未來的需求就是大幅地降低功率並提升速度;在有限的廠房空間,使用相同尺寸的模組,就能倍數提升位元率。舉例來說,現在Facebook已經開始朝向1.6Tbps、更甚是3.2Tbps廠房的方向發展,或甚至有可能完全走向多通道矽光子晶片的傳輸架構,藉此讓資料中心的位元率能夠大幅度地提升。
林恭如進一步說明,台灣現在有非常多的廠商從上游的材料元件到下游的模組廠都非常積極地布局矽光子技術應用領域。例如主動雷射晶片供應商聯亞,以及許多光電半導體的製造公司如晶元光電、穩懋等等;另外模組化的廠商包括光纖的耦合、封裝還有被動元件積體化的製造公司也不勝枚舉。上下游廠商面對市場新契機皆躍躍欲試,相當看好這個資料中心從非積體化架構走向全面積體化晶片架構的契機。
國立高雄科技大學電子系教授施天從也提到,矽光子及積體電路專案計畫由五個子計畫所組成。分別為:完成自製矽光子學各式元件的開發、建立自有元件資料庫;開發適於本矽光子晶片耦光的高功率DFB雷射二極體;研究適合的多通道調制器驅動積體電路、前置放大器積體電路;探討各式光纖對準效果及雷射晶粒耦光最佳化製程、完成模組化的1.6Tbps光發射及光接收引擎;探討PAM及OFDM調制技術以達到最佳化傳輸效果、並建置量測實驗室協助國內產學研各界。
矽光子及積體電路專案計畫以晶片的設計中心以及模組的測試中心為兩大開發主軸,所有團隊成員都以此為目標努力,林恭如表示希望在這個階段可以吸引更多業界有興趣的廠商透過此次研討會尋求研究上的合作和技術移轉的媒合,藉此幫助國內的廠商在光通訊關鍵元件與模組之技術能力急起直追,跟上國際技術發展的腳步。
Gartner:2018全球半導體產業成長12.5%
根據產業研究機構Gartner的研究指出,2018年全球半導體產業規模為4746億美元,較2017年成長12.5%。由於記憶體成長放緩至24.9%,低於2017年的61.8%,也是2018年半導體產業成長收斂的主因。
儘管成長放緩,但記憶體市場仍然是半導體產業最大的產品區隔,占營收的34.3%,Gartner研究副總裁Andrew Norwood表示,這主要是由於2018年大部分時間平均銷售價格上漲所致。但是,由於供過於求,平均售價在第四季開始下降,並將持續到2019年。由於DRAM市場蓬勃發展,三星電子成為第一大半導體供應商。目前,該公司88%的營收來自記憶體銷售。英特爾(Intel)的半導體營收與2017年相比成長12.9%,儘管2018年下半年推出了10奈米製程和低階CPU供應情況受限制;SK hynix在2018年營收成長37.4%,是全球十大半導體供應商中成長率最高的廠商。
第二大類別為特定應用標準產品(ASSP),由於智慧手機市場停滯以及平板電腦市場持續下滑而導致成長率僅為5.1%。在許多情況下,嚴重依賴這些終端市場銷售應用處理器、編解碼器和其他組件的供應商出現半導體營收下滑,包括高通和聯發科在內的供應商正積極拓展其他市場,包括汽車和物聯網(IoT)應用。然而,類似於PC市場的成熟,成熟的智慧手機市場在2019年可能會繼續成為高風險公司的逆風。
專訪意法半導體技術行銷工程師Michelangelo Marchese 智慧功率開關提升智慧工廠安全
意法半導體技術行銷工程師Michelangelo Marchese表示,工業4.0的特色在於使用網路實體系統(Cyber-Physical System, CPS)、通訊技術、物聯網技術以及分散式決策(Decentralized Decisions)等,使工廠運作更有效率。然而,在使工廠自動化或更智慧化的過程中,打造一個更安全的工作環境,確保設備運作穩定,避免出現工安意外而使工廠財產、人員受到損害,也是工業4.0其中一個重要環節。
Marchese指出,「安全性」 一直都是個很熱門的話題,像是日常所使用的智慧家電,為生活帶來了便利性,而在工廠領域,則可以改善生產效率。上述的一切,其實都有關使用者的安全,因此,不僅生產製造與電器產品的安全規範持續推陳出新,ST也會持續透過旗下產品提供更高的安全防護。
而智慧功率開關IPS4260L適用於伺服驅動器、馬達控制、工業PC週邊、可程式設計邏輯控制器(PLC)和通用下橋開關(驅動與正電源相連的負載),並可為智慧工業/工業4.0智慧製造應用帶來豐富的診斷功能,包括開路負載檢測和限流保護。
據悉,開路負載檢測在輸出處於關斷狀態時運行,以防止因線路斷開等故障導致的危險。當電流過大,非耗散式截止限流功能可在使用者設定的時間後關閉輸出級。限流時長可用一個外部電阻器設定,限流時間結束後,輸出級自動重啟。其他診斷功能還包括兩個用於指示負載開路和超載/熱關斷的共開路汲極針腳及用於指示單個通道超載/熱關斷的四個輸入/輸出汲極針腳。
意法半導體技術行銷工程師Michelangelo Marchese(圖左)表示,打造更安全的工作環境是工業4.0的重要環節。
遵循三大基礎功夫 晶背FIB電路修補難度降
本文將討論先進製程等級及7奈米IC晶背電路修補的難度,以及如何克服。
7奈米線路微縮倍增 電路修補須遵三大要點
能夠讓IC樣品在FIB電路修補後,還可以回去做電性測試,是不論怎麼樣的製程都必需要的基礎條件。基於這個前提,本文將會討論三大要點:
1.瞭解設計的IC電路特性與修補目的
2.建議電路布局及討論可破壞範圍
3.精準協助尋找最佳目標點,提高電路修補可行性
而當晶片電晶體的密度隨著製程微縮而倍增,今年7奈米每平方毫米的密度約為16nm的3.5倍,難度肯定大幅度上升。不過不管什麼製程,以上三大要點是FIB電路修補前須討論溝通的基礎工,怠忽不得。
前置處理Substrate層厚度/End Point停留位置
進入晶背修補工程的第一個階段,首先面對的是Substrate層(Silicon);終端產品形式會決定包裝厚度規格,其晶片的厚度,通常由矽晶圓時的31mil,研磨至8~12mil,不過這樣的厚度,對微/奈米等級的FIB電路修補並無法直接開始手術,為此,將依照第一點的三大步驟布局規劃,定義蝕刻範圍的「局部削洗Silicon層的減薄厚度」,不過如何提高溝槽(Trench)內表面平整度(圖1)以及判斷終點(End Point)位置(圖2),避免過度蝕刻(Over Etching)(參見圖3),將是兩大關鍵技術;以7奈米為例,Silicon厚度保留在1~2微米為最佳(圖4),是電路修補前的關鍵步驟。
圖1 Silicon深度達465微米(um),削洗溝槽後,仍可維持底部平整度(參見圖黃線),可以降低因落差所造成的蝕刻準確度。
圖2 局部削洗溝槽過程,因為蝕刻不平整或錯過終點,造成主動區元件暴露(箭頭處)。
圖3 精準判斷削洗終點(箭頭處)。
圖4 晶背電路修補示意圖,Silicon厚度保留在1~2微米(um)為最佳。
精準定位目標 清楚辨識電路
先進製程,特別是7奈米製程的金屬與介電層的間隙、寬度、厚度,多為40奈米或以下,面對薄且小的製程,精準定位目標、清楚辨識電路是最大的挑戰,而且電路修補的過程經常是以「秒」來計算,稍一失誤將前功盡棄。該如何精準定位目標呢?由於從晶背施工,以電子顯微鏡成像是無法看到線路,需先使用紅外線攝影機穿透並依靠四個角落來進行初步定位讓GDS對準晶片,再利用一個或多個參考點(Reference Point),多次定位以降低誤差,通常距離目標點最遠100微米即可定位,不過越遠誤差就越高;建議選擇距離目標點20微米內,約2×2微米可破壞區域做為定位點,實際誤差可降至150奈米。
避免過曝金屬層需調校蝕刻參數與氣體
先進製程等級的電路修補,若使用了不適合的氣體參數及施工方法,將過度蝕刻造成斷路無法補救,還會暴露非必要金屬層,在先進製程中此狀況經常無法被發現,若此點需要連接到其他位置,填入金屬導體後就造成短路而漏電,IC樣品將得到錯誤或不符合預期的電性。所以必須調校出最佳蝕刻參數與氣體,將可避免過曝金屬層。
(本文作者任職於宜特科技)












