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電動車產業未來幾年將持續加速，以無聲、零排放、零震動的姿態完善產業鏈，持續挑戰內燃機(Internal Combustion Engine, ICE)車輛的主流地位，同時電池、馬達、電控三大系統也以分進合擊的方式，各自努力發展技術、結合提升車輛效能，然而不管是傳統車廠、新興純電動車廠、Tier 1車廠、通路商、零組件或資通訊系統廠商，都在積極布局與發展自己的解決方案。 未來幾年，相信特斯拉(Tesla)、比亞迪(BYD)與豐田(Toyota)、福斯(Volkswagen)這些新舊車廠間的競爭，到底誰能在下世代交通運具的新局裡取得成功，必然是業界持續關心的話題；然而交通運具牽涉的產業鏈既廣且長，不管是現有龍頭衛冕，或者後進者挑戰成功，在此之前還有更多其他廠商的布局與卡位，並牽動產業面貌的大幅革新，本文特別蒐集部分半導體業者的動態，希望能見微知著藉此洞察未來大勢走向。 電池為電動車技術發展主軸 整個汽車產業未來的投資重心將集中在電動車與自駕車兩大明星，其中電池絕對是最關鍵的部分，所以除了電池芯配方與新材料之外，電池管理系統(Battery Management System, BMS)就是現階段可以協助提升電池利用率的技術，ADI汽車電子事業部策略行銷及業務開發總監Junya Nagai(圖1)提到，要完全耗盡電池堆中的每個鋰電池仍然是一個巨大的挑戰，原因是每個電池的性能不一致，因為溫度環境不同、運作期間性能的變化和降級、準確地感測和監控每個電池單元對於延長容限、實現電動車效率非常重要。 圖1　ADI汽車電子事業部策略行銷及業務開發總監Junya Nagai提到，每個電池的性能不一致，準確地感測和監控每個電池單元非常重要。 該公司一項稱為主動平衡器的技術，將解決電池性能不一致的問題，以提升充電及放電性能；另外，其ASIL-D等級、精確電池監控元件和主動平衡器能夠提升充電和放電性能並延長電池使用壽命，以滿足重複使用(Reuse)市場的需求。另外，致茂電子提供BMS功能驗證的自動測試系統、電池包實驗室測試方案與生產線電池包下線測試等方案。 致茂電子電力電子量測系統產品部副課長林信宏(圖2)表示，在BMS功能驗證的自動測試系統提供檢測電池芯監控線路(CSC)的功能，提供87001電池芯模擬器解決電池芯監控線路驗證的困擾，87001電池芯模擬器可精準模擬鋰離子電池芯，於可靠安全的環境下取代電池芯，測試電池監控線路，藉以模擬電池芯可吸收和提供能量的電源特性；同時具備電壓和電流的量測監控能力驗證主被動均衡線路與消耗電流，確保電池芯監控線路能準確量測到並處理電池芯電壓狀態變化；測試系統具備檢驗電池管理單元(BMU)上絕緣電阻異常偵測線路的作動情形，模擬絕緣電阻異常狀態，驗證異常時BMS所進行確保人員安全的對策是否有效。 圖2　致茂電子電力電子量測系統產品部副課長林信宏表示，行車電腦模擬，需要建立讓電池包與行車電腦連接的模擬環境，以讓電池包順利工作。 電池包實驗室測試方案主要目的在創造模擬電池包實際使用環境，以達到檢驗電池包效能與安全設計等機制是否達到設計要求，測試設備需要模擬車輛基本的特性，林信宏舉例說明，行車電腦模擬，需要建立讓電池包與行車電腦連接的模擬環境，才能讓電池包順利工作；透過統一診斷服務(Unified Diagnostic Services)對電池包進行控制、讓電池包能夠進入受測狀態；最重要的需要具備行車狀態模擬，達到即時控制電壓、電流、功率模式等要求。 以「過溫降載」的應用為例：當車輛的電池包在使用者操作下，若產生過溫度狀態，行車電腦將限制馬達驅動器的拉載功率，電池包的測試設備就必須具備即時狀態的模擬功能，在測試過程中收到電池包所回傳的BMS溫度訊息判斷是否過溫，將充放電設備輸出功率進行調降，達到降載的狀況；同時間會搭配資料收集器，進行電池包各串電壓與溫度的收集，整個操作過程要確認電池芯能在預定的操作區間使用，不會有電池芯異常(過電壓或過溫度)的使用狀態發生。 而生產線電池包下線測試方案針對高功率電池包(Battery Pack)配置，林信宏解釋，主要目的在確保電池包在各個生產組裝結束後，具備高品質狀態離開電池包生產工廠交貨給下游車廠，故會在生產流程的容許下進行電池包功能的檢測，對整個電池包組裝過程中可能發生的故障、安全問題進行測試驗證，確保產品是安全可靠的，內容包含：電池包連接與生產條碼對應測項確認，電池包軟體版本確認/程式燒錄/讀寫序號/運輸位確認，初始狀態確認後，就進行電氣安規測試，有絕緣阻抗測試與接地短路等安全測試。 隨後BMS功能測試包含：高/低壓繼電器開關功能檢測、風冷/水冷機制測試、錯誤碼診斷、性能測試、出廠總電壓檢測、出廠電池包SOC值檢測、高壓互鎖功能檢測、總成極性判定、總電流檢測、充/放電性能、內阻性能(DCIR)、單電芯電壓範圍、單體溫度範圍、電池包的最大單體壓差等測試項目，完成上述各測試項目的要求，進行全自動化的測試程序，完成產品驗證。 充電設施普及與介面標準化 相較於目前消費者使用電動車所產生的「里程焦慮」，過去ICE車輛在加油站不普及的時代相信也有，因此充電的便利性是電動車發展的關鍵之一，包括快充技術與充電站的基礎建設，這部分是台灣產業可以著墨的領域，然而目前充電連接器的規格並不統一，包括：美國SAE的J1772(CCS1/Type1)、國際電工協會的IEC 62196(CCS2/Type2)、日本的CHAdeMO、中國大陸的GB/T以及Tesla推行的SC(圖3)，而且還在發展當中。 圖3　目前充電方式與形式多樣，不利市場推廣。 而充電形式分為交流(AC)充電與直流(DC)充電，德國萊因(TÜV)商用與工業產品服務部門經理翁文進(圖4)指出，交流充電可使用家中220V電源，電流在32~72A不等，每小時充電量為7.0~15.8度電；直流充電使用380V以上的電壓進行充電，充電功率視電池狀況最高可以達每小時100度電甚至更高，AC充電多安裝於家中，DC充電以戶外充電樁為主，電壓高充電速度快。 圖4　德國萊因商用與工業產品服務部門經理翁文進指出，AC充電多安裝於家中，DC充電戶外充電樁為主，電壓高充電速度快。 為了確保車主可以安全無虞且有效率的使用充電設備，安裝的保護零件選用也是一個重點，像是防雷元件、過電流保護器、漏電斷路器、接地保護等，與安全保護都息息相關。翁文進特別提醒，幾個常見的安裝現場差異如：使用漏電斷路器，國際電工法規定在電動汽車充電系統中(IEC 61851-1)必須使用電流跳脫特性為Type A型，可針對交流及直流脈衝進行偵測跳脫，比原本在台灣市場CNS 5422認可的Type AC型有著更高的保護能力。 另外，當使用接地保護時，為確保接地連續性，在短路或電擊危險發生時，可以藉著阻抗匹配將電流導引至地面以保護人員操作安全。翁文進說明，在電工法規的建議是使用螺絲(栓)、彈簧華司、端子、華司、螺帽進行鎖固連接，同時也確保充電程序過程持續的進行。台灣夏季氣候多雷雨，為防止落雷對充電站系統以及電力設施的損壞，防雷元件的正確選用不可少，一方面免於設備遭雷擊而失去功能，也增加人員車輛使用充電站時的安全。 SiC功率元件將大量導入 現在主流的電動車電池組由96串4.2V的電池包串聯組成，總電壓約400V，為了提升電池的傳輸效率並串聯更多電池組，電池系統有往更高壓發展的趨勢，Nagai解釋，電動車傳動系統需要更高電壓、高電流切換開關元件。IGBT是目前常用的一種。當檢視提高逆變器效率和減少動力傳動系統重量和尺寸，以提高每加侖密度的挑戰時，寬能隙的碳化矽(SiC)切換開關元件備受矚目。不過，基於SiC的缺陷密度和晶圓尺寸仍與Si不相容，因此成本仍然是其採用的挑戰。 馬達可以說是電動車的心臟，英飛凌大中華區汽車電子事業處市場經理朱文斌指出，電動車馬達主要是使用MCU、Gate driver、IGBT模組等核心元件。現階段馬達控制技術已經比較成熟，透過第三代半導體SiC功率模組的性能提升，將是提升馬達系統整體效率的重要關鍵。對於電機驅動，SiC能在目前IGBT的基礎上，提升效率5~10%，碳化矽的100K開關頻率有助於實現電動車的高壓快充。 電動車的充放電和機電轉換主要是靠功率半導體來完成，包括IGBT和MOSFET，一個是把電能轉化為機械能，比如馬達的機電轉化，或者把機械能轉為電能，比如電量回收。另一個功能是把電能從一個地方轉移到另一個地方，比如用車載充電器充電，就是把市電轉移到電池上。ST亞太區功率元件技術行銷專案經理陳文聰(圖5)說，從矽IGBT元件改成SiC MOSFET元件，平均可協助電動車提升4%的行駛里程，也具有高速、耐高壓、耐高溫、小型化以及低開關損耗等功能，能提升車載充電機、車載電源、主變頻器的效率。 圖5　ST亞太區功率元件技術行銷專案經理陳文聰說，從矽IGBT元件改成SiC MOSFET元件，平均可協助電動車提升4%的行駛里程。 包括PCB在內的高溫等級周邊零組件仍然非常昂貴，這也影響了SiC的另一個優點，即高溫耐受能力，其能大幅降低逆變器冷卻系統成本。陳文聰表示，目前SiC的價格相較傳統的矽功率元件還有一倍左右的價差，另外元件耐用度也是另外一個重點，汽車產業前幾年花費很多時間評估SiC的耐用性，由於電動車內部需要電能轉換的部分非常多(圖6)，像牽引逆變器(Traction Inverter)這類與馬達控制關係較高的元件會優先導入，2019年預計是電動車SiC起飛的時間，未來將廣泛應用在電動車的馬達控制與電控系統。 圖6　未來電動車系統將導入越來越多SiC功率元件。 資料來源：ST 另外，ADI強調其強固和可靠的隔離技術，以確保低壓系統和高壓之間不存在干擾。Nagai說明，該公司專注於IGBT、SiC智慧驅動器、整合隔離和電源技術，除了提供精小外型和強固的EMC/EMI功能外，同時更可降低系統成本。此外，ADI還為馬達定位感測提供高精度角度感測器，以便有效地驅動馬達。 掌握車輛電動化與智慧化契機 車輛電動化與智慧化將同步進行，恩智浦半導體大中華區汽車電子市場經理周翔認為，要提高車輛的運算能力，才能實現潛在的二氧化碳減排。從對傳動系統的精確、即時控制，到數學密集型能量優化策略，再加上車上不同電源的定時精確同步，可透過階梯式功能提高來實現可用的計算性能。因此，恩智浦發布下一代混合動力和全電動汽車的GreenBox開發平台。GreenBox允許汽車製造商和供應商在基於Arm Cortex架構的汽車處理多核平台上開發下一代混合動力和電動汽車應用。 GreenBox電氣化開發平台用於在真實的使用者環境中開發控制演算法並對其進行測試。隨著全球對排放的監管限制不斷增加，燃油經濟性目標也越來越嚴格，傳統汽車製造商和新的市場進入者都需要開發工具來快速設計電動和混合動力汽車。GreenBox為HEV/EV設計提供了一條簡單的即用開發路徑，該設計將使用2019才會問世的最新款S32電氣化MCU。 總結目前新能源汽車發展狀況，電動車市場進入推廣末期、普及初期，電動車電池占電動車成本比例需從30%~50%進一步下降，觀察近期Tesla大幅降價與其平價S3車款量產已上軌道，同時Toyota的油電混合車售價已經越來越貼近ICE車輛，電池的成本不再高不可攀。另外充電樁的普及與規格的統一/簡化也須持續推動，現階段混亂的現況可望慢慢改善。 車輛最重要的就是安全，電池包安全設計是無可妥協的重點，電池芯電壓狀態監測，避免過充電狀態產生，電池包在正常狀態使用下或是碰撞後的高壓安規監測都相當重要，避免危害人身安全；電池管理系統與電池包依照使用者的角度，在出貨前或是入料前檢驗都必須做嚴格控管，從原物料的入料檢驗、電池管理系統的功能檢驗、電池模組的組裝品質檢驗、電池包的功能檢驗都必須具備。 上述發展重點有許多要依靠半導體元件的控制與轉換功能，才能精準地達到技術要求並改善現有的諸多問題，因此電動車中半導體元件使用的數量將會持續增加，每輛車成本中半導體元件成本比重也相對提升，挑選有潛力的系統/技術投入，台灣的資通訊、精密機械或汽車零組件產業，依靠過去深厚的基礎，有機會進一步提升，並找到下一個百年的成長契機。

台灣西門子總裁暨執行長艾偉(Erdal Elver)表示，西門子已投入人工智慧研發三十餘年，將其電氣化、自動化與數位化的專業與人工智慧科技完美結合，致力協助台灣在智慧製造、永續能源、智慧基礎建設全方位數位轉型和智慧升級。 回顧2018財年，西門子在未來製造、永續能源、智慧基礎建設三大領域完成了數個指標性專案，為台灣產業和基礎設施導入人工智慧穩健紮根： ．未來製造：與精誠資訊、緯謙科技和新漢公司針對MindSphere簽訂合作意向書，成為全球策略聯盟夥伴；勝源機械和麗健福生物科技導入西門子MindSphere與數位解決方案，近一步強化生產製造品質與效率。 ．永續能源：提供台灣電力公司智慧電表管理系統EnergyIP，優化電力傳輸效率和供電品質，因應2022年前全台逾300萬個智慧電表的管理和確保再生能源電力傳輸的穩定。 ．智慧基礎建設：臺北南山廣場採用西門子數位化建築解決方案，降低大樓能耗和營運成本，西門子攜手合作夥伴贏得桃園捷運綠線機電系統統包案，提供先進軌道交通科技(Trainguard MT通訊式列車控制系統與列車牽引系統、直流牽引供電系統以及智慧捷運號誌系統)，打造全台最先進的智慧捷運系統。 2019財年，西門子預計將在台灣推動成立物聯網使用者組織MindSphere World，結合產官學專家打造工業物聯網生態鏈。並將在台中智慧製造試營運場域完成「數位化體驗暨研發中心」的初步建置。同時也將進駐「亞洲・矽谷」計畫桃園市虎頭山物聯網創新基地，展示西門子最先進數位科技，提供產官學研各單位技術交流，並將與產官學啟動交流合作，協助台灣全面落實人工智慧於產業中的應用與普及，共創2020+ AI新世代。 台灣西門子總裁暨執行長Erdal Elver表示，西門子將把AI與其電氣化、自動化與數位化的專業結合。  

英特爾客戶運算事業群總經理Jason Ziller表示，英特爾致力將Thunderbolt推廣到各產品設備上，與USB推廣組織合作的第一階段，是在定義USB Type-C規格時，使其相容Thunderbolt；第二階段是釋出Thunderbolt協定，推出基於Thunderbolt協定的USB 4規格。 據悉，USB 4解決方案的主要特點包括：使用現有USB Type-C傳輸線進行雙通道運作，透過40 Gbps認證的傳輸線實現高達40 Gbps的運作速度；多種數據和顯示器協定，可有效共享匯流排上的總頻寬；以及與USB 3.2、USB 2.0和Thunderbolt 3的向上相容性。 目前已有超過50家公司積極參與規格草案審查的最後階段，USB 4規格可望在2019年中發布；將與USB 4規格同步發布的是USB Type-C規格的更新版本，其將涵蓋USB 4的匯流排探索、設定和效能需求。 USB推廣組織主席Brad Saunders指出，USB的主要目標是提供最友善且最佳的使用者體驗，透過強大的傳輸線和連接器解決方案來傳輸資料、螢幕畫面和電力。USB 4解決方案能夠為匯流排的運作進行訂製化，透過在單一連接上優化數據和顯示器的組合來進一步提升體驗，並使效能可以進一步倍增。 Ziller進一步說明，釋出Thunderbolt協定規格是一個重要的里程碑，透過與USB推廣組織的合作，擴大Thunderbolt相容產品的採用，讓所有人都能夠輕易使用簡單、多功能的連接埠；而英特爾也為各種裝置實現更多創新應用，並為消費者帶來更多創新體驗。 英特爾客戶運算事業群總經理Jason Ziller表示，透過與USB推廣組織的合作，將可擴大Thunderbolt相容產品的採用。  

半導體產業內有許多標準都是在國際半導體產業協會(SEMI)的平台下形成，針對晶圓廠與晶圓設備的資訊安全標準也會循此途徑。SEMI會務拓展及會員服務總監李敏華(圖1)表示，SEMI作為連結產業的平台，對產業內需要群策群力才能解決的共同問題，一直抱持著積極推動的心態。 圖1　SEMI會務拓展及會員服務總監李敏華表示，台灣廠商將在半導體設備/整廠資安的國際標準制定上，扮演領導者角色。 台廠主導半導體設備安全標準 針對資訊安全議題，目前SEMI已經成立晶圓廠及設備資訊安全任務小組(Fab& Equipment Information Security Task Force)，並由台積電、日月光等台灣半導體製造相關大廠帶頭，希望制定出全球通用的晶圓廠/半導體設備資訊安全標準。也因為半導體設備業者的重量級客戶都在台灣，因此這個由台系大廠主導的資訊安全標準，廣泛受到日本及北美SEMI會員的密切關注，因為設備業者都希望能在第一時間知道客戶對資安的要求，才能快速配合。 SEMI Taiwan接下來也會邀請相關主導廠商舉辦講座，跟半導體業內的其他業者分享其資安實務做法跟經驗，讓整個半導體產業鏈的成員都知道領導大廠的想法跟做法，進而提升半導體產業的資安水準。 資安問題無從迴避 不管是前段晶圓製造或後段封裝測試業者，為了提升自家的競爭力，都在朝智慧製造的方向發展。不管是在產線上安裝大量感測節點，蒐集各種機台參數，或是實現製程參數的中央控管，都必須倚靠工業物聯網(IIoT)這項基礎建設。 另一方面，不管是前段廠或後段廠，都在人工智慧(AI)、機器學習(ML)上布署重兵，希望藉由機器系統自動分析源源不絕的資料流，並從中找到關鍵資訊來改善自家企業的日常運作。一般來說，半導體生產線上的機台狀態可以分成Queue Time、Hold Time與Run Time三種狀態對半導體製造業者而言，Queue Time跟Hold Time當然要越短越好，這樣產線稼動率才能提升。也因如此，智慧排程、預兆診斷或預防性維護等基於人工智慧或機器學習的應用功能，吸引眾多半導體廠投入研發。 正因為IIoT跟機器學習的導入，是未來半導體產業必然要走的路，因此隨之而來的資安問題，是半導體業者無從迴避的挑戰，不能一邊享受這些新技術所帶來的效益，卻忽視其所帶來的隱患而不予以解決。不過，就如同其他垂直產業在推動智慧製造時，最大的問題不在新產線、新機台，而是既有產線的升級與更新，半導體產業要解決資安問題，最大的痛苦點也在既有機台上。即便是發展步調極快的半導體產業，產線上也仍存在少部分已經使用十多年的舊機台，要針對這類舊機台進行安全更新，是最棘手的挑戰。比較上位的工業電腦，都存在微軟(Microsoft)已終止Windows XP更新支援所帶來的問題，要對更下位、直接控制機台內部運作的可編程邏輯控制器(PLC)進行安全更新，問題只會更複雜。PLC本來就是相對封閉的控制系統，懂得撰寫PLC程式的工程師是相對少數，而且PLC的程式非常重視穩定度，因此只要一撰寫完成，上線使用確認能穩定運作之後，使用者通常是能不更新就不更新。 興利/除弊兩路並行　半導體產業經驗足為借鏡 智慧製造是每個製造業都必須面對的轉型課題，半導體產業身為目前全世界最接近工業4.0的產業，其發展路徑有許多地方可以讓其他領域的製造業參考。舉例來說，機台聯網對半導體設備來說，早已不是問題，某些進度比較快的大廠，不僅生產參數/配方都已經藉由機台聯網實現中央控管，甚至連機台上下料都已經毋須作業員協助，直接用無人搬運車加上機器手臂代勞，進而使得關燈工廠得以實現。 但半導體產業的智慧製造走得雖快，遇到的問題自然也是前所未有的。資訊安全是工業物聯網概念還在發酵階段，就已經有許多人提出警告的議題，但提出警告跟如何解決問題，畢竟是不同層面的事情。半導體身為最早遇到工業物聯網資安問題的產業，決定用群策群力的方式，將使用者、軟體業者、系統整合者和設備供應商團結起來，以制定產業標準的方式來解決問題。可以預料的是，這種做法未來應該會擴散到其他產業。

然而，鮮為人知的是，即使在最惡劣的環境中，藍牙也可為工業應用提供無線連接(圖1)。藍牙的技術發展一直是與時並進，在2016年12月最新發布的藍牙5規範中，它增強了功能組合，可適用於全新的使用案例。但是，經常被忽視的是，就其核心技術來看，在工業應用方面，藍牙確實擁有龐大的發展潛能。 圖1　使藍牙適用於惡劣環境的主要特性 藍牙工業應用八大特色 上述提到，就其核心技術來看，藍牙在工業應用方面擁有龐大的發展潛能，而以下是八個支持或選用藍牙來連接工業應用的有力論點。 不易受到干擾 藍牙是在毋須授權的2.4GHz ISM(工業、科學和醫療)頻段上運作，並與各種RF技術共存，包括Wi-Fi、Zigbee，以及如汽車警報和視訊裝置等其他的商業應用。 為了使訊號被接收到，藍牙採用一種稱為適應性跳頻(Adaptive Frequency Hopping)的技術。在傳統藍牙(Bluetooth Classic)標準中，2.4GHz ISM頻段是由79個單獨的1MHz通道所組成。在低功耗藍牙(BLE)中，頻譜則被劃分為40個單獨的2MHz通道，以實現更寬鬆的RF設計並進一步降低成本。 訊息會被分割成小的數據封包，並且每隔625微秒，會在不同的通道上一個接一個地發送。根據協定的順序，通道每秒最多可切換1,600次。未能完整傳送到接收器的封包會再重新傳送，如果是通道的問題，便會被標記並在後續的通訊中避免使用。因此，藍牙通訊的結果是，能找到切斷雜訊的最佳路徑，以便可靠地進行無線數據傳輸。 支援高裝置密度 藍牙已經為支援高裝置密度進行了最佳化設計，此外，若附近有多個網路，仍能以有限的干擾繼續運作。它的簡短數據封包非常適用於工業應用，如測量和控制，這類應用都僅需要很短的傳輸時間。因此，它們不會不必要地干擾電波，能把對其他裝置的干擾降至最低。 藍牙還具有自動電源控制功能，僅利用到達接收器裝置所需的訊號強度來傳送封包。這意味著，當沒有雜訊須切斷時，它們不會耗費太高的功率。此特性亦能減少電波的負荷，能夠在不造成干擾的情況下，增加相同頻段上的裝置數量。它還具有節省電力的額外好處。 最後，藍牙也為了與Wi-Fi共存進行了最佳化設計，Wi-Fi通常會在工業和消費性產品環境中與藍牙共享ISM頻段。Wi-Fi通道在ISM頻段中使用22MHz頻寬，可同時容納多達三個非重疊通道。利用適應性跳頻技術，藍牙能夠最佳地利用無負載的電波。 能偵測並糾正位元錯誤 當訊噪比低時，例如，在嘈雜環境中或當傳輸距離很長時，訊息中有位元錯誤的機率便會增加。除了透過避免使用不可靠的通道來偵測錯誤，以最佳化通道跳頻設計之外，若需要，藍牙還可以利用前向糾錯(Forward Error Correction, FEC)來修正接收器端的位元錯誤。這是透過在主要訊息中增加冗餘位元，然後FEC演算法可用它來修正錯誤。因此，這也有助於藍牙在長距離和嘈雜環境中可靠地傳送訊息。 適用於現有設計 序列埠(Serial Ports)已使用了數十年之久，且將持續用於工業應用。藍牙序列埠規範(Bluetooth Serial Port Profile, SPP)可透過藍牙模擬具備硬體交握的完整序列介面(RS232、RS422/485)。點對點或多點運作的無線連接可用來取代序列纜線，SPP已被用來透過序列介面在筆記型電腦、控制系統和其他裝置之間交換數據。 提供廣大覆蓋範圍 雖然藍牙通常被當作傳輸距離僅為數公尺的無線通訊技術，但它已被證明能夠在更長的距離上可靠地運作。曾有一項研究，針對基於藍牙的即時感測器致動器介面在惡劣工業環境中的效能進行了評估。 藍牙5可提供的傳輸距離更長。在開放空間條件下並使用良好的天線，我們能夠使用藍牙長距離模式(編碼PHY)把訊息傳輸至1.7公里以外。 在最具挑戰性的情況下，透過把廣播訊息的時間增加到8倍，可以在藍牙5長距離模式中實現更遠的覆蓋範圍。透過建置藍牙網狀網路，還可以在密集環境中進一步擴展覆蓋範圍。在網狀網路中，訊息可以從一個節點傳送到另一個節點，直到它們到達目的地為止。 適用於任何地方 藍牙裝置是專為滿足相同的全球標準要求而設計。這對裝置製造商來說非常重要，他們不必擔心須維護多種產品型號(SKU)來因應全球市場需求。隨著藍牙技術廣泛應用到手持式裝置，更提供了可透過專用應用程式從任何一種智慧型手機或平板電腦與藍牙裝置連結的機會。 滿足工業物聯網應用 根據LED照明和感測器裝置用彈性式照明韌體套件供應商Silvair的報告，與其他短距離無線技術相比，藍牙的無線電性能(低功耗版本)更為突出，特別是在速度方面，因而能提高效率、延遲和反應能力。此外，藍牙已針對許多非常小容量的數據封包傳輸進行了最佳化設計，使其成為物聯網應用的理想選擇，不僅適用於連網家庭或城市，亦適用於連網工業應用。 設計非常安全 藍牙具備多項特性，使其成為安全的無線技術。例如，前面提到的適應性跳頻技術，它是取決於僅有發射器和接收器知道的偽隨機跳頻序列來運作。這意味著，竊聽者必須跟蹤所有可用的通道並正確地拼湊數據封包，才有可能取得發送的訊息。 從藍牙4.2開始，藍牙裝置的配對，亦即裝置間通訊的先決條件，是採用符合聯邦資訊處理標準(Federal Information Processing Standards, FIPS)的演算法來生成所謂的橢圓曲線(Elliptic Curve Diffie-Hellman, ECDH)公鑰-私鑰對。此特性稱為LE安全連接，可保護傳輸的數據不會因為中間人(Man-In-The-Middle, MITM)的攻擊而被攔截。 藍牙模組也可被設定為讓其他的藍牙裝置看不見，這表示，駭客將不知道它們的存在。只有事先配對過的裝置之間才能建立連接。 藍牙確保長期可靠效能 藍牙技術聯盟(SIG)成立20年以來，藍牙技術隨著使用案例的演進而與時俱進，一直以來都獲得市場的廣泛採用。最早，藍牙被定位為行動電話間數據同步的無線技術，但它很快就擴大到支援各種的使用案例，特別是個人電子裝置間的數據傳輸。今天，藍牙低功耗(從4.0版開始)和藍牙5.0更是擴大範疇，扮演完全不同的角色，能夠適用於物聯網的諸多應用。 自藍牙標準推出以來，藍牙已經證明自己是工業製造流程的強大連接解決方案。涵蓋工業製造、醫療設備和井下測量等多樣化領域，數以萬計家的公司，多年來，都已經成功地將藍牙運用在各種工業應用，在未來，藍牙技術仍將持續在連網工業應用領域扮演重要的角色(圖2)。 圖2　藍牙技術的工業應用 (本文作者為u-blox短距離無線電產品資深產品策略主管)

日趨嚴格的車輛碳排放法規，加上更注重環保的消費者，促使業界轉移至電動車輛的步調持續加快，預估到了2025年時，電動車在所有車輛的銷售比例將達到10%，遠高於現今的1%。然而，眼前一大難題就是電池的成本居高不下，約占電動車整體成本將近一半。 決定電池成本的因素有很多，其中一個就是製造商能在製造的最後階段大幅降低成本。明確的說，是在電池化成(Formation)與測試階段，這個階段在電動車電池成本占了20%的比重。 電池化成與測試是極費時的程序，涉及多次充電與放電，藉以活化電池的化學物質，整個流程須費時整整兩天。必須經過這些程序才能確保電池能放到車上運作，並確保其可靠度與品質。由於整個流程費時甚久，因此成為電池製造商面臨的一大瓶頸，使其難以提高作業流量以及降低電池生產的整體成本。電動車電池製造商以及化成與測試系統供應商之間的合作，讓他們能更加注意這些層面，除了降低關鍵製造階段耗費的時間與成本，同時還能維持先進電池化學所要求的精準度。 電動車的電池占近50%成本，降低電池成本就是降低車輛整體成本 加速測試流程降低電池成本 為降低電池的成本，製造商必須採取全面的作為，從運用供應商系統層面的專業技術，一方面降低電池測試電路的占用空間，另一方面增加通道的數量。進行這兩任務的同時，還必須維持準度、精度、可靠度以及電池化成與測試量測的速度，藉以確保符合安全性、效能、以及可靠度方面的要求。 然而真正的實行並不簡單。從前端開始，用來驅動電池充電電路的電源供應器必須嚴密地控制。接著深入到電池化成與測試方面，必須嚴密監視電池充放電(Battery Cycling)時電流與電壓的分布(Profiles)，以防止過充以及充電不足。這除了確保測試時的安全，還能延長電池的使用壽命，讓終端使用者大幅降低整體持有成本。 就關鍵的電池量測方面來說，必須運用高階儀表放大器(In-amps)和相關的分路電阻，才能在嚴苛的工廠條件下量測精準度優於正負0.05%水準的電池充電/放電電路。這樣的精準度也適用各種不同的放大器，這些放大器是用來監視在整個操作溫度範圍內運作的系統電壓。 雖然有許多方法能將這些元件整合成一個完整的解決方案，但想要在最小的系統中發揮最大的效能則是極大的挑戰。因此，ADI 因此著手將包括類比前端、電源控制以及監視電路等元件整合成一顆IC。內含電池正負極反接保護、過壓保護切換開關以及智慧控制功能，除了防止電池過充之外，系統占用空間也能縮減50%。協助電池製造商能將更多功能整合到測試系統，以更有效率地運用工廠之樓板空間。此外，它們也讓製造商能設計出具備更多功能的系統以及更健全的測試程序。 高效率電源轉換是系統效能進一步提升的另一個機會。藉由運用先進切換架構，測試系統可以接上電網，以進行雙向的能源交換，藉以將功耗降至最低。高效率的電源轉換也能減少對熱管理設備的需求，這些設備會增加系統的整體成本以及耗電。整體成果就是減少浪費的能源以及製造成本。要促成這些功能，必須瞭解各項系統功能，像是隔離閘極驅動器，以因應更快切換碳化矽與氮化鎵這類新型電源切換技術的需求。 擁有系統層級專業技術以及旗下產品多元的供應商之間進行緊密的合作，所獲得的益處不僅止於取得更精密的元件和零組件，電池製造商也能取得系統架構方面的參考設計方案，產品的調校工作因此變得更為容易，比起以往電池製造商必須從頭開始發展系統測試程序的狀況，其能進而使產品上市時程要快上三到四倍。 全球對電動車輛的需求預估從現在開始到2021年將有21%的年複合成長率，因此電池製造商與車商之間亟需密切合作。供應商必須提供可靠且通過驗證的解決方案，讓製造商的系統效率能有效提升。供應商應協助製造商盡速將這些功能市場化，促使電池與電動車輛的生產更蓬勃。 (本文作者任職於Analog Devices)  

數位轉型是實現工業4.0重要關鍵，而要達到數位化目標，建立可靠、完善的聯網環境為首要任務。為此，愛立信(Ericsson)發布全新工業連網解決方案(Ericsson Industry Connect)，期能藉此加速工業4.0的數位化轉型，並搶占市場先機。 台灣愛立信總經理兼韓國愛立信總經理何可申表示，根據愛立信的研究指出，一直到2026年，預估工業數位轉型商機將不斷攀升，市場規模將高達6,000億美金，推動電信業者、網路通訊設備業者紛紛投入此一領域發展。 何可申進一步說明，要實現工業4.0，首先不可或缺的便是在工廠、設備上建置許多感測器，而這些感測器皆須有連網功能；然而若是依賴有線連網，將會耗費許多布線成本和時間，因此，無線連網勢在必行。而4G、5G行動聯網相較於Wi Fi，較不易有訊號干擾問題，因而較為穩定；這也是工業成為5G主要的商用領域之一的原因，驅使電信業、和網路通訊設備業者相繼投入。 據悉，此套連網解決方案是專為工廠和倉儲等工業環境所開發，可實現安全、可靠的行動覆蓋範圍，並具備高密度配置與可預測遲延時間的特點。此外，此方案為資訊技術(IT)和營運技術(OT)專業人員提供易於使用和管理的網路管理經驗，使製造業和倉儲業的員工能夠快速地採用與部署。 透過工業級無線連網技術，該解決方案可實現創新的工業4.0使用案例，例如：配備大量感測器的數位分身(Digital Twin)檢測(實體物件的數位複製資料)；提供工作人員使用的具移動性人機介面(HMI)指令；無人搬運車(AGV)的防撞和遠端控制：以及用於自動化操作的協作機器人等。 目前瑞典的運輸解決方案供應商永德福汽車(Scania)已經在其位於瑞典Södertälje的智慧生產實驗室中採用了愛立信工業連網解決方案。Scania Group工業IT資深經理Roger Hartonen指出，如今，高品質、快速與安全的工業連網環境對我們而言已是絕對必要的；而工業連網解決方案可為我們提供可靠的無線連網環境，實現工廠內所需的靈活性，得以不斷創新來推動永續運輸系統。

為了更專注於加強RF業務及碳化矽(Silicon Carbide)和氮化鎵(GaN)技術，Cree將其照明業務出售給IDEAL INDUSTRIES。並藉此行為將更多資源投注於擴展其半導體業務，強化該公司在SiC和GaN市場的競爭優勢，滿足電動汽車、5G等應用需求。 Cree為了成為更具針對性的半導體公司，為Wolfspeed(Cree的核心和RF業務)提供更多資本，並提供額外資源以擴展其半導體業務。近日宣布執行最終協議，以大約3.1億美元的金額出售其照明產品業務部門Cree Lighting給IDEAL INDUSTRIES。其中包括商業用LED、燈具和企業照明解決方案業務和工業與消費性應用產品。 Cree執行長Gregg Lowe表示，Cree在過去的18個月中有重大的進展，加強了業務的重點，不僅致力於強化碳化矽和氮化鎵技術，使Wolfspeed成長了一倍以上；並收購了英飛凌(Infineon)的RF業務，使碳化矽材料製造能力也增加了一倍之多，另外簽署了多項長期供應協議，總計超過5億美元。 Lowe進一步說明，透過此次交易，Cree可以獲得大量資源，有助於加速Wolfspeed的增長，從而鞏固其市場地位。最重要的是可以增加對核心業務的重點經營，並加快碳化矽的採用。 IDEAL INDUSTRIES董事長兼執行長Jim James則提到，透過此次交易，該公司的技術與專業知識將與Cree Lighting市場優勢相結合，致力於創新，以及擴展技術實力和加強營運，而IDEAL INDUSTRIES也非常期待能協助Cree Lighting發揮其潛力。

為加速工業智慧化與自動化，索尼(Sony)近日宣布推出新一代感測器「Pregius S」，該產品基於堆疊式互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS）影像感測器技術設計，採用索尼專有的全域式快門(Global Shutter, GS)功能和背照式(Back-illuminated)像素結構，可提供無失真、高畫質和小型化。新的感測器技術適用於製造、檢驗和物流等領域的工業設備，以實現更高的精度和更快的加工速度，達到工廠智慧化和自動化目標。 據悉，新款感測器可將充電訊號(Charge Signal)暫時儲存於位在電二極管旁邊的儲存區域中，以解決時移(Time Shift)導致的圖像失真。過往於前照式(In front-illuminated)CMOS圖像感測器中，會在矽基底上生成布線層以形成光電二極管，以便透過遮光罩保護臨時存儲的充電訊號；然而，光電二極管頂部的布線會阻礙入射光，使得在嘗試縮小像素時會產生問題。 為此，索尼開發了一種像素結構，在背照式結構上導入全域式快門功能，以解決小型化的問題，同時具有較高的靈敏度。通常在像素小型化時，靈敏度和飽和度會降低，但索尼新的技術可以將像素尺寸縮小到2.74μm，同時保持靈敏度和飽和度，從而實現比傳統前照式CMOS圖像感測器高1.7倍的分辨率；由此可在更廣泛的區域內測量和檢查物體，並且在製造、檢查、物流和其他應用中具有更高的精度。此外，由於背照式像素結構布線的布局自由度高，可以實現約為傳統前照式CMOS圖像感測器2.4倍的高速度，有助於提高生產率，減短測量和檢查處理時間。 另外，感測器的堆疊結構可以安裝各種訊號處理電路，所以與傳統感測器相比，可以實現諸如訊號處理之類的智慧型功能。並且可以減少後續處理的負荷以及減少要儲存的數據量，從而有助於實現高效，節能的系統。

從技術角度來看，以塑膠為基礎的軟性顯示技術將會改變傳統玻璃基材的面板結構與材料系統，進而影響到目前的產業供應鏈，玻璃相關供應鏈在軟性顯示器的空間會被新的軟性膜材取代，這種由新材料、新結構帶動新製程對顯示器技術發展來說，無疑是一個革命性的里程碑。 本文從顯示器產品發展軌跡探索折疊顯示器與可撓性顯示器市場發展趨勢，進而確定未來OLED在顯示器技術勝出的機會，並從材料的觀點找出軟性基板與薄膜封裝技術應用於軟性顯示器的解決方案：以中性應力層結構來克服OLED脆性膜層避免應力破壞的特殊設計。另外，軟性OLED模組的圓偏光片、觸控模組與蓋板模組都因為可撓的需求而有重大的改變，本文也從這些改變分析探討未來諸多功能膜材發展的商機。 折疊手機成OLED顯示技術發展轉捩點 顯示器是人機介面，顯示器技術演進與應用產品對顯示需求有極密切的關係，陰極映像管(Cathode Ray Tube, CRT)時代，影像傳播剛起步，顯示技術發展以影像品質為優先，厚、重的特性雖然厭惡，但是別無選擇的接受，到了筆記型電腦時代，CRT的厚、重與耗電已經無法滿足產品需求，這提供了液晶顯示器(Liquid Crystal Display, LCD)技術發展的市場隙縫，使LCD能夠在這隙縫中逐漸成熟，最後取代CRT成為技術主流。 而有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode, OLED)正循著LCD取代CRT市場的模式，在可折疊的市場隙縫中找到取代LCD的絕對優勢，未來幾年，OLED技術將擴大折疊面板、捲曲面板的優勢，進而蠶食目前LCD的產品應用，2019年無疑是OLED顯示技術發展的轉捩點。 盱衡顯示器LCD與OLED兩大陣營對產能的布局不難看出市場未來的走向。在LCD方面，從1988年Sharp開發全世界第一個14吋TFT LCD起已經30年，生產製造的技術已經來到面板長寬3米以上的10.5/11世代廠，生產技術成熟，近來擴廠雖然緩下來，但是往後幾年累積的產能高達每年2億平方米以上。 在OLED方面，雖然從2001年新力(Sony)推出全彩13.3吋主動式大尺寸OLED面板，韓國大廠三星(Samsung)展出15吋全彩主動式OLED面板以來也近20年，在此期間，剛萌芽的OLED在市場上挑戰已經成熟的LCD，由於找不到獨特的產品定位，自然推廣極其辛苦，許多早期投入OLED的廠商包括:三洋電機、日本精機(Nippon Seiki)、東芝(Toshiba)、Seiko Epson、先鋒(Pioneer)等廠商紛紛退出，而友達、奇美等台廠則在以LCD為主軸的方向下，維持一定的研發與少量生產的能量。 韓廠三星在2010以自家手機為市場，讓OLED技術能夠正式大規模的推向產品；LG則以大型電視產品為市場，用高端市場的高價產品來取得新技術存活的空間。大陸面板產業雖然起步較晚，但是大陸廠商挾其市場與資金的優勢，在OLED領域急起直追。從2010年京東方在鄂爾多斯建立5.5代OLED生產線起，包括京東方、華星光電、天馬、維信諾、信利、和輝等均規劃投資OLED的生產線，且多數的產線具有柔性OLED產品的生產能力。 就目前既有與未來規畫的產能分析，可以看出未來產品市場的發展趨勢。圖1是平面顯示器的產能，由圖可以發現，未來幾年平面顯示器的年產能將高達3億平米以上，其中OLED占不到15%。 圖1　全世界平面顯示器的產能 LCD由於技術成熟，生產成本低，因此產品價格低廉，在大尺寸的電視、中尺寸的監視器、筆電到小尺寸的手機面板、穿戴裝置等產品在價格上都有難以取代的競爭性；反觀OLED方面，生產技術仍然發展中，相對產能不到LCD的15%，產業鏈正在建立、設備建置昂貴、良率還爬升中，因此，生產成本高昂，價格競爭力有限。 在這種產業環境下，OLED只有找到一個LCD無法進入的產品市場，方得以生存下來，OLED可藉由這個獨有的市場空間使技術、產業鏈能有健全的發展機會，最後反過來競爭LCD的產品市場。折疊面板便是這個專屬OLED的市場區塊，因此，未來幾年，OLED將全力推展折疊面板的應用，藉由折疊面板甚至卷曲面板的產品來將LCD擠出市場，這種發展軌跡與LCD取代CRT相似。 行動裝置是折疊面板最適用的產品，手機市場成長已經趨緩，急需有新功能來刺激換機需求。訊息傳輸量大的5G在2019年開始上路，6~10吋平板大小的螢幕方能發揮大資訊量顯示的功能，在攜帶便利與大螢幕雙重功能需求下，折疊面板無疑是最理想的解決方案，況且折疊面板還有不易摔破的絕對優勢，OLED在可折疊面板的技術突破後，將致力推進「可撓」這個LCD無法染指的應用。 折疊手機無疑是當下最有機會發揮折疊面板特色的產品。圖2是市調機構DSCC在2018年發表不同面板的手機數量預測，圖中即預測可折疊手機從2019年開始上市，並且以每年近1倍的數量成長，而LCD則逐年下降。折疊手機從2013年三星推出概念機開始，都未見產品真正的商品化銷售，直到去年底大陸柔宇發布推出全球首台「可摺疊手機」上市消息，一時間，三星、小米、華為、蘋果等手機大廠都傳出折疊手機於2019年上市的新聞。 圖2　以顯示面板分類的手機出貨 從面板技術的演進來看，折疊手機的實現是OLED技術從玻璃基板突破到塑膠基板的結果，面板曲面(Curved)、可彎曲(Bendable)、可摺疊(Foldable)、可捲曲(Rollable)的發展趨勢已經確立，未來OLED將以LCD無法折疊彎曲的特性勝出，並逐漸滲透取代LCD市場。 折疊面板技術突破　OLED成長逐漸上揚 顯示技術基本上分為自發光與不自發光兩大類如圖3所示。其中，LCD屬於不自發光顯示技術，其影像是靠液晶轉動來控制背光源的光線通過與否，而達到成像的目的。 圖3　顯示技術兩大類別 當LCD折疊時，液晶受力扭曲，光的路徑受到影響而扭曲，因此當LCD折疊扭曲時，影像扭曲或是漏光等缺陷無法避免，雖然在小區域做些隔離可改善扭曲漏光，但是經過幾年的研發仍無可靠的產品上市。OLED是自發光的顯示技術，靠的是載子(電子與電洞)在發光層複合產生光線而成像，因此扭曲、彎折對發光影響極微，這些LCD與OLED在先天上成像機制的差異，就決定LCD在折疊或捲曲面板應用出局的命運。 OLED是以低溫多晶矽(Low Temperature Poly Silicon, LTPS)的薄膜電晶體(Thin Film Transistor, TFT)來驅動，LTPS在玻璃基板的製程技術已經非常成熟，因此，柔性OLED工程問題的關鍵在如何突破於軟性基板上製作LTPS的薄膜電晶體。 玻璃長久以來就是顯示器的關鍵性基材，LCD用玻璃的應變點(Strain Point)高達600℃以上，熱膨脹係數低，具有極佳的水氧阻絕性，是面板製程非常理想的基材，惟玻璃是剛性材料，楊式係數(Young's Modulus)高達80GPa，些微的應變即產生極大的應力，因此彎曲不易。 雖然降低玻璃材料厚度能使玻璃有一定程度的彎曲，但是即使薄到50um以下，仍然無法彎曲到折疊面板需求的曲率半徑，因此，對於折疊面板來說，薄玻璃無法滿足低曲率彎折的功能需求。 撇開玻璃材料，柔軟的塑膠材料是軟性顯示基板材料的希望，惟其基本的要求是塑膠基材必須在LTPS高溫製程有一定的安定性。玻璃轉化溫度(Glass Transition...