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晶片不只是商機,更是臺灣的守護天使!從環境感測至智慧防疫,晶片科技如何守護我們?

111/06/30 瀏覽次數 4966
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圖一:如何串聯半導體上下游產業供應鏈,發揮臺灣特有優勢,讓晶片科技不只能帶來商機,更能成為臺灣的守護天使?(影像來源:Shutterstock)

環境品質對我們的影響無所不在,除了健康還包括經濟因素。臺南北門鄉的烏腳病紀念館,見證了水質汙染造成的傷害;行政院農委會於南投嘉義等茶區,設置氣象觀測站,希望以科學的方式,記載環境資訊以改善農產。近年來,媒體經常報導的PM 2.5空汙、一氧化碳中毒等訊息,都和健康息息相關;而半導體廠的生產,更須嚴格控制環境品質。如果說科技始終來自於人性,那麼能夠監控環境品質的感測器當然備受矚目。

環境感測器應用廣泛,因此種類繁多,如要普及還需考慮價格、尺寸、功耗等因素。近年來,由於半導體產業的迅速發展,得以開發微小多元的環境感測晶片,並滿足價格、尺寸、功耗的考量。試想,未來如果安置這些環境感測晶片於手機、家庭、社區、農地、工廠、甚至電線桿或路燈等,除了可即時監控環境,也能夠經年累月收集環境大數據,協助追蹤疾病、改善水質、產業升級等,以提升生活品質。

環境感測晶片無所不在,「感測能力」是實現智慧的基礎

台積電等高科技公司所建立的半導體相關技術,也廣泛應用於感測晶片的開發,例如知名的任天堂Wii及Switch,就是利用運動感測晶片實現體感遊戲,也由於感測晶片具備價格、尺寸、功耗的優勢,目前大量使用於手機等消費性電子產品,提供更方便與多元的人機互動。

我們團隊,包括筆者和清大李昇憲、王玉麟及臺科大柯正浩等4位教授,預見環境感測整合物聯網和大數據等技術,對健康和產業的影響及重要性,因此透過科技部射月計畫,結合彼此多元的專長和半導體產業鏈的實務經驗,開發溫溼度、壓力、噪音、紅外線、空氣懸浮微粒、重金屬、光譜儀等環境感測晶片,並根據應用場域整合前述感測晶片,輔以訊號處理和無線傳輸晶片,實現智慧多功的環境感測中樞,如圖二所示。

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圖二:筆者射月計畫團隊實現微機電環境感測晶片、模組、系統、與應用。(影像來源:方維倫講座教授)

上述環境感測晶片易於和手機、家電等裝置整合,其應用小至個人或居家,例如個人透過手機即時監控空氣品質,藉由眾人收集的數據,可紀錄不同時間與區域的環境資訊 (如 Google 路況);對於未來醫療健保、疾病管理、工廠汙染、甚至房屋銷售亦都有重要的參考價值。

至於居家用途,除了廣為人知的產品如空氣盒子,也可透過家電的環境感測晶片,確認廚房排煙的效能、或是管控冷氣的運轉模式等等。關於產業方面,如前面提及茶園的溫溼度條件,還有農業灌溉的水質監控,避免造成鎘米的汙染事件等,不勝枚舉。簡言之,環境感測晶片的需求無所不在,而感測的能力也是實現智慧的基礎。

發揮矽島臺灣優勢!串聯半導體產業鏈,感測晶片國家隊成形

臺灣歷經三十多年的耕耘,已建立完整的半導體上下游產業的鏈結與聚落,這也是我國重要的經濟命脈。我們團隊瞭解國內的優勢,透過筆者所成立的產學聯盟和服務於業界的畢業生與友人,與國內業者包括系統、設計、製造、封測、密切合作,開發環境感測晶片相關技術,完整串聯我國半導體產業鏈,藉以形成感測晶片國家隊。

例如以台積電製程實現的溫濕壓和紅外線感測晶片,晶元光電製程、和日月光封裝完成的重金屬水質感測晶片等等。其中,王玉麟、柯正浩兩位教授也分別成立兩間新創公司。

受到疫情的衝擊,許多協助快速檢驗的環境感測晶片如紅外線感測器,有大量的需求;此外,感測晶片也逐漸應用於一些高單價的產品如工具機、醫療設備等。因此,感測晶片已成為關鍵的戰略技術,也得以延續我國半導體產業的影響力和重要性。

感測晶片開啟智慧防疫與快篩新商機

本計畫執行期間,恰好發生新冠肺炎,也促成團隊所開發的幾項感測晶片,有更多發揮的舞臺,例如前述紅外線感測晶片。

此外,柯正浩教授的微型光譜儀「神光精準快篩儀」,如圖三所示,和市售醫學光譜儀相較,具有體積小、速度快等特點,因此已導入醫療體系(包括高雄小港、淡水馬偕等醫院),協助快篩試片判讀,也投入萬華地區進行5000人次快篩。

「神光精準快篩儀」因為利於攜帶且不失精準度,未來有機會走出醫院,廣泛應用於個人或家庭,據此可獲得大量數據,供專業機構分析,創造更高的衍生效益。因此,「神光精準快篩儀」獲頒國家新創獎(50大防疫科技),並取得美國FDA(美國食品藥品監督管理局,U.S. Food and Drug Administration)認證,除了充分顯示其商業價值,也可以發現,晶片不只是商機,更能是臺灣乃至全球的守護天使。

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圖三:筆者射月計畫成員柯正浩教授開發的「神光精準快篩儀」可作為COVID-19快篩定量平臺。(影像來源:方維倫講座教授)

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