的 願 景
Human Link
介
面技術In terf ace Te chno log y一向是電機領域中的利基技術。 Hum anL in k Te ch no lo gy 也不例外，它將會是繼系統晶片 S oC 之後成為半導體產業 的下一個發展重點。今日的無線通訊、網際網路、影像語音等技術，無一不 是透過電的傳輸與轉換，將訊息間接的傳達給人們。它是間接的，因為它還 要透過人的眼睛與耳朵，才能為人所接受。 電機與控制工程系經過 36 年的發展與蛻變，不僅具備有電路設計的技 術，也擁有了系統整合的專長，儼然成為全國最具潛力發展『系統單晶片─ 微 介 面 電 路 系 統 』 的 科 系 。 在 此 ， 微 介 面 我 們 的 定 義 就 是 H u m a n L i n k Te ch no lo gy 。由於『國家矽導計畫』的員額補充與系上教師專長的整合，電 控系成立了微機電系統晶片技術研究群。主要的發展方向朝 H u m a n L i n k Te ch no lo gy 發展，與 IT R S 20 01 所預測的，系統晶片將在 20 06 年陸續整合 M E M S 、 C h em ic al S en so rs 、 El ec tr o- B i ol og ic al 等模組的趨勢吻合。 H u m an Li nk Tec hn ol og y的定義為何？廣義的說，舉凡與人體相關的技 術皆可納入 ；而本系則專注於系統晶片與微機電之應用人機介面的關鍵技術 開發。舉例而言， 如智慧感測晶片、生醫信號檢測、疾病預警系統、自動給 藥系統等生醫方面的應用皆屬此一範疇。主要的關鍵技術包含有微機電、介 面電路與數位信號處理。 微機電工程主要在建構人機介面所需要的微感測元件或微驅動元件。由 於處於此一系統的最前端的介面元件，微機電為此一研發的重心。介面電路 則在於將感測到的細微信號加以放大並轉換成數位信號以利後續的處理，或 者是將數位控制信號轉換成微驅動元件的驅動信號。電力電子積體電路在此 也扮演一個非常重要的腳色，它負責有效率的提供一個微系統中不同的電壓 與功率需求。數位信號處理雖非新領域，但是在此一方面的應用卻可開創新 l
邱一、邱俊誠、張隆國、
張維斌、董蘭榮、蘇朝琴
Technology
微機電系統晶片技術研究群的領域。就電路設計而言，基於長時間使用與可攜性的考量，電路必須是極 低功率的設計。就處理方法而言，在高雜訊的環境中，如何有效的檢測極微 小的信號也是一大挑戰。 今日，電控系成立了這麼一個微機電系統晶片技術研究群，基於已有的 電路技術與系統專長，我們有信心也有雄心在此一領域開創出一片新的天 地。現在就目前有的技術，做一簡單的說明。
一. MEMS 的成果與展望
邱俊誠 教授
微機電系統 ( Mic ro E l ec tr o- Me ch an ic al Sy st em ) ，簡稱為 M EM S ，是 現今科技界公認極具發展潛力及前瞻性的研究領域。微機電系統係指利用半 導體製程技術所製作出來的微機械與微電子元件組合而成，能夠產生微小制 動之精密整合系統。微機電系統在技術本質上是一種整合性的技術，其包含 之內容相當廣泛，如何整合不同領域的研究，將是未來發展的重要關鍵所 在。以微機電系統技術製造出輕薄短小的成品，由於省電與便宜，預期可以 應用到許多人類無法想像的地方，所以在應用的範圍可以說相當的廣泛，包 括在光學系統、流體控制、生化醫療、資訊設備、 VLSI製程等。在光學方 面的應用有光纖開關、光切換器 ( 圖一) 、光濾波器 ( 圖二) 、光遮斷器 ( 圖 三)、可變焦鏡片等，在流體控制方面，有微氣閥、微電扇 (圖四)、微流體 控制等，在生化醫療方面，有樣本混合應用、細胞融合、微量血液分析、體 內顯微手術等，在資訊設備方面，有列表機噴墨式印字頭、光碟讀取頭、投 影機晶片 ( 圖五) 等，在VL SI 製程方面，有精密定位、氣體精密控制、物質 流量微量控制等，在汽車工業方面，有加速度計 (圖六)、自動穩定控制器、 汽車引擎性能管理系統、反鎖定系統、中央空調器，由此可知微機電系統在 微尺寸、高精度的領域上具有很大的發展潛力，對人類的未來有十分深遠的 影響，值得我們去深入研究。 p 圖一: 光 切 換 器 p 圖二: 光 濾 波 器 p 圖三: 光 遮 斷 器資 料 來 源 :
圖一、二、三、六:國 立 交 通 大 學 電 機 與 控 制 工 程 學 系 微系統與控制實驗室 圖四:Un iv ers it y of Co lor ad o at Bo uld er, h tt p://m em s .c olor ado .e du
圖五:Te xas I ns tr ume nt s , h tt p:// w w w. ti.c om
二. 類 比 與 電 力 電 子 的 成 果 與 展 望
張隆國 教授
我們的實驗室一直以來皆致力於類比電路、電力電子方面的研究與設 計。近年來，藉由以往 IC 應用實作及設計的經驗和技術，切入類比 IC 的領 域，研製高功率積體電路與元件，以及無電感式的各類轉換器晶片、可程式 化類比陣列（FPAA ）等類比積體電路，期望能發展出一系列的技術，解決 目前甚至未來與功率相關的問題。 p 圖六: 加 速 度 計 p 圖五: 投 影 機 晶 片 圖 p 圖四: 微 電 扇 p 圖七:類比與電力電子實驗室功率積體電路是將高功率元件和低功率的類比或數位電路整合設計成為 積體電路，相較於傳統 的離散電路設計，可提供更多功能且降低尺寸及成 本。本實驗室致力於發展以 L IG BT 為功率元件之智慧型功率模組。實驗室 目前在核心的 L IG BT 功率半導體元件上利用 3 D RE SU RF 技術已能得到耐 壓700伏特以上的功率元件，目前正發展隔離技術並嘗試在奈米元件實驗室 實際製造整合高低壓元件的智慧型功率模組。 可程式閘陣列（FP GA ）被廣泛地應 用於各種數位系統中，同時具有類比信 號與數位信號處理能力的可程式化系統 的研究正日漸增加，由於可程式化的系 統具有設計變化多樣、易規化與易於隨 時改變設計的線路可同時工作於單一晶 片 上 等 功 能 ， 因 此 可 程 式 化 類 比 陣 列 （FPAA ）的發展給工業控制又開了另一 條新路。 積體化的轉換器晶片，隨著近來可 攜式電子通訊與資訊產品的發展，將是 產業發展的重要契機。無電感式轉換器 大幅縮小產品體積，如各式的個人隨身 電 子 產 品 （ 手 機 、 P D A ）、資訊家電 等，更進一步發展成適當的電源管理控制晶片也是本實驗室努力的目標。 因此，本實驗室結合數位、類比、與功率 IC的設計技術，發展整合為單 系統晶片。電力電子與半導體技術的結合，造成許多相關產業突破性的發 展，例如 3C 產品的直流電源供應器、電動汽車、電動機車、變頻器、伺服 p 圖八: 關 鍵 元 件 - 橫 向 絕 緣 閘 雙 極 性 電 晶 體 L I G B T p 圖九:新型結構有效地分散了電場分佈故 可以提高耐壓
驅動器、智慧型 U PS 、小型智慧能源處理系統、電子變壓器等等，這些產 品均與日常生活息息相關，因此提供了未來產業發展寬闊的空間。
