這個趨勢跟我們夏季班第3堂課提到的股票有關係,
大家知道是什麼嗎??
#車輛電動化趨勢 MCU、CIS需求上升
車用半導體擴張的推動力,來自於自動駕駛、輔助駕駛系統等汽車控制相關需求,例如微控制器(MCU),也就是目前車用晶片缺貨之中的大宗,還有感測用的雷達與CMOS影像感測器(CIS)等外 就來自於環保車輛與節能減碳的趨勢,也就是功率半導體領域。
在微控器方面,Semiconductor Portal報導,市占率最高的是日廠瑞薩電子(Renesas),先進的微控制器良率控制可將瑕疵品壓低到0.1 ppm以下,也就是1,000萬分之1以下。瑞薩已量產搭載28奈米製程Flash Memory的微控制器,在車輛的電控系統(ECU)幾乎都搭載微控制器,而且傾向於加強安全性的效能冗餘,使微控制器的需求將進一步提高。
而10年來年複合成長率(CAGR)達16%的CIS市場,雖然在2020年受疫情衝擊,據IC Insights統計成長率僅3%,不過預估2021年,將成長19%,達228億美元,未來5年年複合成長率約12%,到2025年達336億美元。若以數量計算,2020年67億件的CIS,將以14.9%的年複合成長率,到2025年可年產135億件。
雖然CIS的主要需求,仍來自於5G普及帶動的手機銷售,手機鏡頭CIS的年複合成長率6.3%,2025年可達157億美元市場規模,但以成長速度來說,車用CIS成長最快。IC Insights估計,未來5年車用CIS的年複合成長率可達33.8%,到2025年可達到51億美元。
其他應用領域,如醫療與科學系統、安防監控、機器人與物聯網等工業用途,雖然2025年預估的市場都比手機用與車用CIS來得小,但成長速度都高於手機用CIS。
在車用CIS相關的市場,富士奇美拉總研(Fuji Chimera Research Institute)的報告預估,先進駕駛輔助系統(ADAS)與自動駕駛所需的車用攝影模組,由於環繞影像系統(Surround View)普及,使觀測攝影機(View camera)被採用的數量增加。
此外,在日本、歐洲、美國都開始強制採用自動緊急剎車系統(Autonomous Emergency Braking),也讓車前攝影機使用量上升。
2021年後疫情時代車市慢慢恢復,上述兩種車用攝影機的需求也會明顯攀高。預估到到2026年,車用攝影機模組的市場規模,將達到9,930億日圓(約合91億美元),與2019年相比,增加93.8%。
同樣使用攝影機的行車紀錄器,全球需求也在成長,不過各地區對於行車紀錄器對隱私的影響看法不同,部分國家增加速度較慢,但整體來說在安全性的需求下出貨仍會逐步上升,富士奇美拉總研預估,一般車輛使用的行車紀錄器的市場規模,到2026年會達到3,200億日圓(約合29.5億美元),比2019年增加2.2倍。環繞影像系統與行車紀錄器,都會拉高車用CIS的出貨量。
#車用功率半導體廠擴產 #追趕電動化商機
車用半導體之中,另一個項目是功率半導體。功率半導體在車輛與電機設備等都有使用,不過在車輛電動化的趨勢下,車用功率半導體的推升作用更加明顯。
國際半導體產業協會(SEMI)曾在2019年預估,以8吋晶圓估算的半導體產能,會在2022年達到月產650萬片。不過,在純電動車(BEV)與油電混合車(HEV)需求與產能不斷提升,功率半導體可能出現供應不足問題,使相關廠商開始加大投資。
例如英飛凌(Infineon Technologies)目前是最早投資功率半導體12吋晶圓廠的廠商,位於德國東部德累斯頓的第1座工廠已經開始量產,目前第2座12吋晶圓功率半導體廠,則在奧地利南部Villach興建中,預計將量產功率MOSFET與IGBT。車用零組件一級供應廠電裝(Denso)則是英飛凌的出資者之一,以穩定功率半導體供應來源。
電裝在車用半導體的投資布局,也包括針對瑞薩電子,逐步提高持股比例,到2020年底為止,占瑞薩股份8.84為第2大股東。電裝也與功率半導體新創Flosfia建立資本合作關係,在氧化鎵(GaO)功率半導體的車用領域進行研發合作。而占有電裝股份20%以上的豐田汽車(Toyota),也正在把車用半導體、電子零組件等硬體的研製,轉移到電裝。
安森美(ON Semi)則是以收購方式取得GlobalFoundries的美國紐約州Fishkill的12吋晶圓廠(fab 10),總價4億3,000萬美元,2019年已先付1億美元,到2022年底前會支付剩下的部分3億3,000萬美元。這座12吋晶圓廠雖然還沒有完全讓渡,但依據協議已開始為安森美生產半導體。
目前看來,歐美的功率半導體場對於12吋晶圓廠較為積極。而在日廠方面,三菱電機(Mitsubishi Electric)預定會在日本熊本縣工廠引進12吋晶圓的量產產線。三菱電機在廣島縣福山工廠目前只有後段製程,不過熊本工廠將來如果產能已滿,福山工廠設置12吋晶圓產線也將成為選項。
富士電機(Fuji Electric)在2021年度(2021.04~2022.03)的半導體設備投資額會拉高到410億日圓(約合3億8,000萬美元),年增1倍以上,以因應電動化車輛對於功率半導體的旺盛需求。而原本預計在2024年3月前的5年間,要完成的半導體設備投資1,200億日圓(約合11億美元),會在2023年3月前完成。
雖然這些投資主要集中在8吋晶圓的前段製程,不過,富士電機也正在研發12吋晶圓製程。至於何時設置12吋晶圓量產產線,由於12吋產線所需投資額是8吋產線的2倍~3倍,因此要依據市況再來評估。但比起12吋矽晶圓產線,富士電機可能對新建碳化矽(SiC)產線更感興趣。富士電機的2021年度半導體研發費,將年增6%,至130億日圓(約合1億2,000萬美元),研發車用IGBT、SiC功率模組,以及工業用第8代IGBT技術。
2021年第1季,富士電機的電動化車輛(BEV、HEV等)功率半導體訂單額,年增51%,金額與2020年第4季大致相同。預計到2021年第2季,也會維持第1季的同等級訂單額,此後則開始逐季成長。
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奈米機器人用途 在 台灣物聯網實驗室 IOT Labs Facebook 的最佳解答
三層電路貼在皮膚上,延展度 800%!這款「電子刺青」還能控制機器手
作者 雷鋒網 | 發布日期 2021 年 02 月 12 日 0:00 |
聽過「電子紋身」(Electronic Tattoo)嗎?早在 2013 年,Motorola 高級副總裁 Regina Dugan 就曾拿出看似普通紋身貼紙的產品。Regina Dugan 表示這款電子紋身是行動式智慧設備,可惜並未多展示充滿未來感的那面。
2016 年 YouTube 一支影片,幾位生物駭客展示將電子設備植入皮下的過程──設備差不多硬幣大小,由一個印刷電路板、5 個表面貼裝發光二極管(SMD LED)組成,由矽膠包裹,一塊 3 伏特電池供電。
設備植入並受磁鐵觸發後,LED 燈會發光,皮膚會出現一朵梅花。
如果你覺得電子紋身只是廠商炒概念、科學怪人開腦洞,那就錯了。
2018 年,美國卡內基美隆大學的科學家就將電子紋身寫進論文,用液態金屬合金塗覆銀奈米顆粒,兩者融合後形成電路,經過印刷,紋身就可輕鬆轉移到皮膚,且導電性也很高。
當時參與研究的卡內基美隆大學助理教授 Carmel Majidi 表示:這是電子印刷領域的突破。
就在最近,中國科學家也聯合打造出電子紋身。
2021 年 1 月 13 日,論文發表於《科學》雜誌子刊《科學─進展》,題為「Multilayered electronic transfer tattoo that can enable the crease amplification effect」(可實現摺痕放大效果的多層電子傳遞紋身)。
論文作者來自南方科技大學(深圳灣實驗室生物醫學工程研究所)、首都醫科大學生物醫學工程學院及中國科學院大學國家奈米科學技術中心。
什麼是「電子紋身」?
看過前文,大概能對電子紋身下個定義:「能直接貼在皮膚上的超薄電路」。電子紋身可隨著皮膚狀態任意拉伸彎曲,可說是穿戴式設備的最高境界了。運作原理是 NFC(Near Field Communication,近距離無線通訊),能讓設備靠近時交換數據的技術。
NFC 是在 RFID(無線射頻身分辨識)技術的基礎上結合無線連接技術研發而成,日常場景也為各類電子產品提供安全快捷的通訊支援。行動支付、文件傳輸、門禁、手機與車鑰匙集合的背後,都離不開 NFC──轉到電子紋身,NFC 可確保訊號傳遞。
其實電子紋身有很多用途,如耳機、無線收發器、電源、噪音檢測器、測謊儀等等。作者也提到:「電子紋身在皮膚健康和運動感測有很大潛力。」
然而電子紋身目前問題是:固形性、黏性和多層性等特性不能並存,是研究人員設計新型電子紋身的起因。
多層電子傳遞紋身
研究人員設計出「多層電子傳遞紋身」,即 multilayered electronic transfer tattoo(下稱 METT)。
為了組成多層電路模板,科學家用到兩種材料,一是金屬聚合物導體(metal-polymer conductors),二是彈性體嵌段共聚物(elastomeric block copolymer)。
METT 共有 3 層:
黏合層(adhesive layer):很薄(~8μm)的壓敏膠,受外部壓力時,黏合層使 METT 與皮膚緊密附著。
釋放層(release layer):矽酮膜,主要目的是便於電路模板從釋放膜剝離。
兩者間的電路模組:含 3 層電路,每層都嵌有可拉伸導體的聚苯乙烯─丁二烯─苯乙烯(SBS)薄膜(~14μm)。
第一、二層電路上有應變感測器,數量分別為 11 和 4,第三層電路上有一個加熱器。
由於金屬─聚合物導體(metal-polymer conductor)有良好延展、可重複性,因此可用作應變感測器。
如下圖 A、B 所示,基於金屬─聚合物導體的應變感測器電阻,隨著拉伸應變增加而增加,METT 甚至可容易拉伸到 800%,遠遠超過皮膚最大變形度。
METT 可用於溫度調節、運動監測和機器人遠端控制,具高延展性(800%)、固形性和黏性,可做到摺痕放大效果,因而能將聚集應變感測器的輸出訊號放大 3 倍。事實證明,無需任何溶劑或加熱,METT 就能在不同表面牢牢附著。
遠端控制機器手臂
不僅如此,為了展示新型電子紋身的可擴展性,科學家更製造出 7 層 METT,當成可拉伸加熱器。
上圖 A 是 7 層加熱器俯視圖,每個電路層都包含一個基於金屬─聚合物導體的加熱器,兩端有 2 個連接點,用於與其他層加熱器形成垂直電連接。因此,7 個加熱器就以串聯方式連接電源。
上圖 B 展示不同層基於金屬─聚合物導體的加熱器,透過連接點形成的電連接。
論文介紹,除連接點外,金屬─聚合物導體透過 SBS 形成良好電絕緣,熱成像時未發現短路。研究結論之一是,隨著層數增加,紋身的順應性隨厚度增加而降低,兩層電子紋身足以滿足大多數功能。
科學家將 METT 實際應用──透過手指彎曲發出的訊號放大,透過藍牙傳輸到機器手臂,因此 METT 能遠端控制機器手臂,模仿人手動作時也不會出現異常震動。
論文表示,團隊已透過 2 層 METT 做到以 6 個自由度遠端控制機器手,透過 3 層 METT 以 15 個自由度遠端控制機器手。
可肯定的是,未來電子紋身在醫療、VR 和可穿戴式機器人方面有巨大潛力。
附圖:▲ 蘋果手機上的 NFC 功能。
▲ 科學家測試 METT 應變感測器的機電性能。
資料來源:https://technews.tw/2021/02/12/multilayered-electronic-transfer-tattoo/
奈米機器人用途 在 台灣物聯網實驗室 IOT Labs Facebook 的最讚貼文
紐時:微型機器人正在路上
作者 Nana Ho | 發布日期 2019 年 05 月 05 日 21:03
在一塊大小就像計算機晶片的矽片上,數萬個微型機器人在上面並排放置,只需要一點點雷射光線,他們便能夠自由自在的爬行執行任務。儘管這樣的場景聽起來非常科幻,但在賓州大學電氣與系統工程教授 Marc Miskin 的努力下,不久的未來或許即將成為現實。
在 1959 年主題為「底部還有大量空間」(There’s Plenty of Room at the Bottom)的演講中,物理學家理查費曼(Richard Feynman)提出了奈米技術的概念,關於資訊如何被包裝成原子級結構,而分子大小的機械又將如何改變技術發展。
僅有分子大小的微型機器人有許多潛在用途。舉例來說,它們可以進入手機電池清潔使其恢復活力,或是進入大腦測量神經訊號,協助神經科學家研究治療,或是用來測試網路和通訊的未來發展概念。在過去 50 年間,費曼對資訊儲存的預測已基本實現,然而在分子機械的努力上,人們只能說是才正要起步。
在 3 月波士頓舉行的美國物理學會會議(American Physical Society)上,Miskin 發表了他和團隊所開發的技術:透過將鉑(platinum)和鈦(titanium)層放在矽片上,當施加電壓時,鉑收縮而鈦保持剛性,彎曲的表面便會成為「馬達」帶動機器人肢體動作。
單從概念上來說,這種想法並不新鮮。像「智慧型微塵」(Smartdust)這樣的工程概念已經討論了數十年,研究人員認為這種小如沙塵的無線感測器能夠用來檢測環境條件。然而在開發實用版本時為了配合電池,智慧型微塵往往體型得放大,變得更適合以「小石頭」作稱呼。
而 Miskin 選擇的作法正好解決了這樣的問題。透過機器人背上的微小太陽能電池板,Miskin 能夠簡單的使用雷射來為機器人提供動力,這種方式提供了數種有趣的應用可能性。
由於機器人採用與電腦晶片相同的基本技術製造,結合感測器來測量溫度或電脈衝是可想而見的事,而在只有細胞般大小的微型機器人運作上,當 Miskin 的電子工程師同事發現微型機器人只需要幾分之一伏特的電壓,同時只會消耗 100 億分之一瓦特時,他們都不敢置信的追問細節。
當然,這項技術仍有許多難關得克服。舉例來說,對於要進入腦部的微型機器人而言,雷射並不適合作為動力源考量,同時由於體積過小,微型機器人要在液體中活動可能會變得十分困難。儘管有許多挑戰,Miskin 仍希望能在幾年內展示實用的微型產品。
資料來源:https://technews.tw/2019/05/05/the-future-of-microbots/