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/
薄膜電阻應用 在 股民當家 幸福理財 Facebook 的最讚貼文
乘風而起【再生晶圓】產業
2020.12.14(一)
大家早,我是 LEO
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■ 什麼是正片、檔片、控片?
矽晶圓片在晶圓廠的應用,可區分為:一:正片,就是直接用於半導體加工,包括拋光片、外延片等,二:用於監控測試的矽片,包括控片、檔片(測試晶圓片)。
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晶圓廠隨時需要對製造設備的性能進行監控測試,維持穩定,確保最終的產品的良率,如果直接使用正片測試,成本太高,所以廠商會使用較便宜的無圖形矽片,這些用於測試和維持穩定的無圖形矽片就是「控片和檔片」。
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■ 控片分成兩種
「離線測試」:在正式生產之前,先用控片測試,來看機台設備調校是否符合生產標準。「線上測試」:是指控片和真正的產品一起進入生產線,透過控片最後的效果來判斷這一批生產是否符合標準。兩種測都是用來監控機台的製程能力是否穩定、生產環境是否潔凈。
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■ 檔片
主要作用是維持機台的穩定性,在爐管中,擋片用於對爐管內的氣流進行阻擋分層,使爐管內溫度均勻分佈,使氣流中的氣體與被加工的矽晶圓片平均受熱,發生化學及物理反應,沉澱或生長均勻的高質量薄膜。
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隨著晶圓廠製程不斷演進,生產過程中良率與精準度的要求越來越高,幾乎每道製程都需要使用檔控片,用量與需求有擴大的趨勢,在晶圓代工廠65奈米製程,每10片正片,需要耗用6片檔控片,28奈米以下製程,每10片正片需要15-20片檔控片,由此可知耗用量相當驚人。
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■ 再生晶圓
檔控片的來源,除了從「矽晶圓晶棒」兩側取品質較差處使用,主要就是重複回收再利用的檔控片,因為消耗量實在太大,如果每次都使用全新正片,成本太高,於是就有了「再生晶圓」這個產業。
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把用過的檔控片回收,經過化學浸泡, 物理研磨等方法,將檔控片表面因測試而產生的氧化膜、金屬顆粒殘留等去除,使重新具備測試和穩定機台穩定性的功能。
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一般來說,檔片通過研磨拋光,可重複循環使用5次左右;控片則視製程而定, 有些特殊製程的控片完全無法回收使用。
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通常再生晶圓的製程都是使用化學品,將晶圓表面的各種膜層腐蝕掉,會使用多種不同的化學品,洗完以後再對矽晶圓表面進行研磨拋光等處理,並確保表面乾乾淨淨,達到可重複使用標準。
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■ 產業龍頭
日本株式会社RS Technologies(4955.JP) 在1984年就進入這個產業,再來是中砂(1560)1997年,昇陽半(8028)1998年,辛耘(3583)2006年才正式進入再生晶圓產業,展望未來5G、車用、物聯網,對晶片龐大的需求,12吋晶圓先進製程需求大增,大家想想檔片、控片用量有多大,全球目前有138座12吋晶圓代工廠,每個月都大約有4,000至5,000片無法用傳統方式再生檔控片,整體市場規模龐大,更不用說聯電8吋晶圓代工供不應求,製程中會耗用多少檔控片!再生晶圓產業商機龐大!
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原本從事特殊氣體的晶呈科技(4768.興櫃)在今年2020年第四季開始跨入量產12吋再生晶圓,獨家專利氣態分解溶蝕技術,利用氣體分子更小,效果更強的特性,材料用量,僅傳統濕式化學品的百分之一,成本更低、更環保。
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■ 這幾家就壟斷市場
以2019年12吋再生晶圓市場來看,日本RS全球龍頭,每月產能40萬片,占全球33%,另外兩家日本公司,Hamada Heavy與Mimasu約占30%,中砂、辛耘、昇陽半約占30%,晶呈科技才剛剛起步,2020年第四季起月產能3萬片。
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以2019年資料來看,台灣月產能約60萬片,昇陽半月產能24萬片,台灣市場佔有率約40%;中砂月產能18萬片,市場佔有率約 30%;辛耘市場佔有率約20%左右。
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■ 商機龐大&正在漲價
根據SEMI的預測2021年全球8吋、12吋矽晶圓的市場需求將分別達到650萬片/月和680萬片/月,按照再生晶圓需求比例計算,2021年全球再生晶圓市場需求有望超過200萬片/月。
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目前12英寸的矽晶圓為每片100-120美元,再生晶圓每片30-40美元。隨著矽晶圓價格上漲,再生晶圓價格也呈現上漲趨勢。
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■ 台積電的好夥伴
昇陽半雖然成立時間晚,但市占率最高,主要客戶是台積電,除了做再生晶圓以外,晶圓薄化(降低導通電阻),還有旗下持股71.51%的昇陽電池,研發鋰鐵電池100%台灣製造鋰電池芯與電池組,可應用於太陽能、風電發電,再生能源儲能系統,與台積電目前正在更換不斷電系統電池,用友善環境的「鋰鐵電池」全面取代鉛酸電池,預計2030年前將全面更換完畢。
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未來隨著AI、5G、自駕車、電動車…的發展, 下游晶片需求強勁,晶圓廠滿載供不應求,全球正在擴產12吋半導體廠,再生晶圓的市場一定只會越來越大,就看誰能搶到最多市占,抓住最多商機。
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薄膜電阻應用 在 非凡電視台 Facebook 的精選貼文
0604 #收盤 #重點
#台股 #美股
市場看好經濟將迎向疫情後的復甦,抵銷對美國社會動盪的擔憂,美股四大指數全數收揚,道瓊收盤大漲527點,而亞股漲跌互見,台股今(4)日搭上多頭順風車,指數開漲53.78點,早盤一度放量衝高,達波段新高11425點。但之後美國對33個中國研究機構、企業列入「實體清單」,制裁將在5日開始生效,導致美期貨盤轉弱,台股也明顯漲幅收斂,但仍穩守11300點關卡。
#電子股 #多頭
權值龍頭股台積電今(4)日延續反彈走勢,盤中一度達新台幣306元,漲5元,並創1個多月來新高,扮演支撐盤勢要角。而半導體族群中,嘉晶盤中在多單搶進下,股價大漲逾 8%;世芯 - KY 股價也有 5% 以上漲幅,持續站穩月線;另外包括愛普、順德、虹冠電等個股,也在多單敲進下,帶領股價翻紅。
#營收 #蘋概 #被動元件
根據CMoney統計,截至今日中午,包括熱映、立積、鈊象、義隆、上緯投控、譜瑞-KY、耕興、信邦等8家5月營收創下歷史新高;共有24家公司交出單月營收年增、月增雙成長的佳績。台股今(4)日盤面上,營收亮眼股也表現亮眼,精測、晶碩、耕興等都亮燈漲停。
#車市 #裕隆 #漲停
各國重啟經濟活動、中國積極祭出補貼拉抬車市買氣;國內車商也指出,由於本土案例持續零確診,看車人潮明顯回升,5 月單月出貨達 33528 台,月增 8.8%。汽車族群今(4)天是買盤敲進重點,裕隆盤中罕見亮漲停燈號,廣華 - KY續漲 8%,劍麟漲半根停版,智伸科、宏旭 - KY、英利 - KY和中華均漲逾 4%,東陽漲逾 3%。
#股東會 #精測 #友訊 #台玻 #漲停
精測昨日舉行股東會後,今日股價攻至漲停板價694元,明天有望挑戰700元關卡。台玻則是明天要舉行股東會,今日開盤後急攻到漲停板價10.35元,隨後爆量在漲停板價附近震盪。友訊6月15日(周一)將舉行股東會,經濟部商業司已核准友訊董事長變更為李中旺,今日盤中帶量衝上漲停板價14.15元。
#台積電 #市值
晶圓代工廠台積電今天延續反彈走勢,盤中一度達新台幣306元,漲5元,並創1個多月來新高,市值增加1296億元,攀高至7.93兆元,叩關8兆元大關。
#國巨 #5G #射頻元件 #天線
被動元件大廠國巨持續深耕薄膜電阻和電流感測元件,目標鎖定產能全球最大。國巨也開發支援5G頻段的射頻元件和天線及相關應用。
#世芯 #半導體 #去美化
亞系外資將矽智財廠商世芯-KY納入追蹤個股,預期在美國擴大圍堵華為的影響下,中國將加速半導體去美化趨勢,世芯可望受惠,給予買進投資評等及目標價435元。
#財經 #新聞 #非凡新聞 #ustvnews #news
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