「早安！根據你最近的飲食、運動以及身體資訊來看，目前的生理狀態沒有異狀，請繼續保持喲！」當某天早晨，你的隨身裝置在你的耳邊告知上述訊息，請不要訝異，未來幾年內就有機會實現這樣的情境。國家實驗研究院晶片系統設計中心與國內晶圓廠共同開發出的「多感測整合單晶片製程」，可以將許多微機電系統（MEMS）感測器、數位邏輯電路整合在一起，實現小尺寸、低成本及低功耗的系統單晶片（SoC）方案，讓穿戴式裝置更添智慧。
（圖說：多感測整合單晶片與耳環、米粒、硬幣大小比較。圖片來源：蘇宇庭攝影。）
實現穿戴裝置智慧化功能，MEMS感測器扮要角
國家實驗研究院晶片系統設計中心前瞻技術組經理蔡瀚輝表示，MEMS感測器在物聯網（IoT）應用扮演著舉足輕重的角色，尤其智慧眼鏡、手錶、手環、戒指、鞋子、衣服等穿戴式裝置內，更是少不了MEMS感測器的存在。
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日前蘋果發布的Apple Watch內，就內建了心率感測器以及可偵測運動軌跡的MEMS加速度計（Accelerator）；而未來，若要進一步擴大穿戴式裝置的應用潛力，就須內建更多種類型的感測晶片，包含運動感測器（加速度計、磁力計、陀螺儀）、環境感測器（溫度、濕度、壓力、氣體等）及生醫感測器（心跳、血壓、血糖等）。
不過，現有MEMS感測器構造特殊，因此無法與一般晶片的數位邏輯電路整合在一起；此外，動作、環境、生醫等不同類型的感測器，製作方法也相異甚鉅，難以整合或封裝於一，在電路板上都是處於分家狀態。
（圖說：傳統製程技術，運動、環境、生醫感測器以及一般IC晶片必須分置，難以被整合在同一平台上（左）；國研院的「多感測整合單晶片」，可將所有感測器及一般晶片整合在單一的SoC上（右）。圖片來源：國研院提供。）
多感測整合單晶片技術助威，MEMS感測器/數位邏輯電路大融合
所幸，經過國家實驗研究院與國內晶圓廠－台積電、聯電的共同努力之下，一個可將多種類型的MEMS感測器、一般IC整合成單晶片的製程技術於焉問世。
透過這項技術，未來單一晶片上可內涵多項不同種類的感測功能，而且也可以將無線通訊、運算及記憶體等一般IC功能一併整合於其中。該技術並已取得7件台灣專利及6件美國專利，另有6件專利尚在申請中。
「未來，你想整合10個、20個以上的感測器可能都不是問題」蔡輝瀚說，過往能在同個封裝內整合三個MEMS感測器就相當了不起，但透過這個製程技術，可大幅開拓感測器與一般晶片的整合潛力。
蔡輝瀚進一步預估，藉由此項製程技術，不但可以簡化繁複的製程，亦可縮小晶片面積達50%以上，成本可減少三分之一至四分之一，而耗電量也可降低50%左右。
（圖說：國研院晶片系統設計中心蔡輝瀚表示，「多整合感測單晶片製程」可以提升國內晶圓廠、感測器廠商的技術實力，迎頭破除國外大廠在MEMS感測器領域設下的重重專利壁壘。圖片來源：蘇宇庭攝影。）
晶圓廠、IC廠通力合作，國內感測技術發展添動能
事實上，MEMS感測器領域目前皆係由國外業者所瓜分，如意法半導體（STMicroelectronics）、Bosch等，台灣感測晶片產業在全球市占率不足1%，全球前30大感測晶片商內更無台廠的蹤影。
然而，台系晶圓廠、IC設計晶片商表現在世界舞台上卻極為出色，全球前20大半導體業者中，就有台積電、聯發科、聯電三強雄踞榜上。蔡輝瀚認為，若台灣感測器業者、晶片商及晶圓代工廠能夠齊心協力，利用國研院與台積電、聯電的「多整合感測單晶片製程」平台展開合作，而感測器與其他晶片商在此平台上進行多頭整合，將能共創多贏局面，並厚實國內感測器業者的競爭優勢。
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