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國研院晶圓級氣體感測器點測系統提升高效30倍
世界首創!

【CTIMES/SmartAuto 陳復霞 報導】   2019年04月09日 星期二

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在智慧環境AIoT時代,感測器扮演著舉足輕重的角色。而從空氣汙染防制與物聯網商機來觀察氣體感測器市場的前景看好,根據產業研究機構 Yole Developpement最新研究報告,預期於2021年全球氣體感測器市場可成長至9.2億美元的規模,2022年挑戰10億美元;其中成長幅度最大的是智慧手持裝置與穿戴式裝置,其年複合成長率各為269%與225%。台灣的半導體實為強項,在邁入由半導體製程所製作的感測器市場具有絕對的優勢。

國研院發表世界首創的「晶圓級氣體感測器高效能點測系統」(攝影/陳復霞)
國研院發表世界首創的「晶圓級氣體感測器高效能點測系統」(攝影/陳復霞)

國研院今(4/9)日發表世界首創的「晶圓級氣體感測器高效能點測系統」,本系統是由進軍氣體感測器產業的晶元光電提出需求規格,由國研院儀科中心整合深耕多年的真空與光機電技術,並結合清華大學與工研院量測中心所共同開發出來。

國研院儀科中心副主任陳峰志表示,真空系統與半導體晶圓測試(光機電整合)結合為本系統的核心特色,可以為半導體設備供應鏈加值。此系統在晶圓階段進行晶粒電性量測,可測試氣體感測器(感測晶片)效能,而且可以線陣列同時測試多顆,大幅縮短檢測時間,且可提早於封裝前即可對於每顆晶片進行分級與管控,藉以降低封裝資源浪費;亦可協助回饋測試結果,據以改善優化製程,提升良率與效能。

相較於廠商測試氣體感測器的方式為完成晶片的封裝後,再一顆一顆測試其功效。晶圓級氣體感測器高效能點測系統則是在晶圓上製作出一格一格的晶片後、在尚未切割封裝前的晶圓階段,就進行感測晶片的氣體反應電性量測。

目前測試IC晶片(非感測晶片)已有在晶圓階段進行測試的點測系統,但僅能一顆一顆晶片進行測試;晶圓級氣體感測器高效能點測系統整合自動光學對位系統、線陣列探針點測裝置及精密定位移動平台的核心技術,每次可用線陣列探針十顆十顆的點測,搭配整合調校機構可讓探針卡與晶圓表面平整均勻碰觸,大幅加速檢測時程。點測機台的效能為市面上現有機台的30倍以上。

此外,氣體感測器必須加熱、通氣才能測試其感測效能,現有的測系統無此功能,因此只能將一顆顆感測晶片切割、封裝後,才能進行測試;晶圓級氣體感測器高效能點測系統整合具加熱裝置之晶圓吸盤模組、真空腔系統及測試氣體供應系統等關鍵技術,可在晶圓階段將晶片加熱至工作溫度,並依測試需求將不同成分與濃度之氣體通入檢測腔體,再以探針測試其感測效能,可提早於封裝前即查知每顆晶片的品質與分級,這是全世界首創的技術。

清華大學動力機械工程學系王玉麟教授認為半導體的氣體感測器將成為微感測的開路先鋒,其研究半導體特性發展的原理方法學,在於與產業界銜接時可通過生產及製造,亦即製程可製造,而設備可支持製程開發,他強調研發著重於感測器效能,追求輕薄短小,且高效能和具有高靈敏度,未來可隨身攜帶,進而廣佈各場域,打開更多的應用層面。

晶元光電研發中心資深處長許嘉良表示,晶圓級氣體感測器高效能點測系統大幅提升效率,減少封裝成本與時間的浪費,他認為節省成本可分成設計與製造兩方面,一來氣體感測器數量多,且交互因子影響大,若能縮短設計時間成本可帶來高利潤,而從量產角度來看,封裝測試的分級與品管成效,可以讓量產成本減半。

晶元光電目前已在開發氫氣、硫化氫、氨氣、乙醇(酒精)、一氧化碳等五種氣體感測器,在晶圓級氣體感測器高效能點測系統的協助下,未來將開發更多不同種類的氣體感測器,搶攻感測器市場的藍海。

至於半導體設備的專利複雜,多半採取技轉或買斷,許嘉良以日亞化資本支出高在於購買設備鎖住關鍵技術為例說明市場競爭的激烈,而晶元光電專注於材料與製程,看向下一世代需求,積極與學研合作,例如將儀科中心視為衛星研發中心及學界研究發想創新力來補足所需,進而比競爭廠商先投入市場贏得商機。

陳峰志表示,這套系統的使用對象主要是晶圓廠,不致於對封裝廠造成衝擊,這套系統機台的製作成本大約花費新台幣千萬元以上,預估一年內可回本。並會在半年內陸續申請專利。

關鍵字: AIoT  氣體感測器  封裝測試  半導體  晶元光電  國研院  清華大學 
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