穿戴式应用的元件低功耗与小型化技术探讨

ROHM半导体设计中心副所长林志昇。

穿戴式装置此科技产品虽然是趋势，ROHM半导体设计中心副所长林志昇指出，穿戴式装置的概念是既有的，只是将此重新定义，除了既有产品之外，另整合或加入新的技术或元素，延伸出各种更多的应用及产品。

但穿戴式装置的快速发展，也摆脱不了所有ICT相关产品发展所面临的整体耗电量的增加问题。林志昇以日本官方在2008年所做的研究为例，在既有技术的前提下，ICT装置在2025年在日本的整体耗电量预估将是2006年的5.2倍，如果放眼世界，ICT装置的整体耗电量更是惊人，预估2025年将是2006年的9.4倍，如何运用新技术来减少耗电量，也因此成为最值得关注的领域之一。

一般而言，智能穿戴装置的功能可能包括语音处理、生脉搏心跳等生物特徵的健康监控、无线充电、影像显示等等。内部元件则包括了种动作或环境传感器，再加上处理器、光控、通讯、电源管理等。这些元件都会有节能的需求。

如日本因为面临人口的高龄化趋势，针对年长者的日常健康监测则日趋重要。由于健康监测需要是不间断地，节能就变得非常重要。NEDO在2011年启动的Normally-Off Computing专案中，ROHM就是与神户大学合作，针对穿戴式装置在健康监测应用上的节能方面进行研究。

在此专案当中，让智能穿戴装置达到节能目标的两个重要关键字是Normally-Off及Non-volatile devices。Normally-Off是指装置待机或非动作时，目标应为零耗电；Non-volatile devices(非挥发性元件)，则是在无供电状况下仍能保持数据或设定，以有效达到节能的目标。

林志昇表示，节能之所以重要，是因为监测过程既不能中断，而且产品是持续放在身上，产品的体积需要小到让使用者不会感觉到其存在。但产品体积一旦变小，电池也会跟着变得非常小，相关功能的模块耗电量，可能就必须控制在每小时几十uA的程度。

Normally Off Computing的主要价值，则在于穿戴式装置中Non Volatile Devices的应用以及演算法的改良等等不需要让产品随时随地保持开启的状态，以此达成节能的目标。

另一个攸关智能穿戴装置的技术，则是被动元件。ROHM半导体应用技术支持部课长苏建荣指出，智能穿戴装置要达到小型化的目标，被动元件技术扮演相当重要的角色。

ROHM针对穿戴装置开发出各种小型化被动元件，统称为RASMID(ROHM Advanced Smart Micro Device)，如Chip Resistors可以做到0.3x0.15mm，Diodes可以做到0.4x0.2mm，都是全世界最小的被动元件，对智能穿戴装置的设计颇有助益，还曾入围2014年度国内电子成就奖，是少数获得此项殊荣的日商。

苏建荣再以Resistor为例指出，目前量产最小可以做到0.3x0.15mm，外观尺寸(L&W)精度可达到+/-10um，采用圆弧状设计，可以避免碰撞龟裂等，因为采用底面电极的架构，让元件与元件的距离缩小，达成高密度实装。

即使是造成不再追求小型化的科技产品，对于被动元件的小型化，需求也是有增无减。苏建荣以智能手机为例，产品看似愈做愈大，但因为功能增加，电子元件反而持续增加。

如观察iPhone 5到iPhone6的差异，电子元件的总个数增加了281个，增加的部分0402 (mm) & 0603(mm)占了大半，而1005(mm)则减少了16个，被动元件的个数已经超过1,000颗，如果能透过小型化技术，省下面积放入其他IC，就可以增加更多的功能，或是让电池变大，让手机的续航力变强。

苏建荣指出，目前只有ROHM的被动元件(R/Di)导入半导体制程，外观尺寸可以控制的更为精准，而且采用bottom electrode(底面电极)，不易产生立碑现象(Manhattan Free)，另外Multi anchor构造的端子，可以增加元件和基板的接合力，Mounter pickup rate更接近100%，包装也是全球最小的包装。

ROHM更推出许多电子元件，提供穿戴装置崭新的功能，如PICOLED(1×0.6mm)的颜色多达15种，可以依手机状态，显示不同的颜色，High Brightness PICOLED亮度更提升5倍，同时也可以配合节能降低电流达到相同亮度，脉搏感应器则可以随着心脏跳动、血管容积产生变化，光的吸收量也会随之改变，进而产生波形，目前已有许多智能手表已经开始采用。