穿戴式應用的元件低功耗與小型化技術探討

ROHM半導體設計中心副所長林志昇。

穿戴式裝置此科技產品雖然是趨勢，ROHM半導體設計中心副所長林志昇指出，穿戴式裝置的概念是既有的，只是將此重新定義，除了既有產品之外，另整合或加入新的技術或元素，延伸出各種更多的應用及產品。

但穿戴式裝置的快速發展，也擺脫不了所有ICT相關產品發展所面臨的整體耗電量的增加問題。林志昇以日本官方在2008年所做的研究為例，在既有技術的前提下，ICT裝置在2025年在日本的整體耗電量預估將是2006年的5.2倍，如果放眼世界，ICT裝置的整體耗電量更是驚人，預估2025年將是2006年的9.4倍，如何運用新技術來減少耗電量，也因此成為最值得關注的領域之一。

一般而言，智慧穿戴裝置的功能可能包括語音處理、生脈搏心跳等生物特徵的健康監控、無線充電、影像顯示等等。內部元件則包括了種動作或環境傳感器，再加上處理器、光控、通訊、電源管理等。這些元件都會有節能的需求。

如日本因為面臨人口的高齡化趨勢，針對年長者的日常健康監測則日趨重要。由於健康監測需要是不間斷地，節能就變得非常重要。NEDO在2011年啟動的Normally-Off Computing專案中，ROHM就是與神戶大學合作，針對穿戴式裝置在健康監測應用上的節能方面進行研究。

在此專案當中，讓智慧穿戴裝置達到節能目標的兩個重要關鍵字是Normally-Off及Non-volatile devices。Normally-Off是指裝置待機或非動作時，目標應為零耗電；Non-volatile devices(非揮發性元件)，則是在無供電狀況下仍能保持資料或設定，以有效達到節能的目標。

林志昇表示，節能之所以重要，是因為監測過程既不能中斷，而且產品是持續放在身上，產品的體積需要小到讓使用者不會感覺到其存在。但產品體積一旦變小，電池也會跟著變得非常小，相關功能的模組耗電量，可能就必須控制在每小時幾十uA的程度。

Normally Off Computing的主要價值，則在於穿戴式裝置中Non Volatile Devices的應用以及演算法的改良等等不需要讓產品隨時隨地保持開啟的狀態，以此達成節能的目標。

另一個攸關智慧穿戴裝置的技術，則是被動元件。ROHM半導體應用技術支援部課長蘇建榮指出，智慧穿戴裝置要達到小型化的目標，被動元件技術扮演相當重要的角色。

ROHM針對穿戴裝置開發出各種小型化被動元件，統稱為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動元件，對智慧穿戴裝置的設計頗有助益，還曾入圍2014年度中國電子成就獎，是少數獲得此項殊榮的日商。

蘇建榮再以Resistor為例指出，目前量產最小可以做到0.3x0.15mm，外觀尺寸(L&W)精度可達到+/-10um，採用圓弧狀設計，可以避免碰撞龜裂等，因為採用底面電極的架構，讓元件與元件的距離縮小，達成高密度實裝。

即使是造成不再追求小型化的科技產品，對於被動元件的小型化，需求也是有增無減。蘇建榮以智慧型手機為例，產品看似愈做愈大，但因為功能增加，電子元件反而持續增加。

如觀察iPhone 5到iPhone6的差異，電子元件的總個數增加了281個，增加的部分0402 (mm) & 0603(mm)佔了大半，而1005(mm)則減少了16個，被動元件的個數已經超過1,000顆，如果能透過小型化技術，省下面積放入其他IC，就可以增加更多的功能，或是讓電池變大，讓手機的續航力變強。

蘇建榮指出，目前只有ROHM的被動元件(R/Di)導入半導體製程，外觀尺寸可以控制的更為精準，而且採用bottom electrode(底面電極)，不易產生立碑現象(Manhattan Free)，另外Multi anchor構造的端子，可以增加元件和基板的接合力，Mounter pickup rate更接近100%，包裝也是全球最小的包裝。

ROHM更推出許多電子元件，提供穿戴裝置嶄新的功能，如PICOLED(1×0.6mm)的顏色多達15種，可以依手機狀態，顯示不同的顏色，High Brightness PICOLED亮度更提升5倍，同時也可以配合節能降低電流達到相同亮度，脈搏感應器則可以隨著心臟跳動、血管容積產生變化，光的吸收量也會隨之改變，進而產生波形，目前已有許多智慧手錶已經開始採用。