智慧感測科技 讓民眾生活與半導體產業都受惠

智慧感測科技 商機大無窮

伴隨物聯網應用蓬勃發展 經部技術處扮推手 助廠商加速相關產品商業化時程 搶攻市場

物聯網應用逐漸普及，其中位於最前端資訊蒐集的感測器扮演關鍵的角色，因為一旦感測蒐集的資訊錯誤，後續即使有再快的資料傳輸速度及更高運算能力，最後回饋的反應指令也不會是正確的決策，例如一個溫室的環境感知維護系統，若總是感測到錯誤的溫度、濕度或是空氣品質，則控制中心系統對溫室的即時反應控制，必定不會是最佳結果，由此可見感測科技的重要。

現今感測科技已由早期的單一感測演變至多元感測，甚至部分資料不需上傳雲端，在感測端即能進行邊緣運算做出更即時的反應，真正達到萬物互聯，同時進入理解、判斷、行動三位一體之全新境界。

後疫情時代驅使人們更重視身體健康維護，因此包括醫療科技、健康飲食、空氣品質監控及飲水資源管理，也成為近年來物聯網應用當中最受到市場關注的焦點。根據McKinsey調查顯示，2025年環境治理相關的物聯網應用市場值約7,000億美元，占整體物聯網市場18%，而和人體健康相關的應用約4,000億美元，占10%的應用比重。

從2023年的美國消費電子展（CES 2023）中可以看到許多新型單項感應檢測工具，分別強調輕便、隨時隨地檢測、長時間連續檢測等特點，應用類型涵蓋健康監測、醫療檢測等。

例如，呼氣病毒檢測器將設置開啟後，進行二次吹氣，可在一分鐘內進行包括流感、COVID-19、RSV等病毒檢測，呈現陽性（紅色）及陰性（綠色）的結果，可作為快速檢測的第一道手續。

又如裝置在馬桶內的尿液感測器，可針對尿液進行質量及酸鹼性的檢測，並透過內置的WiFi模組將資料傳送至雲端進行分析。其他包括腦波量測、足底壓力、皮膚感測等皆可有效判斷生理狀態，以進行預先的疾病防護。

空氣品質也是智慧感測重點應用領域。空氣品質與呼吸道疾病相關，常見的總揮發性有機化合物（TVOC／VOCs）、室內環境塵蟎、為達到木製家具耐用性而塗上的甲醛、封閉浴廁容易產生一氧化碳／二氧化碳以及居家中各種環境過敏原，都可能對嬰兒睡眠、主婦灑掃、長輩起居產生安全威脅。若能開發出相關氣體感測技術，則可望及早量測並因應，避免後續可能的身體傷害。

經濟部技術處支持台灣發展氣體感測技術，以科技力守護全民健康，委託工研院開發「複合式空品感測器技術」，利用光學檢測方式，偵測空氣中PM2.5懸浮微粒與臭氧濃度；藉由氣體奈米感材搭配微型加熱晶片，來偵測一氧化碳（CO）、總揮發性有機氣體（TVOC）等有害氣體與異味氣體濃度，可提供民眾更安心的空氣品質生活環境。

在居家疾病監測方面，每次呼吸有可能吸入千種以上化學成份，未來如能精準擷取粒子數量偵測呼吸中的微量化學成份濃度，則可進一步分析生命體徵與疾病徵兆。整體而言，一旦未來呼吸檢測技術能有所突破，將可經由量測異戍二烯、氨、甲烷等呼吸氣體成份，判斷可能的膽固醇、肺部、腸道等疾病，透過氣體感測技術同時確保環境品質與身體健康。

水質監控也很重要，主因工業化與都市化發展快速加上台灣腹地狹小，近年國內常有工業區水汙染外溢至住宅區的情事發生，導致民生水質變化，也進一步驅動未來的水質監控需求及市場商機，包括監測原水及清水水質、偵測氧化還原電位（ORP）控管消毒效率、二次供水用戶端之水質監測等，皆是未來可能的水質感知科技應用發展方向。

伴隨物聯網應用的蓬勃發展，全球感測器市場競爭者眾，然而台廠不若國外競爭廠商具有垂直整合的龐大集團資源，往往在新產品及新應用的競爭上居於劣勢，為提高台灣感測器廠商競爭力，技術處委託工研院團隊打造「半導體智慧感測晶片快速試製驗證平台」，透過試製驗證平台，可將廠商新的感測器元件設計、製造及驗證快速整合並回饋給廠商，大幅縮短產品開發及商業化的時程，更加符合物聯網快速多樣化的市場特性，實質提升台灣感測器廠商競爭力，以迎接龐大的潛在商機。
（作者董鍾明；經濟部技術處產業技術基磐研究與知識服務計畫成員）

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複合式監測 守護民眾健康

氣候變遷的影響下，國際重視環境變化，降低汙染並追求淨零排放，對環境感測有高度需求，各國政府積極以物聯網技術應用於環境品質感測及數位智慧治理，期達到環境汙染改善，成為智慧城市發展的未來趨勢。

我國政府也運用物聯網技術，藉由蒐集空氣品質、用水品質等環境感測資料數據，為民眾的生活環境把關，但市售感測器在戶外布建，仍有精準度及長效性不足的問題。為提高感測能力，精準因應環境問題，經濟部技術處藉由科技專案推動智慧感測技術與產業發展，以科技專案委託工研院開發「複合長效空品及水質物聯網感測器」，克服感測物聯網布建的關鍵問題。

空氣品質感測部分，政府過去以建置空品標準測站來收集台灣各地的空氣品質資訊，雖準確度高，但因建置成本高、空間需求大，無法廣布至各鄉鎮，區域監測效果有限且無法提供即時資訊。科技專案支持工研院開發「複合式空品感測器技術」，利用光學檢測方式，偵測空氣中PM2.5懸浮微粒與臭氧濃度；藉由氣體奈米感材搭配微型加熱晶片，來偵測一氧化碳（CO）、總揮發性有機氣體（TVOC）等有害氣體與異味氣體濃度。

目前空品感測器已於全台布建達3,016點，布建區域分布住宅區、工業區、國際港區及交通熱點，有效即時掌握空品變化與逸散流向。舉例來說，以往民眾檢舉空汙事件，汙染物質因大氣擴散作用，導致稽查人員接受通報趕往現場時，往往無法找出汙染來源，「複合式空品感測器技術」因其成本低、準度高、反應快，且體積小、耗電量低，使用壽命可達二年以上，相較標準測站可廣泛安裝於住宅與工廠屋外、路燈、公車、公共設施等處，能大量收集各鄉鎮區域監測資訊，第一時間掌握空汙事件發生，提供政府與環保單位汙染熱點偵測與溯源分析資訊，作為執法與改善依據，並且可在空品事件初期即可通知民眾進行防護與疏散，為民眾建立安心生活環境。

空氣之外，水也相當重要。台灣河川汙染源自於日常生活汙水、畜牧廢水及事業廢水，廢水未經妥善處理排入河川，嚴重影響河川水體以及土壤，過去國內大型水質監測站受地理環境與建置成本的限制，無法廣布；目前市售聯網水質感測器皆易受水中微生物干擾而影響感測器效能，需要人力實地採檢取樣與頻繁維護，導致實用性不佳。

經濟部技術處委託工研院團隊研發「複合式水質感測系統」，以多通道光譜檢測技術，可同時檢測化學需氧量（COD）、水中固體懸浮物（SS），重金屬銅離子（Cu2+）濃度、導電度、酸鹼值、溫度等。並以光學抑菌方法，抑制水中菌種增生速度，避免影響感測器準確度，延長感測器壽命，同時搭配水體取樣設計、最佳化電源管理技術，減少人工維護頻率，達到長效運作效益，除例行性工業與民生用水監測，亦可建置在無法供電的水源區、河道、溝渠等，擴大監測覆蓋範圍，搭配物聯網技術動態掌握水質資訊，守護民眾用水安全。

環境保護、社會責任與永續經營（ESG）已成為企業營運的重要指標，推動智慧感測產業將有助企業將環境感測器導入高汙染廠區、工廠生產線與廢氣廢水排放監測，進行自主管理，不僅能善盡企業社會責任與自然環境友善，更帶動台灣智慧感測產業鏈發展。
（作者王俊堯；經濟部技術處複合長效空品及水質物聯網感測器開發計畫主持人）

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晶片驗證平台 半導體利器

隨著物聯網、電動車及人工智慧（AI）等新興科技的興起，車用及智慧感測晶片成為半導體產業發展的關鍵技術，帶動全球半導體產也蓬勃發展。

不過，根據DIGITIMES Research的統計資料顯示，2022年台灣半導體產業中，上市櫃公司的產值為1,748億美元，其中採用IDM模式的廠商其產值僅占5%，顯示台灣半導體產業居於全球領先地位的主因，來自非IDM廠的供應鏈整合；然而國際上車用及感測晶片領導廠商多採用垂直整合製造（IDM）模式，此模式對於整體流程具有自主控制權，墊高產業進入門檻。

為推動台灣感測晶片產業切入車用及智慧感測晶片領域，並協助業者跨越產業進入障礙，經濟部技術處藉科技專案打造「半導體智慧感測晶片快速試製驗證平台」，以智慧製造、感知物聯網所需之智慧感測器為研發建置標的，發展智慧感測器製程整合驗證技術與平台環境建構，串聯設計、製造、封裝等產業，為台灣半導體產業打造「虛擬IDM聯盟」的合作模式。

除上市櫃公司以外，根據台灣電子設備協會（TEEIA）的資料統計，台灣的電子設備產業中，中小企業的比例高達90%，其中不乏該領域的隱形冠軍，密集的半導體產業聚落更是台灣發展優勢，若能串聯彼此的能量，將能為台灣半導體產業的產值帶來巨大的「長尾效應」，由科技專案支持的「半導體智慧感測晶片快速試製驗證平台」委由工研院研發，提供基礎設施、環境與專業技術服務，協助業界技術創新，並且開創新商機。

「半導體智慧感測晶片快速試製驗證平台」可透過整合設計／元件研發製造／模組化技術，進行感測器新產品的概念驗證（POC），並協助廠商導入新產品的關鍵驗證階段（EVT／DVT），針對雛型品之工程、設計進行驗證，快速給予回饋，確認元件性能。在雛型品的驗證完成之後，平台亦可進一步進行試量產驗證（PVT），透過使用代工廠相容之材料，快速導入量產，亦可與代工廠進行設備整合，協力生產，有效加速產品開發及商業化的時間。

在此模式下，工研院團隊配合技術處，透過科技專案委託研發多樣智慧感測晶片，並協助多家廠商成功開發微系統智慧環境感測模組、感測溫溼度、壓力、氣體、紅外線感測器與水質等智慧感測晶片，並整合雲端技術取得元宇宙環境大數據，建立智慧製造、智慧生活的關鍵技術。
半導體智慧感測晶片快速試製驗證平台具備完整之4／6／8吋半導體研發線，並擁有半導體元件之豐富研發經驗，可快速切入半導體智慧晶片的製程研發需求。此外，由於平台擁有小量、快速、有彈性的優勢，可協助廠商在進行產品設計或製作雛型產品時，快速取得終端客戶的測試回饋。

目前此平台已協助數家廠商驗證其產品性能，並評估導入量產的可能性。未來將持續提供快速試製驗證模式的服務，期待能串聯台灣的半導體產業，同步升級，協助台灣在半導體智慧感測晶片的賽道上，占據一席之地。
（作者林靖淵；經濟部技術處新世代感測系統晶片發展計畫主持人）

本文同步刊登於2023/07/02經濟日報A11產業追蹤