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2015 特殊儀器、重要儀器系統、關鍵元組件與關鍵軟體產出

重要儀器系統、關鍵元組件與關鍵軟體產出:

儀器系統/關鍵元組件/關鍵軟體 說明
4吋原子層沉積系統
協助逢甲大學材料系開發4吋原子層沉積(ALD)系統,ALD技術具有薄膜厚度控制精準,可鍍製10 nm以下且連續緻密薄膜,同時對3D結構有極佳的階梯覆蓋性(step coverage),提供學術界進行奈米結構材料製程與特性的研究。儀科中心開發ALD技術已有10多年經驗,可提供學術界客製化ALD系統與製程參數條件,而且考量未來擴充性,ALD系統都有預留升級成PEALD系統與追加前驅物管路的空間設計。
15X與25X之雷射準直模組
該雷射準直模組為半導體設備中移動平台校正時之位移干涉儀之關鍵零組件,整各開發除高達25倍之擴束倍率外,更透過光學設計、光機設計解決其他廠商之鏡頭出口光斑出現繞射pattern問題。該準直模組已通過國內數家半導體設備廠之上機測試,並提供廠商小批量生產的服務。
晶圓承載台平坦化製成開發
晶圓承載台為半導體設備中重要的關鍵零組件,依據不同的半導體製程,晶圓承載台的設計與材料也會有所差異,常見的晶圓承載台的構型有bond chuck、ring chuck與pin chuck等,材質包含了鈦合金、鋁合金與碳化矽陶瓷等。中心結合光機設計與多年之拋光技術可以克服加工時夾持應力造成治具釋放後樣品大幅變形的問題。對於薄板型的金屬件研磨技術是一大突破。
LED晶粒瑕疵之高解析自動化光學檢測系統改進案
本研發成果可執行影像拼接,克服以往因鏡頭視野狹小以致於不方便搜尋目標物,並可可分析切割後的晶圓,自動辨識晶圓所在位置。其影像大小無限制,可以達到Giga等級的影像。其操作介面採用SWT,影像處理採用OpenCV,將軟體成本壓縮到最低,並可應用到數位顯微鏡,生物實驗室等方面。
小型飛秒雷射螢光光譜及生命期感測平台於生醫應用之開發
本研發成果透過全光譜光源中特殊波長光子與不同物質間進行交互作用,產生調頻波長或頻譜特性的訊號探測,使全光譜波長感測能精準探測物質特性至波長的解析度等級;同時搭配超短脈衝雷射作為激發光源時,在光譜檢測上不僅大幅提升時域的解析度,光譜影像顯示上亦可增加影像對比的多樣性以及遠場顯微技術的空間解析度,更進一步可將螢光生命期顯微技術與拉曼光譜顯微技術結合,同時擷取具螢光生命期與分子指紋特徵之影像,也因此讓高解析/辨析能力的智慧型感測可應用在材料加工、半導體工程、生醫檢測、生物醫藥、食品和農業等領域。
不撢粉指紋拍攝儀
犯罪現場指紋採證可做為嫌疑犯出入現場證據或利用指紋自動辨識系統及資料庫技術來搜尋可能嫌疑犯。由於指紋本身狀態不佳或指紋所存在的背景與環境影響,指紋拍攝非常不易,目前多是撢上粉末凸顯物品上之殘留指紋再進行拍攝。但指紋撢粉極需技巧,稍有不甚即會破壞指紋,且耗費大量時間。市面上雖有少數可在不撢粉的情況下進行指紋拍攝之設備,但價格昂貴。有鑑於此,本儀器針對平滑面上之殘留指紋,結合AOI機台開發經驗,利用漫射光源照明組合,以凸顯指紋影像,研發不撢粉指紋拍攝儀器,作為進入此市場之開端。
手持式漫反射光學探頭
本探頭整合原本國際上常用漫反射皮膚量測設備的光源與光纖跳接之相關功能,並微縮設備空間到一個手持模組。國際通用設備的精密光纖跳接模組通常使用壓電陶瓷連接,價格非常昂貴。一般通訊用光纖跳接則通常效率不高,需要額外接訊號放大器,會使光譜訊號改變。本模組直接將燈源與跳接機構整合重新設計與安置在一個手持式的探頭上,大大縮減原先需要推車或手提箱才能攜帶移動的不便,讓設備可直接方便的在醫院皮膚科中診療室使用。
水下高光譜儀於海底水草研究
高光譜影像應用非常廣泛,結合影像及光譜,使得影像訊息富含光譜資訊。目前主要應用在遙測及實驗室顯微光譜影像。在資源遙測應用,如精準農業、礦產林業、環境生態、及水質管理。於本計畫應用量測海草及水下紫外光量。水下高光譜儀規格:光譜範圍:380-810 nm,光譜解析 4 nm,FOV:0-60可調,資料位元 12 bits。
冷螢光小動物系統
本系統結合臨床實驗活體動物實驗設計需求與光學儀器設計及影像資料分析軟體,進行活體螢光影像系統開發。此系統將提供簡單、方便的影像即時監控與分析,具備可攜式、即時錄影、定量分析、以及容易客製化之特性,一個方便簡易、客製化、可攜、可即時監控、錄影與分析,並不受環境限制下之螢光影像分析系統將有很多應用潛力並具競爭性。
即時多波段高解析度光譜分析儀開發
本成果係採用光柵多工理論將不同波段的光譜訊號依不同的入射角入射於光柵,使各波段的光譜訊號均能分別由線型偵測器所接收,只需利用三片平面反射鏡的開關動作,即能在三個不同波段間作迅速切換。有別於現有的傳統光譜儀,擁有高解析度即無法同時獲得寬廣的光學頻譜即時檢測須利用昂貴又精密的旋轉機構調整光柵角度,以得到更多的檢測頻譜波段。因此,本計畫所開發出的光譜分析儀無需昂貴又精密的光柵旋轉機構,根據使用者需求透過人機介面回饋至磁控開關裝置,快速控制平面反射鏡的開關,提供使用者在各種頻譜檢測波段間的快速切換。
含奈米顆粒體積光柵寫入基材開發
壓克力材料為高透光材料,嵌入奈米金顆粒或其他金屬顆粒後將顯現非常特殊的顏色表現。除了可以作為材料光學性質改變之技術,更可增加壓克力材料外觀顏色變化。
紅外手術用顯示系統
此系統主要功能在以手術中即時方式觀察並追蹤螢光染劑流體移動,藉由即時投影可見光在不可見螢光發光的位置,如血管或組織,術者可以直接在手術區域看到螢光影像,解決目前所有的ICG螢光顯影技術都必須依靠螢幕才能間接看得到螢光影像位置之困擾。其創新性在於術者可以擺脫螢幕來做直接的觀察,無需將手術部位與螢幕顯示標記部位反覆對位確認,增加手術的直覺性與精準度,減少手術時間及風險。
晶片五面視覺檢測系統
本系統具有可檢測晶片尺寸 7*7 mm,及滿足大FOV及高空間解析度的運用需求。可在晶片進行挑揀的過程中,完成其五個面的影像擷取與瑕疵檢測,以利於回饋產線晶片品質狀況,及調整製程與進行後續的封裝與晶片品質追蹤。
晶片五面瑕疵檢測系統-第2代
與第一代比較,第 2 代另外修改了光機模組部分設計及部分演算法。本系統具有可檢測晶片尺寸 7*7 mm,及滿足大FOV及高空間解析度的運用需求。可在晶片進行挑揀的過程中,完成其五個面的影像擷取與瑕疵檢測,以利於回饋產線晶片品質狀況,及調整製程與進行後續的封裝與晶片品質追蹤。
晶片五面瑕疵檢測系統-第3代
第1套的晶片五面瑕疵光學檢測系統已於今年(2015) 2月完成與GMM挑揀機的整合,並遞交至其位於南科園區的終端客戶T○○C公司,經過二個多月的系統測試修改及以實際晶片產品的測試驗證,已進行產品的Pilot Run階段,將使用於正式晶片產品的生產。這一代瑕疵光學檢測系統仍維持前兩代之架構,但經過軟體調教後,能夠增加瑕疵篩檢誤判的機率,讓瑕疵無所遁形。而在瑕疵檢測軟體中,新增電路區影像檢測,以對於存在複雜的影像中之瑕疵進行挑選和分類篩選,可以增加檢測的效果。
藍膜晶圓缺陷檢測系統 本系統拍攝晶圓封裝與功能測試程序中晶圓切割後之晶圓背面影像,進行切割道與切割道附近之缺陷檢測。由於晶圓背面貼有晶圓切割膠膜造成影像清晰度不足而難以辨識缺陷,所以本計劃利用目前產業界尚待開發之紅外線影像技術,進行晶圓切割後之缺陷檢測設備開發。由於半導體晶圓中,積體電路晶圓、記憶體晶圓,以及發光二極體晶圓之封裝程序相同。因此本計劃所開發之系統應用範圍廣泛,可適用於積體電路晶圓切割後之缺陷檢測設備、記憶體晶圓切割後之缺陷檢測設備,以及發光二極體晶圓切割後之缺陷檢測設備。

3D列印影像即時監控模組
完成3D模型列印過程中之即時影像監控模組,可進行長時間影像監控拍照 (24 hr),並以膠水噴灑前後之影像分析每層成型之輪廓,同時將輪擴影像建構成模擬模型進行應力分析。
240 Vpp快速掃瞄射頻穿隧探針顯微鏡高速壓電切換驅動控制模組
壓電材料之滯-滑效應設備取決於平台與支撐件材料的靜態和動態摩擦特性;它們不需要高精密機械元件,亦不受灰塵與其他擾動影響,非常廣泛應用之壓電驅動位移裝置。單極性信號驅動壓電元件長期使用下會產生極化現象,而造成推動會有偏移現象造成位移失準,為了解決壓電元件極化之疑慮,通常使用雙極性信號驅動壓電元件,利用電壓極性相反可以抵銷極化現象。單擊發動作之優點是可以讓壓電元件組成之移動件作單步位移之精細定位調整,適用於探針掃描顯微鏡與或其它穿隧掃描顯微鏡都可以使用上。
LED光照機
國內首度自製研發的長時間LED光照系統,可針對使用需求調整照度及設定照射時間,具備各種光源規格且易於操作。本儀器一共有四種光源規格可選擇,分別為波長630 nm (紅光)、波長590 nm (黃光)、波長470 nm (藍光)以及色溫5600 K (白光)。研究人員可以依照實驗需求調整照度,儀器內部空間必須可以同時放置兩個4吋的培養皿,且確定實驗區域內的燈光都是均勻散布。
日照UV絕對光譜之耐候長期量測系統
本研究利用光譜感測積分系統累計分析太陽光中UV-B對人體日常的貢獻總量影響,並發展可耐候 (散熱、防水) 之機殼。太陽光為自然環境光源,其在每日的不同時段照度顯著不同 (如上午、下午),並且陰晴雲霧雨與環境污染都會影響數值。本系統除可供應室外日照與氣候、地域間之關係研究,供應醫學長期慢性病研究之參考資料庫。
多波段水稻田用監測系統 傳統農業調查皆採有人機搭配多光譜儀,其所費不斐。本計畫為國立成功大學量測及空間資訊學系所委託製作,開發輕量化的多波段酬載,搭配無人飛行載具 (UAV),做水稻田面積及植生調查使用。本系統為3台RGB相機+3台NIR相機所組成的多相機陣列系統,使用35 mm鏡頭,相機夾角22度,FOV可達64 × 86度,拼接後的的影像可達 14000 × 10000畫素,最大快門同步誤差1/300秒,最小1/800秒,相機陣列總重量3030 g,適合掛載於固定翼UAV使用。
高功率 (1 kW) 電動缸控制介面
電動缸為大型機件作動的選擇之一,大部份運用於高負載的機構或組件上,此研發成果運用高功率電動缸進行機件的抬升與下降的作動,其安裝於半導體機台,並提供機台的上蓋開關。其垂直上升承重力可以達到50 kg (實測)重,並可透過設定調控移動速度等參數。本成果應用於高負載作動設備用,可以運用於水平與垂直作動,水平可推160 kg,垂直規格可達120 kg,目前設備運用於半導體機台將設備上蓋做抬升的動作,上蓋重量約為50 kg重。
軟式隱形眼鏡投影檢測系統 高景深且高解析之隱形眼鏡投影系統,可實際應用於隱形眼鏡製造商產品品質檢測,雙重優點可提高投影缺陷現檢測系統之適用性,並增加國內檢測設備開發之競爭力。
超解析顯微影像系統
本系統為首度將自行開發之高低倍顯微鏡頭結合影像重建演算法,由低倍鏡頭拍攝重建高解析度之顯微影像,並提高影像觀測視野。使影像具備高解析與大視野之雙重優點,同時可不需繁複之影像處理運算,有效降低影像取得之時間。影像實際放大倍率為70倍與140倍,視野為直徑14與7 mm之圓,工作距離為35與16 mm,可搭配白光或藍光進行顯微螢光影像拍攝。
齒模顏色比對App
本成果完成假牙製作專用之真牙與齒模顏色比對分析軟體。牙醫師可拍攝影像後直接由軟體進行顏色落差比對,將色號提供予技工作為假牙製作顏色之參考,減少醫師與技工辨識顏色之落差度。其使用6500 K之白光LED作為照射光源,小於1秒之時間內,即可快速分析真牙與齒模顏色落差。
曝光機鏡頭鍍膜製程開發-365 nm紫外波段反射鏡
本計畫為開發曝光機投影鏡頭之鍍膜製程,以大口徑鍍膜機進行,此製程可蒸鍍大面積基板,並利用離子輔助蒸鍍法 (Ion-beam Assisted Deposition, IAD) 則能同時提高薄膜沈澱速率與薄膜結構緻密等特性,同時可應用於大面積鍍膜的均勻性控制,所以適用於UV波段光學元件薄膜。
曝光機鏡頭鍍膜製程開發-365 nm紫外波段抗反射鏡
本實驗以電子束蒸鍍法進行,此製程方法速度快但其膜質較濺鍍法為鬆散,容易造成薄膜吸收變大與折射率誤差,而利用離子輔助蒸鍍法 (Ion-beam Assisted Deposition, IAD) 則能同時提高薄膜沈澱速率與薄膜結構緻密等特性,所以適用於UV波段之光學元件薄膜製鍍。
RSI濾光鏡陣列
本計畫開發之5波段帶通濾光鏡陣列通帶間距由目前受限於機械式遮罩製程之毫米等級提升至黃光微影微圖化整合製程之微米等級以利衛星遙測酬載收光量與解析度 (空間及光譜) 之提升 (通濾光鏡均為近百層高低折射率材料交疊設計並精密監控製鍍於單面基板,穿透率達90%以上),預期將組裝於國家太空中心「福爾摩沙五號衛星」升空服役,接替已界服務年限之「福爾摩沙二號衛星」執行太空遙測任務。
下世代高效率矽晶太陽能電池濺鍍設備開發
儀科中心協助中央大學光電所,開發下世代高效率矽晶太陽能電池-混合型矽鍺與III-V族太陽電池之設備開發,完成將現有枚葉式濺鍍系統追加一濺鍍室 (SP4),並將現有之傳輸系統更改延伸至 SP4之機構,增加三組非平衡式 4 吋濺鍍源,基板承載台可為定點鍍膜或公轉,並可通入RF偏壓,基板可加熱至600 ºC,考慮製程安全,於系統中加入氫氣與砷粒子的偵測器,並有氫氧與砷粒子吸覆式製程排廢系統,協助升級這些系統以加速開發下世代高效率矽晶太陽能電池。
封閉式高功率脈衝磁控濺鍍系統之開發
中心自主開發高功率脈衝電漿鍍膜技術及封閉式電漿濺鍍系統,可大幅提升濺鍍產率、薄膜緻密性及製程穩定性,並應用此技術鍍製高硬度、高導電性之薄膜。整合高功率脈衝電漿鍍膜技術及封閉式電漿濺鍍系統,應用於導電保護膜及透明硬膜,導電保護膜之電阻率可小於 5×10-5 Ω-cm,硬度高於20 Gpa,而透明硬膜其可見光穿透率大於93%硬度大於20 Gpa。
唾液離子濃度量測儀
本研發成果以電導感測元件為核心,完成晶片及晶片上預置處理電路之外的週邊整合研發。整合儀器架構所需關鍵元件,包括:晶片組裝模組、多組合控制模組 (Multi Control Unit) 與A/D 轉換器訊號處理PCB模組、晶片雜訊屏蔽模組、樣品操控模組,其主要功能在於將晶片及其內建處理電路與儀器進行機構、電性設計,並完成唾液樣本離子濃度與電性訊號連結的程式,並透過適當的保護與人性化設計提高系統穩定性、與操作便利性,各項模組具備平台化、模組化易於整合的特性,以偵測唾液樣本中之導電度。
8吋非球面MRF修正拋光
8吋石英非球面透鏡為半導體曝光機投影鏡頭所需之關鍵元組件,因使用光源為i-line (365 nm) UV波段,故光學元件之表面誤差(RMS)要求必須 ≤10 nm;又因非球面具唯一光軸特性,鏡片製作過程中必須設計精密對心輔助治具,以達到透鏡偏心量的要求。本年度完成8吋石英非球面透鏡製作,表面形狀誤差為5.82 nm (RMS),同時完成製作程序的建立與驗證,可作為高階鏡頭開發之重要核心技術。
半穿透式抬頭顯示器自由曲面
自由曲面光學元件具有良好的光學特性與設計上的自由度,近年來自由曲面光學元件廣泛應用於光學系統。自由曲面光學元件需經由超精密加工製程進行製作,依光學系統應用需求及材質可製作成半穿透式或反射鏡片,本案成功協助業界開發自由曲面光學元件應用於抬頭顯示光學系統。
光場相機陣列鏡頭調整機構
陣列鏡頭距離相機感測器表面不足 2 mm,所設計的調整機構可使陣列鏡頭於市售單眼相機內進行傾斜姿態調整,使取得之影像經過初步調校,大幅降低後端影像處理時程。
陣列式帶通濾光片平板
結合中心既有傳統光學拋光技術與近年建立之CNC光學拋光技術,完成尺寸 140x35 mm 之濾光片平板拋光,其有效口徑之面精度 < 0.08λ ( λ @ 632.8 nm),已達高精度標準平板規格。此製程技術可解決傳統拋光技術無法有效處理之非圓對稱元件。
遙測酬載
遙測酬載為國人首顆自主發展衛星酬載,搭載於福衛五號。遙測酬載由太空中心及儀科中心共同主導研製,由規格開立、系統設計、元組件接收、至組裝整測,均由二中心合作完成,其中電子控制單元由中山科學研究院提供,焦平面組合由微像公司提供,鑫豪公司提供固態記憶體,漢翔航空公司製作機構元件。本酬載堪稱集合國內主要團體的結晶。其地面解像力GSD = 2 m (全色態)、4 m (多波段),系統焦長3600 mm,入光口徑 450 mm、光學MTF > 0.3 @ 50 lp/mm。
應用於耦光效率檢測之多通道自動對位系統
「耦光效率檢測之多通道自動對位系統」可有效地使用於光通訊用多通道連接器的耦合,藉由精準的五軸平移系統與對位演算法,可以快速地達成最高效率的耦光對位。其人機介面主要呈現耦光視窗與光源件與部品件空間位置之相對關係,透過自動控制系統與電路回饋方法,可以有效地判斷光連接器的製造品質,分析微透鏡的個別優劣,並建立國內自主之耦光對位方法標準。
多通道量測管控系統開發
本研發成果具備每組通道100K取樣,15個類比通道,並透過微處理器、FPGA系統整合,達成數據傳遞及控制命令功能。可整合置於工具機設備上,透過多組不同的物理量感測器,同時量測工具機設備之運轉參數,並初步進行硬體電路處理後,上傳雲端系統供磨耗性元件壽命分析與即時狀態監控使用。
生物型3D列印系統面控制介面
本研發成果可自動化的調整介面與撫平、供料,機械臂控制,並可控制3D列印系統的所有動作與協調個動作的行為,介面程式內包含手動為調控制與檢測操作,機械臂位置重建系統。
差動雙壓電式噴頭模組
本研發成果包括兩組壓電推桿透過時間差,將材料推出噴頭,噴頭口徑為0.25 mm的大小,透過時間差的解決方案,可有效的將液體射出,在噴頭的出口使用特殊設計的結構,可降低液體附著在外管徑。其規格為:頻率150 Hz - 300 Hz,最佳的延遲時間差在三分之一,噴出的水珠直徑在0.25 mm,液體直徑大約0.25 mm,每秒可以射出最多300顆的水珠,降低液珠被出口牽制的問題。可應用3D列印領域。
智慧手臂軌跡操控模組
本研發成果可階段性完成定點移動控制,機械手臂的水平移動範圍在25 cm × 25 cm的範圍,機械臂為水平移動的系統,在垂直空間上可以壓抑到最小空間,其硬體規格可達 0.002 mm的精度,提供系統垂直方向有更多空間,水平空間除了印列範圍外,在收合後所佔的空間最小,有效的降低3D印列系統的空間,降低儀器設備的尺寸。

更新日期:2016 年 1 月 15 日