如何解決電子產品及IC封裝熱效應來增加產品壽命

隨著電子產品功能之要求提高，積體電路製造技術及單體功能不斷地提升，高功率、小體積之電子或電腦元件已成為目前電路設計及製造的趨勢。由於電子產品藉由電能損益所散失的能量係以熱能的型態轉換發散，品質不穩定或不良的散熱設計即成為其失效及損害的因素。根據統計，工件工作溫度每增加10℃，其MTBF(Mean time between failures)值就會縮短一半。因此，為改善電子元件之穩定性及壽命，如何確保電子晶片元件之品質穩定及提出有效的散熱設計來解決高熱量之散熱問題，成為電子元件製造業愈來愈重視的問題。

依據JEDEC在EIA / JESD51-x系列文件中規定的。從junction-to-ambient 的熱阻RθJA是最常見的熱量度量的標準。

使用以下步驟進行RθJA的測量的方式（從EIA / JESD51-1，-2，-5總結，

-6，-7和-9）：

步驟1.器件，通常是包含熱測試芯片的集成電路（IC）封裝兩者都耗散功率並測量最大芯  片溫度，安裝在測試中板。

步驟2.校準測試芯片的溫度感測組件。

步驟3.封裝和測試板系統放置在靜止空氣（RθJA）或移動空氣（RθJMA）中環境。

步驟4.已知功率在測試芯片中消散。

步驟5.達到穩定狀態後，測量結溫。

步驟6.測量的環境溫度與測量的結相比的差異計算溫度並除以耗散功率，給出RθJA的值C / W。

下圖為PCB, IC封裝及水平面影响熱阻的比重。

                

              在電子或電腦元件解熱中,PCB Layout 中IC 佈局是很重要的關鍵因子,因主動與被動元件其為發熱體。如下圖A與B其置放IC位置不同其結果也差異很大。因A方案其傳導的路徑較逺故熱阻也高。按筆者的經驗,A與B方案其在室溫下,燒機到穏態其兩者溫差達5度C 。B方案因其可直接透過機殼導熱。

在下圖例出各式IC封裝其熱阻值供工程師在選用各式IC是除了注意尺寸之外也要注意不同的封裝其熱阻差異很大。下圖為JEDEC已經建立了一套測量和報告IC熱性能的標準包裝相對應的 RθJA。

在電子産品系統設計過程中就要考慮到解熱方式,例如使用對流或是傳導方式。需於規劃時就計算其功耗及效率以利規劃散熱計劃。其次是選用零件時需考量其封裝。如果是採用強制對流方式,需選用表面積大的封裝以利快速散熱。如果採用傳導方式時就需善用PCB接觸面積或散熱片組合以利達到最大接觸面積。就不得不計較IC封裝了。以上是筆者的多年經驗分享給工程師們。

How do I open existing Eclipse project in Android Studio?

At first open Android Studio, it will show main screen as below:

1- Click on import project (Eclipse ADT, Gradle, etc.).

2- Choose the root folder of your project. The folder that contains bin folder.

3- Choose where you want to import it and click next.

4- Click on finish.

5-Going to project  screen

智慧製造

就IOT 應用於智慧製造,從系統面及趨勢來觀察。從 IBM 今年公佈最新 2017《IBM 全球高階主管調查報告：傳統企業的逆襲》,而傳統企業除了金融及保險業之外,一般為中小企業為主。在200人以下的傳統製造業將是下一波IOT 的體驗的用戶。通常中小企業因資源或缺乏標準化,甚少採購貴森森的ERP及MES系統。也許透過異業結盟,規劃一個中小型企業用戶的解決方案, 抽取ERP,MES的基本module 编成一個Package ,提高中小企業用戶使用的意願。面對未來大者恆大的市場競爭。大型SI 有太多Solution 的選擇。除非我們有金鑰般的排它性。應該善用小型SI來創造獨特來共創價值鏈。

Innovative Quality Management

                                       

                                 新思考品質政策

      何謂品質(Quality ),就製造業來說明：

   首先定義一下其意義:品質是顧客「滿意」、「驚喜」的程度。更高品質就是包括交付給顧客的商品,過程及服務其結果視為卓越的程度。所以品質是一個可量測的指標(Index)從物,成本與方法來評估。從也是可以用量表量測。     

     依據ISO精神建構的品質管理制度：

客戶為重 (Customer Focus)；組織依賴其顧客，故必須瞭解現在及未來需要，並符合/ 超越他們的期望/ 要求。

領導 (Leadership)；領導者建立共同一致的目的及提供方向，他們也要提供一個讓人員參與其中並能夠達成目標的環境。

全員參與 (Involvement of People)；人員是組織的基本要素，他們完全參與展放真正潛能，將對組織提供最大利益。

過程導向 (Process Approach)；當管理相關資源及活動成為過程時，可更有效率地達到所想要結果。

系統化管理 (System Approach to Management)；鑑別、瞭解和管理一系列相關過程，能更有效率與有效的達成組織指定的目標。

持續改進 (Continuous Improvement)；作為永遠的目標去幫助組織向前邁進。

依據事實作決策 (Factual Approach to Decision Making)；確保決策是基於所建立及分析的資料。

互利的供應者關係 (Mutually Beneficial Supplier Relationships)；創造具有共同目標的夥伴關係。

上述所謂品質八條只是品質系統基本要求。利用創新手法來擬定品質政策, 從產品規劃及流程來提昇顧客滿意的驚喜品質政策,按這樣的策略,我們可以精簡成產品和方法(Product and methodology) 兩條:

首先: 從產品規劃中我們必須要考量到產品的極簡設計,所謂極簡設計, 據SmartPhone為例,其利用單鍵多功能來簡化設計。少一個零件相對提高了產品的可靠度, [編者按],據MTBF(Mean Time Between Failure),其可靠度與零件數成反比,所以客戶滿意度導向(Design for Customer satisfy ),就是一種one touch 你聰明,我傻瓜的設計概念。

再來產品從設計,試産再面向量産,一般都要绖過DQA, SQA 等一堆所謂品質保證(Quality Assurance) ,筆者建議放棄傳統少量取樣Inspection,取樣一定比例是否代表整批其品質一致性。放棄舊思维,不然無法數位轉型或智能轉型, 流程簡化,從產品至量產到底需多少流程才合理。筆者經驗就是三個Phase。

研發階段: 從産品规劃至樣機出來,經過規格Verify 及各項功能Validation.

試產階段: 從樣機至試產,除了規格Verify 及各項功能Validation.另外做design for manufacture 與 quality 的validation. 由研發人員與客戶服務人員來鑑別,並以PDCA方式不斷檢討改善，讓產品高於客戶滿意。

最後量産階段: 重點在於供應商管理確保來源一致性,綜合來說就是在三個階段各自就其產出信賴的輸出(Trust output)。

上述就數位轉型或智能轉型,就品質政策提出打破舊思維,從極簡的概念出發,做出令顧客「滿意」、「驚喜」的產品。

工業4.0 Digital Twin

工業4.0 Digital Twin(Cyber Physics) 其架構越來越完整了,其實線上為產線上的實際設備,虛線部份即MES下所有設備的資料。透過Administrative Shells framework (使用Physical Markup Language (PML)）來描述物件,其物件可能是一組馬達controller ,也可能是一個完整的生產線的工作站。

Administrative Shells framework把MES下個每個物件串連在一起, 也解決了object與object間的Interoperability 和 Integration。。從4.0 Digital Twin階層來看,其最大的獲利者是上位的軟體的服務商。西門子其近來併購Mentor 及其它軟體公司,已然成了一個其軟體的服務商。其全球軟體工程師己超過35,000人。不知臺灣廠商除了能提供Component 之外可否更上一層樓。

Administrative Shell用於存儲所有重要的內容對象的數據，可以是硬件或軟件。 它為網絡化製造業的所有參與者創造利益。因此，一致的管理數據的方式具有各種功能和服務，用於數據操作和傳輸。

 1)      數據管理：Administrative Shell提供管理大量數據的機制其包括設備製造商的信息。 在相應的欄位儲存設備設定値(configuration),設備配置,維護及與其他設備相連接的拓璞。

2）功能管理：Administrative Shell提供不同的功能，如配置，邏輯的操作，維護，複雜運算法。這些功能促進工業4.0組件與之間的交互作用,也包括人機界面等。

3）服務管理：雖然組件的信息是只存儲一次，它們可以提供雲端或企業內部IT使用。

4) 整合：Administrative Shell透過一致的通信協議，簡單的整合每個工業4.0組件。

5）模塊化：凡符合Administrative Shell的資料格式的物件,可輕易上缐。

專利好好玩

專利好好玩---善用專利檢索讓新創事業穩賺不賠

        在百花起鸣的數位轉型時代,如何創造有價值的新創事業,可以從專利檢索及巨人的專利佈局分析及歸纳出產業的機會。而不是燒錢遊戲的產物,肥了少數人確毁了社會的信任。並非人類邁向下一世代之福。

       專利雖有其排它性,因其揭露技術,透過後進者迴避設計及改善,筆者相信A++,一定優於A+的正向專利保護,尤其找出經過專利訴訟且勝訴的有價值的專利,細细品嚐再挖掘其技術,近二百年來確實促進人類科技的進步。

     
                                 Fig.1 專利申請過程

              專利申請過程按其實體審查之,前題是需符合下列三個專利要件:

故從專利檢索來觀察產業機會有其道理:

1.     產業應用性

 (專利法第26條)發明說明應明確且充分揭露，使該發明所屬技術

領域中具有通常知識者，能瞭解其內容，並可據以實施。

2.     新穎性(單一證據)

 申請專利之發明於申請前已見於刊物、已公開使用或已為公眾所知

悉者，不得取得發明專利(專22.I)。

 申請專利之發明與申請在先而在其申請後始公開或公告之發明或新

型專利申請案所附說明書或圖式載明之內容相同者，亦不得取得發

明專利(專23)。

3.     進步性(允許多個證據組合)

 申請專利之發明為該發明所屬技術領域中具有通常知識。

                 在此利用專利檢索策略的”關鍵字”來搜索相關專利的公告年份及數量來判讀其相關技術是否己邁入高成長期(Growth period).

                              Fig2.產品研發至銷售與專利間的關係

本文利用” Fecal ” and “ Microbiota” and “ Transplant” 一起檢索，使能檢索到接近216筆左右的資料,在從専利內文的先前引證找到新的闗鍵字“Stool”,再次用新的組合“Stool” or ” Fecal ” and “ Microbiota” and “ Transplant” 一起檢索,並限縮於155筆相關專利。從中也可以找出專利申請量前5名公司,也可能是先行的競爭者。再用前5名公司的申請人為新的闗鍵字,找出其每年度申請數量。

                透過上述專利檢索,內文的引證及申請人的其每年度申請數量,可以發掘出技術的缺口及競爭者,善用專利檢索來評估產業的趨勢,是一項穩賺不賠的投資。

Fig3.FMT專利申請概況

Fig4 .FMT專利申請量前5名公司的年度申請分析

The Characteristics of TEC

         The Characteristics of TEC   (Thermoelectric Cooler)

如何利用全橋式驅動方式來減少熱電致冷晶片(TEC)熱面的散熱裝置,以降低成本(Total Cost)。

熱電致冷晶片(TEC)問世己二十多年,近來因高密度的積體電路Hot Spot需主動式熱電致冷晶片來解決導熱的問題。應用市場成長極快，主要應用在光通訊精密溫控、生醫與半導體製程設備熱循環、小型消費性家電等。

致冷晶片的熱面一定要裝有散熱器。如果熱面不裝散熱器，通電之後，熱面溫度上昇很快。當它的溫度超過銲錫的溶點時，致冷晶片就損壞了。

一般熱電致冷晶片(TEC)其COP(coefficient of performance)頂多0.4 。假設需要 10W 的致冷力，電源供應器消耗的電力是 25W 。散熱器排放的熱量是 10W+25W=35W。

在此利用循環原理,讓熱面的熱透過反向電流逆導到冷面,如此熱面的熱會趨降。在此分享簡單的測試結果:

Note: 以上测試熱面均沒有加裝任何散熱器