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通訊、感測器、電源三管齊下 羅姆半導體推智慧製造解決方案

工業3.0與工業4.0之間的最大差別,在於生產設備需從自動化升級到智慧化,才能將生產資訊整合到後台系統,藉此與其他設備相互合作,達成少量多樣的生產目標。而在設備升級的過程中,通訊、感測器、電源系統又扮演著至關重要的角色,尤其智慧化設備功能非常複雜,通常需要多個感測元件相互搭配後,方能符合企業對智慧製造的要求。

羅姆半導體設計中心主席工程師王韋迪說,企業要將生產設備融入IOT技術,最大的挑戰便是如何挑選所需的感測元件,以藉此收集生產過程中的各種資料。只是,收集、處理、傳輸感測資料的流程相當複雜,羅姆半導體所提供的感測器產品系列非常完整,能偵測加速度、陀螺儀、顏色、溫度、紫外線、X-ray、壓力、濕度、磁力儀等等,搭配技術支援服務,無疑能協助台灣企業跨出產業升級的第一步。

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羅姆半導體設計中心主席工程師王韋迪

除了感測元件,羅姆半導體也有非常完整的通訊解決方案,涵蓋Wi-SUN、EnOcean、Wi-Fi、Bluetooth、RF4CE等技術。其中,Wi-SUN的通訊距離約500公尺,具備低功耗且通訊距離長的優點,適合室外或工廠等寬闊場所等應用。至於EnOcean,則是一種免電池的超低功耗通訊裝置,無須維修,也無須進行配線工程,非常適合應用在已完工的生產線中,通訊距離可達100公尺。

而有別於其他業者的銷售模式,羅姆半導體在銷售單一元件之外,還提供預先與MCU整合的無線網路套裝模組。如此一來,企業用戶無需浪費時間在整合晶片上,只需專注在開發創新服務,優化生產流程。而對於工作空間較小的用戶,亦可另外運用Wi-Fi模組搭配認證或密碼化(Supplicant或WPS)系統,快速達成資料交換的目的。

王韋迪指出,考量到智慧設備伺服馬達控制機械手臂需求,以及針對工具機用電源控制器,研發出1200V 400A、600A額定的全碳化矽(Full SiC)功率模組。該產品具有支援Half-Bridge、三相電壓設計、高頻率驅動、周邊元件小型化的特性,且藉由羅姆獨家研發模組內部構造及散熱設計的最佳化,開關損耗也比一般同等額定電流的IGBT模組減少了64%(晶片溫度150°C時),因此有助於應用程序的節能化。

此外,由於全碳化矽可進行高頻率驅動,周邊可選用較小元件,開關損耗亦能大幅降低,有助讓冷卻系統的小型化。在PWM變頻器驅動時的損耗模擬中,若將該開關頻率所導致的損耗與同等額定電流的IGBT模組進行比較,則5kHz驅動時為30%,20kHz驅動時為55%,總損耗將進一步大幅降低,在20kHz驅動的情況下,可使散熱器尺寸小型化達88%。

過去為達到功率模組產品的大額定電流化,開關動作突波電壓勢必會變大,故有必要降低封裝的內部電感。而現今藉由配置羅姆半導體內建型SiC裝置,將可使內部配置、端子構造等優化,內部電感因而讓傳統產品約減低23%。尤其羅姆半導體新研發封裝G型技術,比傳統封裝更可抑制27%的突波電壓,因此產品化規模將達到額定400A、600A,並在同等突波電壓驅動條件下,採用新封裝還可以降低24%的開關損耗,堪稱是工具機產業打造智慧設備的最佳選擇。