光学式生物传感器需求劲扬

 自年初Apple Watch问世以来，穿戴装置市场热度便一路飙升。尤其品牌厂纷纷透过智慧手表内建光学式生物感测器与应用程式结合，提供心率监测(HRM)、呼吸/睡眠侦测、体脂、血压及血氧等体征讯号量测(Vital Signs Monitoring, VSM)功能，更进一步揭开“穿戴装置2.0”的发展序幕，将促进智慧手环/手表从运动健身辅助应用，跨足健康照护，甚至医疗级应用等专业领域，增添产品附加价值。 光学式生物讯号感测器需求劲扬。心率/呼吸监测、血压或血氧等生理讯号监测功能已成为新一代穿戴装置提升产品价值的新法宝，将刺激相关光学式生物感测器出货量爆发性成长，因而吸引众多晶片商竞相展开产品及技术布局。

光学式生物讯号感测器需求劲扬。心率/呼吸监测、血压或血氧等生理讯号监测功能已成为新一代穿戴装置提升产品价值的新法宝，将刺激相关光学式生物感测器出货量爆发性成长，因而吸引众多晶片商竞相展开产品及技术布局。

看准VSM设计需求，一线MEMS感测器晶片商皆开始规画光学式生物感测器产品线;而其他领域的晶片商亦加码投资以掌握相关技术，如戴乐格(Dialog)买下敦宏40%股份、台湾晶技购并爱盛科技等，皆可窥见业界极度重视此类感测器的发展。

穿戴结合VSM应用夯光学感测器设计需求旺

亚德诺(ADI)亚太区医疗行业市场经理王胜表示，VSM将是引领穿戴装置下一波发展的核心技术(图1)，可将智慧手表、手环及眼镜等产品长时间配戴于人体的特色发挥到淋漓尽致，提供手机难以比拟的贴身感测体验。目前VSM设计可概分为肌电感应、光学式感测等方式，而后者成本较亲民、模组体积更精巧，更被看好能为穿戴产品接受，因此市场需求正与日俱增，吸引众多晶片商卡位。

图1　典型VSM功能的软硬体设计需求

穿戴装置结合VSM的发展划分三大阶段，目前大多产品仍停留在第一阶段的“运动健身”范畴，仅透过微机电系统(MEMS)动作感测器提供计步等简易功能，至于第二和第三阶段的“健康保健”、“医疗照护”应用皆须透过光学感测器并搭配相关演算法才能实现。王胜进一步指出，要让穿戴装置符合医疗级产品规格，精确性和稳定度绝对是关键指标，因而驱动光学感测器、类比前端(AFE)和系统机构设计革新。

心动生技总经理李永文补充，现阶段，演算法和光学结构对VSM精确性的影响最为显着，因此该公司专注研发VSM软体演算技术，并已发展出心率变异度(HRV)、PRV(Pulse Rate Variability)演算法，可提供较现有HRM方案更准确且更具参考价值的演算资料。同时，ADI、心动生技及迈动科技也分别贡献感测器/AFE元件、演算法及系统设计端的知识，共同发展完整VSM软硬体方案，可望加速穿戴装置由运动健身接轨健康及医疗照护应用。

事实上，其他领域的晶片商也非常重视光学式生物感测器应用商机，正纷纷以不同技术路线抢进市场。其中，时脉元件商晶技已发展出可用于MEMS光学感测元件的石英陶瓷(Ceramic)封装技术，透过专利3D堆叠结构(Stacking Structure)打造无底噪、小尺寸近接光及环境光感测模组(Proximity & Ambient Light Sensor)，可望进一步满足穿戴装置轻薄设计要求。

石英/MEMS技术合拍 光学感测器尺寸再减半

台湾晶技行销处产品应用工程经理林立青表示，近接光感测器已成手机标准配备，甚至有整合手势控制、环境光与色彩感测功能，或再搭配演算法支援VSM应用的趋势，因此系统厂对元件成本及体积的要求也日益严格。瞄准此一设计趋势，晶技率先运用石英陶瓷封装开发光学感测器模组，透过特殊3D堆叠结构实现单开孔设计，以替代传统Tx、Rx双开孔方案，将尺寸从业界主流4020、4024降至2520(2.5mm×2.0mm)的新里程碑，同时还能大幅改善漏光、折射干扰等问题，以达到无底噪、低光学结构成本目的。

事实上，石英与MEMS元件的感应原理相似，在封装、量测和生产技术方面亦有不少重叠之处，两相结合将发挥一加一大于二的效果，让光学感测器精准度、尺寸和成本的改善更加均衡发展。

林立青认为，下一阶段，穿戴式装置开发商势将大举导入光学感测器，以实现紫外光(UV)感测、手势操作，或再搭配演算法支援心率监测、呼吸、血压和血氧等VSM功能。对此，晶技利用石英陶瓷封装打造的小尺寸光学感测器模组，将能一次满足上述设计要求，有助该公司在未来的光学感测器技术竞赛取得有利位置。

显而易见，抢搭穿戴装置发展热潮，晶片商正竞相拓展光学式生物感测器产品阵容;而演算法开发商和系统业者为瓜分庞大的市场应用商机，亦开始积极备战。随着穿戴装置导入VSM功能需求涌现，光学感测器的能见度已顿时大增，可望逐渐从行动装置萤幕省电机制延伸至可常时监控各种生理讯号变化的VSM应用，让相关供应链业者雨露均霑。