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福島 5 縣食品輸入,如何知道風險可接受?分析報告說了什麼?

PanSci_96
・2022/02/09 ・6400字 ・閱讀時間約 13 分鐘

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  • 資料整理 / 泛科學編輯部

行政院於今日(2022/2/8)舉行「日本食品輸入管制措施」記者會,在 3 原則(回歸科學檢驗、比國際標準更嚴格、為民眾把關)、3 配套(將「禁止特定地區進口」改為「禁止特定產品進口」、針對具風險品項要求輻射安全證明加產地證明、福島 5 縣食品在邊境 100% 檢驗)的措施之下,開放福島 5 縣食品進口(五縣分別為福島、茨城、櫪木、群馬、千葉等)。

圖/行政院

於前一日的晚間,衛福部食藥署公布了委託台大毒理學研究所姜至剛教授執行的「輸入食品風險分析」報告,這份含封面共 94 頁的報告說了什麼呢?讓我們從重點整理中,來看看食品風險評估是如何進行的。

以下資料多引用自109年度「輸入食品風險分析」報告,為使閱讀更為流暢,有些段落有經過編修以及微調字句。

食品安全要以「風險分析」作為溝通工具

任何的科學研究都無法直接告訴你食物有沒有毒,因為食物是很複雜的「不太可能有百分之百純淨的、零檢出的選擇,絕對無毒的產品並不存在。」* 那要怎麼知道食品安不安全呢?可以透過「風險分析」來做為決策參考。

風險分析是由「風險評估」、「風險管理」及「風險溝通」所構成:風險評估以科學數據為基礎,進行風險辨識及評量。風險管理,則是以風險評估結果為依據,制訂一個能將風險盡可能降至最低的管理政策。風險溝通,則是將風險評估結果或風險管理政策裡的重要內容,對利害關係人、一般民眾進行傳播與交流。

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2011 年 3 月 25 日起,臺灣暫停受理報驗福島 5 縣所生產製造之食品,並加強日本輸台食品的輻射檢驗,同時也委託同一團隊,於 2018 年的時候進行「日本食品取樣檢驗與調查研究」。當時團隊實地採樣了 301 項樣本(包含:乾香菇、沙丁魚、果乾、米、牛奶、小麥粉/麵粉、茶葉、貝類、蔬菜、冰淇淋等),並交給三個不同單位的實驗室進行「銫134」與「銫137」的含量檢測。

檢驗結果顯示,樣品均符合衛福部的公告標準(銫134 + 銫137 標準:飲料及包裝水 =10Bq / Kg;乳品及嬰兒食品 = 50Bq / Kg;其他食品為 100 Bq / Kg)。

儘管風險評估結果顯示輻射風險低於標準值, 但 2018 年 11 月 24 日公投「禁止開放福島五縣食品」通過後,顯示大眾對日本相關食品的安全性仍存有疑慮。民眾對食品安全之風險感知,會影響其對政府風險管理、資訊揭露及邊境抽驗的信任程度。

2018年福島食品進口公投結果。

風險評估怎麼做?

以科學為基礎的「風險評估」,其四步驟包含:

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  1. 危害辨識 (Hazard Identification)
  2. 劑量反應評估 (Dose Response Assessment)
  3. 暴露評估 (Exposure Assessment)
  4. 風險特徵描述 (Risk Characterization)

這四步驟又代表著什麼意思呢?

危害辨識:造成危害的是誰?

當可能會有危險時,要先知道這個「危險」是誰造成的,因此要進行危害辨識。在福島 5 縣食品風險評估的案例中,便是要找到是哪些物質造成食品安全的風險。

依據國際原子能總署 (International Atomic Energy Agency, IAEA) 2015 年發表的 The Fukushima Daiichi Accident 報告,此次災害主要是爐心熔融,主要洩漏為高度揮發性元素,因此,日本厚生勞動省自事故發生後隨即進行食品中 碘131、銫134、銫137 的含量檢測,而 碘131 半衰期僅為 8 天,因此自 2012 年 6 月起便不再進行碘 131 檢測。因此國際間食品輻射標準,大多以 銫134、銫137 含量,作為危害辨識標的。

劑量反應評估:多少量會有影響?

圖/envato elements

知道是誰會造成影響,接下來就是要知道「多少劑量」會對人體造成影響呢?依據國際放射防護委員會第 119 號報告所列,一般民眾攝入每單位放射性核種的約定等價劑量(Committed Effective Dose),銫 134 的劑量為 1.9×10-8 西弗 / 貝克,銫 137 的劑量為 1.3×10-8 西弗 / 貝克。

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另依據國際放射防護委員會第 103 號報告,每 1 西弗輻射曝露,會增加成年人 4.2%、全年齡 5.7% 的癌症及遺傳效應之風險。

暴露評估:可能攝取多少量?

知道了劑量,往下要知道的量採用「是可能的曝露量有多少。這次的研究參考國家攝食資料庫 2019 年國人 17 大類食品,不同族群不同類食物的攝食率如下表,並假設大家吃東西時不會特別挑選進口國家產地,食品放射性元素含檢測平均值」進行暴露評估。

風險特徵描述:所以有風險嗎?風險是多少?

國際放射防護委員會 (International commission on radiological protection, ICRP) 於 2007 年出版的 ICRP publication 103 報告中提出,一般民眾額外暴露游離輻射的劑量,延續 ICRP publication26 之建議,亦即年劑量不超過 1 毫西弗 (1mSv/yr)。

當上述食品輻射中 銫134、銫137 含量經與國人平均攝食率計算後,可以推導出可能暴露的游離輻射量,進一步演算出癌症及遺傳效應之風險。

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平均輻射曝露劑量結果顯示,因攝食日本食品而增加的輻射曝露量:孩童每人每年平均 0.001762 毫西弗,青少年每年平均 0.002308 毫西弗,成人每年平均 0.002814 毫西弗,老年人每年平均 0.002406 毫西弗,育齡女性每年平均 0.002334 毫西弗。

如果採用極端值處理後的食品輻射含量計算:攝食日本食品導致國人增加輻射曝露量,孩童每人每年最高 0.003088 毫西弗,青少年每年最高 0.004030 毫西弗,成人每年最高 0.005094 毫西弗,老年人每年最高 0.004597 毫西弗,育齡女性每年最高 0.004182 毫西弗。

圖/行政院記者會簡報

在這樣的計算下,癌症及遺傳效應增加的風險為:孩童每人每年平均 1.00 x 10-7,青少年每年平均 1.32 x 10-7,成人每年平均 1.18 x 10-7,老年人每年平均 1.01 x 10-7,育齡女性每年平均9.80 x 10 -8,癌症及遺傳效應風險部分各年齡層皆低於 10-6;依據美國國家環境保護局 (U.S. Environmental Protection Agency, US EPA) 之標準,癌症及遺傳效應風險等級可以歸類為「可忽略之風險」。

其他國家的監測與管制作為

每個國家對日本災區食品的輸入管制措施,可以區分為數種類型,包括:第一、特定縣市「全部」食品禁止輸入。第二、特定縣市「特定」 食品禁止輸入。第三、特定縣市特定食品檢附官方輻射檢驗證明後始得輸入。

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進一步而言,雖然各國各有不同管制措施,然可歸納管制核心在於,特定縣市中「全部或部分」品項的食品得否輸入;其次,得以輸入之縣市或食品,是否存在「輸入前提」—— 例如是否須檢附何種證明、或進行何種形式之查驗。

以上數種管制措施, 各有其優缺點,茲簡要分析如下:

(一)特定縣市「全部」食品禁止輸入:以台灣為例

此種措施之優點在於首先,管制上可以做到滴水不漏——針對該遭禁止輸入 之縣市食品,因為不論該縣市之食品有無風險或有多高風險,一律禁止輸入、杜絕於境外。其次,此種管制措施得節省行政成本,因為無須耗費人力或其他資源來對輸入食品進行任何檢驗、或者查核檢附證明文件。

然而其缺點在於:此種管制措施,與歐、美等國家並不一致,亦與現今自由貿易之世界潮流,存在若干落差;尤其我國已成為世界貿易組織(WTO)會員多年, 會員國之間自有國際貿易規則必須遵守,無法完全憑藉自身意願制定管制政策或進行管理措施,否則容易引起我國與日本二國間之糾紛。

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尤其,經本計畫之風險評估,福島五縣市食品之檢測結果皆符合我國標準,是否需要投注這麼大的行政資源與社會成本,專注在福島五縣市,而忽略日本其他地區輸入食品之安全,值得各界慎思。

(二)特定縣市「特定」食品管制輸入:以美國為例

美國與歐盟之管制措施雖然不同而有「管制輸入」之措施,然其與歐盟之表述方法相同,係詳列管制輸入之縣市及其食品品項,其餘未在表列者,則不管制輸入。

美國管制輸入部分食品之縣市,包括青森、岩手、宮城、山形、 福島、茨城、櫪木、群馬、埼玉、千葉、新瀉、山梨、長野及靜岡等 14 縣市。每一縣市管制輸入之品項,繁簡不一、各有不同。管制的品項會適時依據日本「非流通品」公告進行調整。

此種管制措施,立基於「使用日本國內檢測之結果,作為自己國內管制基準。」日本依其檢測結果,將特定縣市之「特定」食品設定為「非流通品」;美、日二國之間則基於信任關係,參照此一「非流通品」之品項,納為管制輸入之列。

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此一模式,優點在於以科學基礎之客觀事實為依據,日本檢測超標者代表該項食品風險較高,則進行管制輸入;其次,因其參照日本國內「非流通品」之品項,簡單明確節省行政成本之耗費,並且可以減少二國間之貿易爭端。

其缺點在於,非流通品可能混在流通品中輸入,如美國管制輸入岩手之鹿肉, 可能混雜於其他未管制輸入縣市之鹿肉,一起輸入;此種混入狀況,於辨識上極為困難,從而增加檢驗之難度。其次,參考日本之檢測數據,也不免有「球員兼裁判」的疑慮。

美國直接使用日本的檢測標準進口核災地區食品。示意圖/envato elements

不過,本計畫認為,日本政府實施輻射檢測、設定非流通品,乃是為了保障其國民之食品安全與身心健康,並非為了產品輸出而為之;日本政府亦不可能為了產品順利輸出,罔顧自己國民健康而對數據造假。因此,上述「球員兼裁判」而可能造假之質疑,現實中應無發生之虞。

(三)檢附官方輻射檢驗證明:以歐盟為例

歐盟各國對日本食品輸入,並無針對特定縣市或品項禁止輸入之規定,而是詳列分縣市之特定食品,要求輸入時須檢附官方輻射檢驗證明。而需要附上證明的,包括福島、山形、山梨、靜岡、茨城、長野、新瀉、群馬及宮城等 9 縣市,其中福島所列的食品品項最多。

此種管制措施,要求食品輸入時,必須檢附輻射檢驗符合標準之官方證明。此種管制措施,側重於輻射殘留之檢測數值,不論產地、品項為何,只論輻射檢測結果,將管制對象聚焦於輻射「風險所在」,應為值得肯定之作法。

其缺點則為, 輻射檢驗數據可能受到若干外力影響,包括檢測儀器靈敏度、檢測方式等,從而對數據產生不同解讀;尤其,即使檢測數據符合標準,但仍有驗出輻射殘留者, 如遇有要求「零檢出」之言論,是否真能獲得民眾信任而輸入,有待商榷。因此,此一措施固然基於科學而較為可取,但仍存在部分不確定因素。

以科學方式檢測是最直接的做法,但很難面對「零檢出」的要求。圖/envato elements

此外,為求上述 3 種管制措施確實達成管制目的,尚有「檢附官方產地證明」、「邊境檢驗」等二種輔助措施,茲分述如下。

「檢附官方產地證明」措施之優點,在於方便主管機關判別食品產地來源, 以免有誤認產地情形發生,一定程度上可提高消費者「安心」程度。

而其缺點則在於,實務上曾經發生偽造產地證明之案例,如何杜絕此一情形發生,恐存在一定難度,且亦增加行政成本支出。其次,此種措施僅為產地(產品來源)之客觀呈現,是否存在風險,並非基於何種科學證據或論述,與提高消費者健康「安全」並不必然存在正相關。

「邊境查驗」則是於食品輸入時進行查驗,確認食品符合標準始得放行,往下又可區分為「逐批查驗」或「抽批查驗」。

此種管制措施之優點在於直接、有效,透過機械儀器之幫助,對輸入之食品進行輻射檢測,篩選出高風險食品。而其缺點則為, 輸入食品數量、種類繁多,檢驗人力有限,即便逐批查驗,也不可能「逐項查驗」; 其次,檢測儀器也有靈敏度之不同,如欲進行高強度之查驗,勢必耗費大量行政成本。且部分生鮮食品保存期較短,等待檢測期間過長,或者保存方式不佳,皆有產生食品腐敗之可能性,進而面臨國家賠償爭議。

行政院最新公布的進口標準中,也包含「產地證明」與「邊境檢驗」。圖/行政院記者會簡報

韓國

為評估日本福島核災事件對於韓國民眾所增加的風險,韓國參考利用韓國食品藥品安全部  (MFDS) 於 2012 – 2013 年所監測放射性 碘131、銫134、銫137 的資料,食物種類包括農產品、畜產品、乳製品、水產品與加工食品共 8496 筆。劑量部分假定輻射檢測最小可測量(minimum detectable amount, MDA) 為 0.5 Bq / kg,利用放射性濃度的平均值進行計算。

攝食量則使用韓國 2008-2010 年國家健康與營養調查 (KNHANES) 的攝食資料庫,為了以保守方式估計,僅使用食品消耗量 第 95 個百分位水平進行計算。

風險評估結果顯示,攝食日本食品導致增加之輻射曝露量,各年齡層每年平均劑量皆小於 1 毫西弗,終生承諾的有效劑量為 2.957- 3.710 毫西弗。癌症發生率部分,終生攝食輻射食品所產生之實體癌、甲狀腺癌及白血病之癌症風險,分別為每十萬人可能產生實體癌 14.4 至 18.1 例、甲狀腺癌 0.4 至 0.5 例、以及白血病 1.8 至 2.3 例。

研究結果表明,在韓國,現階段日本食物攝入不會增加輻射劑量或增加致命癌症的風險。

而韓國的管制措施型態較為複雜,既有禁止輸入特定縣市部分食品之手段,也有要求檢附官方證明文件之手段。以禁止輸入而言,韓國禁止輸入之縣市包括福島、群馬、櫪木、茨城、宮城、千葉、神奈川、岩手、長野、埼玉、青森、山梨、靜岡及新瀉等 14 縣市,相較於美國管制輸入之 14 縣市, 韓國多了神奈川而少了山形。

韓國對日本進口食品的輻射檢測說明。圖/韓國食品醫藥品安全處

香港

自日本福島核災事件發生到 2020 年 12 月 31 日止,香港邊境檢測共抽樣檢測了 752,986 件樣本,不合格件數 3 件。另外,自 2018 年 7 月 24 日准許茨城、櫪木、千葉及群馬四個縣輸入以來, 該些地區共檢測 190 件樣本,檢測結果皆低於檢測極限。

由於檢測結果較無風險危害,所以食物安全中心宣布於 2021 年 1 月 1 日起,將輻射檢測日本食品納入每年的恆常食物監測計劃內,不再特別公告。

香港邊境管理單位為「食物環境衛生署」及「食物安全中心」,其管制措施主要包括:福島之水果、蔬菜、奶、奶類飲品及奶粉,禁止輸入(目前僅剩餘福島地區產品禁止進口),其餘四縣市之水果、蔬菜、奶、奶類飲品及奶粉,則須檢附官方輻射檢驗證明及輸出業者證明,而福島五縣市之肉類及家禽、禽蛋、水產品、野味,亦須檢附官方輻射檢驗證明。

建議與結語

最後,報告建議:1.可以參考其他國家之做法,實施高風險管制措施,建議兼採美國與歐盟之管制特色,將管理措施由現行特定地區全部食品皆禁止輸入,調整為特定地區高風險食品禁止輸入。2.提高資訊揭露能見度,讓資訊能夠更有效地傳遞。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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一條 Type-C 線打天下!歐盟規範 13 類產品全面統一,2024 年 12 月底強制生效
宜特科技_96
・2024/12/30 ・3887字 ・閱讀時間約 8 分鐘

本文轉載自 宜特小學堂,如果您對半導體產業新知有興趣,歡迎按下右邊的追蹤,就不會錯過宜特科技的最新文章!

2024 年底將至,歐盟立法要求 13 類電子產品將強制統一採用 USB Type-C 接口,將在 12 月底強制實施。對於消費者來說是一大福音,對於企業則是重大衝擊,隨著截止日期日益逼近,企業該如何確保自家產品有符合規範,並維持在歐盟市場中的競爭力呢?

點擊圖片收看影片版

早在 2022 年,歐盟就已正式發布有關通用充电器的修訂指令 Directive(EU) 2022/2380,除了筆記型電腦在 2026 年 4 月 28 日才開始適用以外,其他 12 類可充電無線裝置 ( Radio Equipment ),包括手機、平板、數位相機、耳機及耳麥、手持遊戲機、可攜式喇叭、電子閱讀器、鍵盤、滑鼠、可攜式導航設備以及入耳式耳機,從今年 12 月 28 日起,就須統一採用 USB Type-C 充電接口。

這大大提高設備之間的相容性,為消費者提供更方便的充電解決方案,也能減少電子廢棄物的產生。甚至英國政府也考慮比照歐盟規範,開始諮詢是否要求所有新電子裝置採統一充電標準。

歐盟納管的 13 類可充電無線裝置。圖/宜特科技

而歐盟境內將根據這一指令,所有銷售的相關電子設備都需要符合 IEC 62680-1-3:2021(USB Type-C® Cable and Connector Specification)標準。此外,對於充電電壓超過 5 伏特、電流超過 3 安培或功率超過 15 瓦的設備,則須符合 IEC 62680-1-2:2021(USB Power Delivery specification)標準,確保這些設備能夠快速充電,並在各種充電環境下維持高效運作。

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為了不讓OEM / ODM廠商面對新規範無所適從,2024 年 8 月底USB-IF(USB Implementers Forum,簡稱USB-IF)協會緊急推出符合 IEC 62680 測試規範的正式計畫(USB-IF Conformity to IEC 62680 (USB) Specifications Program),針對歐盟關注的 USB Type-C 裝置在「充電功能」上的要求,提供廠商一個簡便且具成本效益的測試流程。如此一來,大家對測試項目就有所依循,能確保自家產品符合規範。

本篇文章我們將火速解讀測項並分享已進行測試的實際案例,想進一步了解規範解讀,或是要帶領產品前進歐盟市場嗎?那就接著看下去吧!

為符合歐盟Type-C規範,USB-IF 公布的 IEC 62680 測試指南

USB-IF 從 IEC 62680(USB)規範繁複的測試項目中,針對歐盟對 Type-C 接口充電效能的要求,去蕪存菁定義了一組最基本的必要測試,測試內容可見 USB-IF 官網連結

Conformity to IEC 62680 測試規範解讀

歐盟Directive(EU)的指令(EU 2022/2380)是對RED(Radio Equipment Directive)2014/53/EU中 3.3(a) 條款的補充,主要確保 13 類無線充電設備統一使用 USB Type-C 接口。宜特整理出符合 IEC 62680 規範的三大測試項目,以便讀者更清楚了解如何達到最新的合規要求。

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USB Type-C 功能測試規範(USB Type-C Functional Test Specification):

此測試項目主要是檢查 USB Type-C 裝置是否符合 USB Type-C 規範要求。測試內容涵蓋多種不同的 USB Type-C 操作模式,包括:

1. UPF/DFP(Upstream Facing Port / Downstream Facing Port):

測試設備在擔任 Host 或 Device 角色時的功能和相容性。

2. DRP(Dual Role Port):

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檢查設備是否能在 Host 或 Device 角色間切換。

這些測試的目標是確保 USB Type-C 裝置能在不同設備間正確運作,並且符合電氣和計時要求,以建立穩定的功能連接。

USB 電力傳送合規性測試規範(Power Delivery Compliance Test Specification):

這部分的測試是確保 USB Type-C 裝置符合 USB Power Delivery 3.1 的規範要求,如果產品支援 Power Delivery,就需要執行這項測試,具體包括:

1. 電壓、電流、電力的要求:

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檢查設備是否符合 USB Power Delivery(PD)規範中定義的不同電壓與電流的要求。

2. 不同模式下的功能測試:

特別是在 PD2 Mode 和 PD3 Mode 下,測試設備的功能和向下相容性,確保設備能夠在不同的 PD 模式中正確運作。

3. USB Power Delivery (PD)

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確保設備能夠正確支持 USB Power Delivery SPR (Standard Power Range/標準功率範圍,簡稱SPR) 或 EPR (Extended Power Range/擴展功率範圍,簡稱EPR),管理電力交換和通信。

這些測試旨在確保 USB Type-C 裝置在提供電力時,能夠滿足規範要求,從而確保設備在實際使用中的安全性和穩定性。

USB 電源測試規範(Source Power Test Specification):

這些測試是用來驗證 USB Type-C 接口作為電源供應端時的各項功能。如果產品具備Source Power能力,就需要執行以下測試,測試內容包括:

1. 負載測試(Load Test):

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檢查設備在不同負載下的電壓和電流變化。

2. 過電流保護(Over Current Protection,簡稱OCP):

檢查設備在過電流情況下是否能夠啟動保護機制,防止損壞。

3. Multi-Port 裝置的電力分配和管理:

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對於具有多個 Type-C Port 的設備,測試其在多個 Port 同時使用時的電力分配和管理功能。

這些測試的目的是確保 USB Type-C 電源在實際使用中能夠安全、穩定、可靠地提供所需的電力,並且在多 Port 裝置的情況下,各個 Port 之間的電力分配和管理也符合規範要求。

案例分享

訊號測試實驗室工程師協助除錯(debug)。圖/宜特科技

宜特訊號測試實驗室透過符合 USB-IF 規範的測試儀器進行測試,並擷取過程中未通過的資訊,提供給廠商進行除錯後(debug)順利取得相關證書。以下分享兩個案例:

案例一 : 合規測試規範變動導致測試誤判的問題排查

在產品測試過程中,可能因為合規測試規範(Compliance Test Specification,簡稱 CTS)更動或是尚未定義,造成測試儀器誤判而未能通過測試。透過側錄的資訊(Trace or Log)檢查未通過的結果與 CTS 似乎有衝突,宜特訊號測試實驗室將此現象反應給儀器商進行討論,確認出真正的問題之外,亦會在每週和 USB-IF 協會的線上會議確認是否有類似問題已被提出工程變更請求(Engineering Change Request,簡稱 ECR),未來是否有機會修正為工程變更通知(Engineering Change Notice,簡稱 ECN),並進而修訂 CTS,減少廠商 debug 時間。

案例二 : 負載測試中 Vbus 電壓過低問題的分析與解決

進行負載測試時(Load Test),Vbus 過低且未在規範要求的時間內恢復到合適的電壓範圍,如下圖,若 Vbus 低於 4.75V(VSrcNew(min))且未能在 tSrcTransient 內拉回至 4.75V 以上。儀器就會判定產品未能通過負載測試,這種情況可能導致裝置無法正常工作。遇到這樣的情形,宜特訊號測試工程師會說明規範,讓廠商了解未通過的原因,協助對症下藥、縮短 debug 時間。

tSrcReady 後,Vbus 可以在 vSrcNew 和 vSrcValid 之間存在的時間不應超過tSrcTransient 所定義的時間限制。圖/USB-IF官網

當負載(load)高於或低於 60mA 時,Source 輸出電壓在應對負載瞬態變化時必須遵守以下規範(見下表):

1. 負載高於或等於60mA的情況:

Source 輸出電壓必須在負載瞬態變化後的 5 毫秒內,回到介於 vSrcNew 和 vSrcValid 之間的範圍內。

2. 負載低於60mA的情況:

Source 輸出電壓必須在負載瞬態變化後的 150 毫秒內,回到介於 vSrcNew 和vSrcValid 之間的範圍內。

當負載(load)高於或低於 60Ma 時,Source 輸出電壓在應對負載瞬態變化時的規範。圖/USB-IF 官網

因 Vbus 過低且未在規範要求的時間內恢復到合適的電壓範圍,因此儀器判定未能通過測試。紅線代表未通過的區段。圖/宜特科技

如何進行 USB-IF Conformity to IEC62680?

USB-IF 為了有效管理和追蹤 USB 產品設備,將審查所有提交的測試結果並提供正式的批准。OEM/ODM 廠商可將其 USB Type-C 產品提交至 USB-IF 授權的獨立測試實驗室(Independent Test Labs,簡稱 ITLs)進行正式測試。廠商需要先取得 Vendor ID(VID),VID 可以透過成為 USB-IF 會員或購買取得。有了 VID 後就能進入 USB-IF 網站中登錄產品,USB-IF 會分配給該產品一個 Test ID(TID)識別碼,用於追蹤該產品的測試和認證記錄,接著就能開始進行 Conformity 測試。通過測試的產品會被公開登錄在 USB-IF 網頁上的 IEC 62680 Conformity 名單中,並收到來自 USB-IF 證明產品符合 IEC 62680(USB)規範的通知信。

產品通過 IEC62680 的測試後,USB-IF 寄給廠商的正式通知。圖/USB-IF 官網

雖然 USB-IF Conformity to IEC 62680(USB)為 OEM/ODM 廠商提供了一個正式的測試途徑,以符合歐盟指令,但需要注意的是,這與完整的 USB-IF 認證計畫有所不同。USB-IF 認證計畫提供了更為全面的測試,不僅能證明產品符合歐盟對充電功能的要求,還能驗證其在數據傳輸、可靠性和互通性方面是否達到 USB-IF 的標準。通過完整認證的產品有資格使用消費者熟知且信任的 USB 認證標章,而僅通過 USB-IF Conformity to IEC 62680(USB)規範計畫的產品則無法使用該標章。儘管如此,該新計畫仍能協助 OEM/ODM 廠商快速測試其產品,進一步推動進入歐盟市場的進程。

宜特科技作為 USB Power Delivery(PD)正式認證的測試實驗室(ITL),已取得 USB-IF 最新的 Power Delivery 3.1 技術授權,並同時具備 USB4 V1 電氣測試(Electrical Testing)、USB 3.2 和 USB 2.0 產品認證測試的資格。這些授權能協助客戶進行各類 USB-IF 產品的認證測試,並幫助驗證 13 類 Type-C 可充電無線裝置是否符合 IEC 62680 標準,順利取得 USB-IF 符合性認證。如需要獲得 USB-IF 標章認證,宜特也提供完整的 USB 相容性測試,為產品提供更全面的保障。

本文出自 www.istgroup.com

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進軍太空產業!SpaceX 啟航,台灣太空中心佈局低軌衛星供應鏈——當商用電子產品從地面上太空,必經哪些環境測試?
宜特科技_96
・2024/12/02 ・4777字 ・閱讀時間約 9 分鐘

低軌衛星引爆全球商機,全球太空經濟在 2040 年預計突破 1 兆美元,許多國家跟科技大廠都加速投入太空市場,台灣也成立太空國家隊。但面對火箭與太空環境嚴苛的考驗,如何在地面模擬測試,使產品能在軌道順利運行?

本文轉載自宜特小學堂〈從地面到太空 商用衛星電子零組件必經的測試〉,如果您對半導體產業新知有興趣,歡迎按下右邊的追蹤,就不會錯過宜特科技的最新文章!

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自從 1957 年第一顆人造衛星發射後,現今已有近萬顆衛星在太空飛行,並且數量持續增加中。衛星已經跟我們的日常生活密不可分,例如地圖導航、實況轉播等,另外.俄烏戰爭中使用「星鏈」衛星通訊連網,台灣也在今年四月的花蓮地震首次使用低軌衛星技術,協助災區通訊。因此,發展衛星科技除了民生用途,也深具國家安全考量。

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台灣從 2019 年到 2029 年,於第 3 期「國家太空科技發展長程計畫」投入超過新台幣 400 億元,進行低軌通訊衛星的研製、規劃國家發射場與人才培育。工研院估算,至 2030 年全球每年將發射 1,700 顆衛星升空,屆時將創造至少 4,000 億美元的產值。根據美國衛星產業協(Satellite Industry Association)預計,全球太空經濟在 2040 年更有望突破 1 兆美元,其中衛星產業占比上看 88%,達 9,252 億美元。

衛星按軌道高度可分成低軌(LEO<2,000 Km)、中軌(MEO<10,000 Km)以及地球同步軌道衛星(GEO~35,800 Km),重量從幾公斤到數百公斤不等,其中 SpaceX Starlink 低軌通訊衛星近年轉商業化,開啟了新太空經濟模式。另外立方衛星(CubeSat)造價門檻相對低,成為切入衛星技術研究的熱門標的。衛星產業鏈日趨成熟,以及衛星發射和製造成本的降低,帶來龐大的太空商機,相應的電子零組件需求亦隨之增加,讓不少廠商對邁向太空市場摩拳擦掌。

衛星依據軌道高度的分類。圖/宜特科技

衛星是由幾個次系統整合而成,包含姿態控制、電力、熱控、通訊、推進和酬載(Payload)…等。例如遙測衛星(Remote Sensing Satellite),它的功能是繞地球軌道拍攝照片,其中姿態控制次系統使鏡頭能維持對著地球方向;影像感測器則是攝取影像的酬載,電力次系統負責電力儲存與電源管理,最後將照片透過通訊次系統傳回地面。

衛星內部有我們熟知的各種電子零組件,正統太空規的電子零組件要價不斐,且某些零件因各國管制政策不易取得,而商用現貨(Commercial Off-the-Shelf,簡稱 COTS),例如電腦、手機和汽車採用的電子零組件,價格親民、性能良好,供貨也較充沛,近年採用 COTS 執行太空任務是相當熱門的趨勢。

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衛星的次系統。圖/宜特科技

那麼,COTS 電子零組件要上太空,必須經過哪些驗證測試?本文將從火箭發射環境、太空環境,逐一說明 COTS 欲跨入太空應用將面臨的挑戰和驗證測試方式。

3.2.1 發射!火箭發射對電子零組件的影響

1. 振動測試

衛星在地面製造組裝,需考量溫度、濕度、粉塵汙染等影響;組裝好的衛星搭乘火箭從地面發射,首先會承受火箭的劇烈振動,振動測試機可以在地面模擬火箭發射,以垂直與水平方向進行振動測試。不同的火箭有不同的振動大小,例如美國 SpaceX 獵鷹重型火箭的振動測試參數,以每秒鐘 10~2,000 次的振動頻率,重力加速度到幾十倍,振動測試可用來確認衛星或電子零組件在經歷發射過程仍能正常運作。

美國 SpaceX 獵鷹重型火箭發射。圖/p.7, SPACE X FALCON USER’s GUIDE, August 2021

立方衛星振動測試。圖/Sat Search

2. 音震測試

火箭發射過程會產生音震(Acoustic Noise),尤其是面積大且薄的零件,特別容易受音震影響,例如太陽能電池板,天線面板等。音震可能會使這些零件破裂、機構損壞、功能異常。音震艙就是用來模擬火箭所產生的音震,測試時將液態氮汽化,此時液態氮體積會瞬間膨脹數百倍產生巨大壓力,再經由喇叭將氣流動能轉為聲波導入音震艙,測試音震艙內的衛星或零件。

音震艙測試。圖/European Space Agency

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3. 衝擊測試

當火箭離開地面抵達一定的高度時,各節火箭引擎開始陸續分離,接著整流罩展開釋放衛星入軌,這些過程都會產生衝擊(Shock),對衛星內部零件的焊接點、晶片,或其他脆性材料都是嚴苛的考驗。因此需要在地面先進行衝擊測試,了解衛星與其電子零組件對巨大衝擊的耐受程度。

火箭整流罩打開釋放衛星。圖/German Aerospace Center 

衝擊測試。圖/金頓

4. 電磁相容性測試

此外,因為各種電子零組件集中在火箭狹小空間內,衛星跟火箭之間的電磁干擾可能會影響任務,因此衛星在發射前也需經過電磁相容性測試(EMC),確保衛星所使用的電子零組件不會與火箭之間互相干擾。

電磁相容性測試。圖/ European Space Agency

  1. 熱真空循環測試

低軌衛星以每秒七公里的時速飛行,大約九十分鐘繞行地球一圈,衛星繞軌飛行處於真空環境,同時也會面臨溫差挑戰,當衛星被太陽正面照射時,其溫度高達攝氏 120 度,遠離太陽時,溫度可能低到零下 120 度。另外,真空環境可能使電子零組件因散熱不良燒毀,真空低壓也會造成零組件材料分解、腔體洩漏(Leak),或是零組件釋氣(Outgassing)產生汙染。

熱真空循環測試(Thermal Vacuum Cycling Test)可模擬太空環境真空狀態與溫度變化,測試時會將衛星或電子零組件架設於極低壓力的真空艙內,再經設備以輻射、傳導方式對衛星或電子零組件升降溫以模擬太陽照射,此時衛星或電子零組件處於通電運作狀態,須即時監控觀察其功能是否正常。熱真空循環通常測試為期一週甚至更長,也是衛星或電子零組件常見的失效項目。

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熱真空艙測試。圖/TriasRnD

  1. 輻射測試

少了大氣層的保護,電子零組件在太空環境會直接面對輻射的衝擊。以地球軌道而言,輻射環境包含輻射帶(Van Allen Belts)、銀河宇宙射線(Galactic Cosmic Rays,簡稱GCR)以及太陽高能粒子(Solar Energetic Particles,簡稱SEP),這些輻射環境充斥大量的電子、質子,以及少數的重離子(Heavy Ion)等,若擊中衛星的電子零組件可能造成資料錯亂(Upset)、當機,甚至永久性故障。衛星在軌道運行壽命短則幾個月,長則數十年,衛星在軌道運行時間越長,受輻射衝擊影響就越大。

地球軌道輻射環境。圖/宜特科技

輻射對電子零組件的影響有以下三大類:

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太空輻射對電子零組件的三大效應。圖/ESA

  1. 總電離劑量效應(Total Ionizing Dose Effect,簡稱TID)

電子零組件在太空環境長期累積大量質子與電子輻射是 TID 效應的主因, TID 會造成 MOS 電晶體 Threshold Voltage 緩慢飄移,零件漏電因此逐漸增加,漏電嚴重時則會導致零件燒毀。衛星可視為大型的無線行動裝置,依賴太陽能蓄電,電力相當珍貴,若衛星內諸多的電子零件都在漏電,將造成衛星電力不足而失聯或失控。

  1. 位移損傷效應(Displacement Damage,簡稱DD)

質子對電子零組件會產生另一種非輻射效應,稱為位移損傷效應(DD),屬長期累積大量質子的物理性損傷,質子會將半導體零件內的矽原子打出晶格外,形成半導體的缺陷,零件漏電也會逐漸增加,其中光電零件對 DD 效應較敏感,例如影像感測元件,DD 會造成影像品質降低,另外也會使衛星使用的太陽能電池(Solar Cell)轉換效率下降。

  1. 單一事件效應(Single Event Effect,簡稱SEE) 

TID 與 DD 可以看成慢性病,是電子零組件長期在軌累積大量質子與電子作用所造成的漏電效應,SEE 就是屬於急性症狀,隨機發生又難以預測。質子與重離子都會造成電子零組件的 SEE 效應,而重離子比質子更容易引發 SEE,太空環境的重離子數量雖然相對少,但殺傷力強,一顆重離子就可能使電子零組件當機或損壞。

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SEE 造成的故障可分成 Soft ERROR 與 Hard Error 兩大類。 Soft Error 的徵狀為資料錯亂、當機、功能異常等,重啟電路可恢復其運作,但若電子零組件對輻射很敏感,當機頻率過高則會影響任務執行,因此需以輻射測試評估其事件率(Event Rate)。Hard Error 則是永久性故障,例如重離子容易引發半導體零件栓鎖(Latch-Up)現象,若沒有對應機制,零件可能因大電流燒毀,因此 SEL (Single Event Latch-Up)是太空電子零件輻射耐受度最重要的指標之一。

單一事件效應的各種現象。圖/宜特科技

太空環境有各種能量的粒子,包含:質子、電子、重離子…,能量越高的粒子可穿透越厚的物質或外殼。低能量的粒子可被衛星外殼(鋁)阻擋,但衛星發射成本主要以重量計價,外殼厚度相當有限(通常為幾毫米厚的鋁材);而高能量的粒子則會穿透衛星外殼,影響電子零組件運作,因故使用於太空環境的電子零組件必定會被輻射影響,在上太空前必須經過輻射測試評估其特性。COTS 電子零組件,都有一定的抗輻射能力,但是必須經測試了解輻射耐受度是否適用於太空任務需求。

美國 NASA 的太空輻射實驗室。圖/NASA

COTS 電子零組件上太空前必須經過「發射環境測試」,包括模擬火箭發射時所產生的振動、音震、衝擊、電磁相容性測試,以及太空環境熱真空循環和輻射測試等,更多的測試項目就不一一細數,通過這些測試後,更重要的是取得「飛行履歷」(Flight Heritage),將產品發射上太空,若能成功執行各種任務,取得越多飛行履歷,產品的身價就越高,太空產業非常重視飛行履歷,飛行履歷也是產品的最佳保證書!

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宜特是亞洲最完整的太空環境測試第三方實驗室, 2019 年與國研院太空中心合作推動台灣太空產業發展。自 2021 年加入台灣太空輻射環境驗測聯盟以來,我們已完成多種電子零組件的輻射測試,涵蓋了類比、數位、記憶體、射頻等。我們將持續建構更完整的太空環境驗證測試能量,提供一站式服務。協助廠商可專注於產品的設計與製造。

本文出自 www.istgroup.com

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