高速超導電路

本文與 美商德州博藝社科技 HEART 合作，泛科學企劃執行。

提到台灣令人焦慮的交通，多數人會想到都市裡的壅塞車潮，但真正致命的「塞車」，其實正悄悄發生在我們體內的動脈之中。

這場無聲的危機，主角是被稱為「壞膽固醇」的低密度脂蛋白（ Low-Density Lipoprotein，簡稱 LDL ）。它原本是血液中運送膽固醇的貨車角色，但當 LDL 顆粒數量失控，卻會開始在血管壁上「違規堆積」，讓「生命幹道」的血管日益狹窄，進而引發心肌梗塞或腦中風等嚴重後果。

科學家們還發現一個令人困惑的現象：即使 LDL 數值「看起來很漂亮」，心血管疾病卻依然找上門來！這究竟是怎麼一回事？沿用數十年的健康標準是否早已不敷使用？

膽固醇的「好壞」之分：一場體內的攻防戰

膽固醇是否越少越好？答案是否定的。事實上，我們體內攜帶膽固醇的脂蛋白主要分為兩種：高密度脂蛋白（High-Density Lipoprotein，簡稱 HDL）和低密度脂蛋白（ LDL ）。

想像一下您的血管是一條高速公路。HDL 就像是「清潔車隊」，負責將壞膽固醇（ LDL ）運來的多餘油脂垃圾清走。而 LDL 則像是在血管裡亂丟垃圾的「破壞者」。如果您的 HDL 清潔車隊數量太少，清不過來，垃圾便會堆積如山，最終導致血管堵塞，甚至引發心臟病或中風。

因此，過去數十年來，醫生建議男性 HDL 數值至少應達到 40 mg/dL，女性則需更高，達到 50 mg/dL（ mg/dL 是健檢報告上的標準單位，代表每 100 毫升血液中膽固醇的毫克數）。女性的標準較嚴格，是因為更年期後]pacg心血管保護力會大幅下降，需要更多的「清道夫」來維持血管健康。

相對地，LDL 則建議控制在 130 mg/dL 以下，以減緩垃圾堆積的速度。總膽固醇的理想數值則應控制在 200 mg/dL 以內。這些看似枯燥的數字，實則反映了體內一場血管清潔隊與垃圾山之間的攻防戰。

那麼，為何同為脂蛋白，HDL 被稱為「好」的，而 LDL 卻是「壞」的呢？這並非簡單的貼標籤。我們吃下肚或肝臟製造的脂肪，會透過血液運送到全身，這些在血液中流動的脂肪即為「血脂」，主要成分包含三酸甘油酯和膽固醇。三酸甘油酯是身體儲存能量的重要形式，而膽固醇更是細胞膜、荷爾蒙、維生素D和膽汁不可或缺的原料。

這些血脂對身體運作至關重要，本身並非有害物質。然而，由於脂質是油溶性的，無法直接在血液裡自由流動。因此，在血管或淋巴管裡，脂質需要跟「載脂蛋白」這種特殊的蛋白質結合，變成可以親近水的「脂蛋白」，才能順利在全身循環運輸。

肝臟是生產這些「運輸用蛋白質」的主要工廠，製造出多種蛋白質來運載脂肪。其中，低密度脂蛋白載運大量膽固醇，將其精準送往各組織器官。這也是為什麼低密度脂蛋白膽固醇的縮寫是 LDL-C (全稱是 Low-Density Lipoprotein Cholesterol )。

當血液中 LDL-C 過高時，部分 LDL 可能會被「氧化」變質。這些變質或過量的 LDL 容易在血管壁上引發一連串發炎反應，最終形成粥狀硬化斑塊，導致血管阻塞。因此，LDL-C 被冠上「壞膽固醇」的稱號，因為它與心腦血管疾病的風險密切相關。

高密度脂蛋白（HDL） 則恰好相反。其組成近半為蛋白質，膽固醇比例較少，因此有許多「空位」可供載運。HDL-C 就像血管裡的「清道夫」，負責清除血管壁上多餘的膽固醇，並將其運回肝臟代謝處理。正因為如此，HDL-C 被視為「好膽固醇」。

過去數十年來，醫學界主流觀點認為 LDL-C 越低越好。許多降血脂藥物，如史他汀類（Statins）以及近年發展的 PCSK9 抑制劑，其主要目標皆是降低血液中的 LDL-C 濃度。

然而，科學家們在臨床上發現，儘管許多人的 LDL-C 數值控制得很好，甚至很低，卻仍舊發生中風或心肌梗塞！難道我們對膽固醇的認知，一開始就抓錯了重點？

傳統判讀失準？LDL-C 達標仍難逃心血管危機

早在 2009 年，美國心臟協會與加州大學洛杉磯分校（UCLA）進行了一項大型的回溯性研究。研究團隊分析了 2000 年至 2006 年間，全美超過 13 萬名心臟病住院患者的數據，並記錄了他們入院時的血脂數值。

結果發現，在那些沒有心血管疾病或糖尿病史的患者中，竟有高達 72.1% 的人，其入院時的 LDL-C 數值低於當時建議的 130 mg/dL「安全標準」！即使對於已有心臟病史的患者，也有半數人的 LDL-C 數值低於 100 mg/dL。

這項研究明確指出，依照當時的指引標準，絕大多數首次心臟病發作的患者，其 LDL-C 數值其實都在「可接受範圍」內。這意味著，單純依賴 LDL-C 數值，並無法有效預防心臟病發作。

科學家們為此感到相當棘手。傳統僅檢測 LDL-C 總量的方式，可能就像只計算路上有多少貨車，卻沒有注意到有些貨車的「駕駛行為」其實非常危險一樣，沒辦法完全揪出真正的問題根源！因此，科學家們決定進一步深入檢視這些「駕駛」，找出誰才是真正的麻煩製造者。

LDL 家族的「頭號戰犯」：L5 型低密度脂蛋白

為了精準揪出 LDL 裡，誰才是最危險的分子，科學家們投入大量心力。他們發現，LDL 這個「壞膽固醇」家族並非均質，其成員有大小、密度之分，甚至帶有不同的電荷，如同各式型號的貨車與脾性各異的「駕駛」。

早在 1979 年，已有科學家提出某些帶有較強「負電性」的 LDL 分子可能與動脈粥狀硬化有關。這些帶負電的 LDL 就像特別容易「黏」在血管壁上的頑固污漬。

台灣留美科學家陳珠璜教授、楊朝諭教授及其團隊在這方面取得突破性的貢獻。他們利用一種叫做「陰離子交換層析法」的精密技術，像是用一個特殊的「電荷篩子」，依照 LDL 粒子所帶負電荷的多寡，成功將 LDL 分離成 L1 到 L5 五個主要的亞群。其中 L1 帶負電荷最少，相對溫和；而 L5 則帶有最多負電荷，電負性最強，最容易在血管中暴衝的「路怒症駕駛」。

2003 年，陳教授團隊首次從心肌梗塞患者血液中，分離並確認了 L5 的存在。他們後續多年的研究進一步證實，在急性心肌梗塞或糖尿病等高風險族群的血液中，L5 的濃度會顯著升高。

L5 的蛋白質結構很不一樣，不僅天生帶有超強負電性，還可能與其他不同的蛋白質結合，或經過「醣基化」修飾，就像在自己外面額外裝上了一些醣類分子。這些特殊的結構和性質，使 L5 成為血管中的「頭號戰犯」。

當 L5 出現時，它並非僅僅路過，而是會直接「搞破壞」：首先，L5 會直接損傷內皮細胞，讓細胞凋亡，甚至讓血管壁的通透性增加，如同在血管壁上鑿洞。接著，L5 會刺激血管壁產生發炎反應。血管壁受傷、發炎後，血液中的免疫細胞便會前來「救災」。

然而，這些免疫細胞在吞噬過多包括 L5 在內的壞東西後，會堆積在血管壁上，逐漸形成硬化斑塊，使血管日益狹窄，這便是我們常聽到的「動脈粥狀硬化」。若這些不穩定的斑塊破裂，可能引發急性血栓，直接堵死血管！若發生在供應心臟血液的冠狀動脈，就會造成心肌梗塞；若發生在腦部血管，則會導致腦中風。

L5：心血管風險評估新指標

現在，我們已明確指出 L5 才是 LDL 家族中真正的「破壞之王」。因此，是時候調整我們對膽固醇數值的看法了。現在，除了關注 LDL-C 的「總量」，我們更應該留意血液中 L5 佔所有 LDL 的「百分比」，即 L5%。

陳珠璜教授也將這項 L5 檢測觀念，從世界知名的德州心臟中心帶回台灣，並創辦了美商德州博藝社科技（HEART）。HEART 在台灣研發出嶄新科技，並在美國、歐盟、英國、加拿大、台灣取得專利許可，日本也正在申請中，希望能讓更多台灣民眾受惠於這項更精準的檢測服務。

一般來說，如果您的 L5% 數值小於 2%，通常代表心血管風險較低。但若 L5% 大於 5%，您就屬於高風險族群，建議進一步進行影像學檢查。特別是當 L5% 大於 8% 時，務必提高警覺，這可能預示著心血管疾病即將發作，或已在悄悄進展中。

對於已有心肌梗塞或中風病史的患者，定期監測 L5% 更是評估疾病復發風險的重要指標。此外，糖尿病、高血壓、高血脂、代謝症候群，以及長期吸菸者，L5% 檢測也能提供額外且有價值的風險評估參考。

隨著醫療科技逐步邁向「精準醫療」的時代，無論是癌症還是心血管疾病的防治，都不再只是單純依賴傳統的身高、體重等指標，而是進一步透過更精密的生物標記，例如特定的蛋白質或代謝物，來更準確地捕捉疾病發生前的徵兆。

您是否曾檢測過 L5% 數值，或是對這項新興的健康指標感到好奇呢？

為了精確找出 IC 內部缺陷，非破壞性的 3D X-ray 驗證已成為半導體業界的關鍵手段。然而，經過高劑量輻射處理的 IC，在後續可靠度測試中卻可能提前失效！隨著半導體逐漸應用於 AI、車用、航太與醫療設備等需要超高可靠度的領域，如何有效量測並控制這些寄生輻射對 IC 的影響，已是工程師不得不面對的重大挑戰。

本文轉載自宜特小學堂〈別讓 X-ray 檢測成為元件早衰的隱形殺手！寄生輻射風險一次破解〉，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！

X-ray 屬於物理性非破壞檢測，是一項即時且便利的分析實驗，可在故障分析（FA）或產品製程改善過程中快速找出問題；僅在極少數特定製程或產品條件下，才可能影響元件的電氣特性。

如同人體若長期暴露在輻射環境中，可能導致細胞突變、DNA 受損，甚至增加癌症風險。對於 IC 而言，情況其實類似——當元件在 X-ray 等非破壞性驗證分析中持續累積過高的輻射劑量（TID, Total Ionizing Dose），其內部電晶體特性可能發生變化，造成閘極漏電流上升、閘極氧化層劣化，最終導致IC提前失效。 

隨著 AI 人工智慧、車規與航太電子標準趨嚴，IC 的長期可靠性要求日益提升，這項過往經常被忽略的潛在風險，如今已不得不正視。因此，JEDEC 於 2023 年 11 月發布 JESD22-B121 標準，明確定義如何評估 IC 在製造、驗證和表面黏著技術 (Surface Mount Technology，簡稱SMT) 等製程中，暴露於輻射照射後的電性變化，並確立其 TID 限制值 (可稱為故障極限值或供應商極限值)，以降低潛在失效風險。

本篇宜特小學堂文章將探討X-ray對電子元件造成的電氣故障模式、關鍵測試變數，以及X-ray輻射總電離劑量（TID）測試最終報告內容，跟各位分享如何透過宜特的「寄生輻射劑量沉積驗證平台」，有效預防潛在故障風險。

輻射劑量對 IC 的電氣影響與故障模式

為了評估關鍵參數的變化，必須充分理解電子元件在電離輻射環境下，因介電電荷積聚（Trapped Charge）所產生的故障機制。當元件暴露於累積效應明顯的 X-ray 時，其內部的關鍵電性參數可能發生變化，導致潛在的失效風險。因此，輻射評估是確保半導體元件可靠性的重要環節，能幫助工程師判斷其抗輻射能力與安全範圍。

不同材料的輻射吸收速率不同，因此對電子元件的影響程度也會有所差異。當 IC 暴露在 X-ray 環境下，吸收的能量會沉積形成寄生輻射劑量（TID），而這種累積效應可能會導致不可逆的電氣故障(表１)。

X-ray　系統設定和變數

X-ray 成像技術廣泛應用於 IC 和元件的封裝驗證，特別適用於內部結構缺陷的發現，與可觀察表面缺陷的光學驗證技術相輔相成。X-ray 成像技術可在 IC 運輸過程的影像掃描、焊點檢測、材料分析等應用中發揮關鍵作用。然而，這些驗測過程亦會讓 IC 曝露於 X-ray 輻射，累積一定的總電離劑量 (TID)，可能影響其電性特性。圖 1 顯示了 X-ray 系統的基本架構。

當高速電子束或離子束撞擊金屬靶材 (如鎢) 時，會產生 X-ray 光子。這些光子來自於：

1. 軔致輻射 (Bremsstrahlung Radiation)：入射電子因受原子核電場影響而減速，發射出連續光譜的 X-ray。
2. 特徵輻射 (Characteristic Radiation)：入射電子與靶材內層電子(殼)層發生碰撞，產生離散特徵能量的X- ray。

當 X-ray 穿透並圍繞樣品時，偵測器會接收來自不同材料的吸收與散射訊號，形成陰影影像 (Radiographic Image)。影像的明暗對比取決於材料的 X-ray 吸收率，吸收率低的區域顯示較亮，吸收率高的區域則較暗。不同的 X-ray系統參數亦會影響影像品質與 IC 所承受的輻射劑量，以 2D X-ray 和 3D X-ray 兩種分析為例，前者為單一角度成像，劑量較低，但可能受多層結構遮蔽影響；後者透過多角度掃描重建 3D 影像，可減少結構遮蔽效應，提高驗證準確性，但也因此增加輻射劑量。

針對功能性 IC 的輻射影響分析，表 2 定義了不同設定下的臨界最大劑量 (Critical Maximum Dose)。為確保 IC 在 X-ray 檢測過程中不會超過 TID 極限值，透過適當調整 X-ray 系統參數 (如降低電壓、縮短曝光時間、選擇合適的掃描方式)，皆可有效降低輻射劑量，並減少 IC 因驗證而導致的電性劣化風險。

X-ray 輻射劑量的測量

X-ray 劑量儀這麼多種，我們該如何選擇呢？為達成精準測量 X-ray 劑量的目的，需要 X-ray 檢測系統來產生穩定的輻射，以及X-ray劑量儀來精確測量劑量率。應選擇符合關鍵參數的 X-ray 系統來模擬典型的 X-ray 檢測條件。表 3 顯示劑量儀的類型。

游離腔和基於半導體的劑量儀為主動設備，可測量輻射引起的電流，因此能即時讀取劑量。而基於發光的劑量儀則是被動設備，會將劑量儲存於設備中，需要經過溫度或光的後處理才能測量劑量，且照射後無法立即讀取資料。因此，使用以發光為基礎的劑量儀時，建議在常溫和正常自然條件下儲存，保護其免受高溫和紫外線影響，並減少儲存與運輸時間，因為這些因素皆會影響劑量的準確度。若已知環境條件會影響劑量儀反應，則應對測量結果進行校正。額外的參考劑量計可用來監測由於不必要或雜散效應所產生的劑量，並將其從 X-ray 校準所用劑量計的讀數中扣除。同時，應考慮能量範圍內的讀取器校準。ISO/ASTM 51956 標準，例如：《練習輻射加工使用熱釋光劑量測定系統 （TLD系統）》，可作為指導方針。

總電離劑量 (TID) 特徵測試程序

圖 4 為 X-ray 總電離劑量 (TID) 測試流程示意圖。可以執行兩種特徵分析模式，並記錄在摘要報告中。第一個是超出供應商極限值的特徵，第二個是故障極限值的特徵。

1. 供應商極限值：

這是供應商設立的一個輻射劑量的最大限度，指的是元件在接受 X-ray 輻射的過程中能夠承受的最大劑量。在這一過程中，測試會根據預期的最嚴重輻射情況來設定測試參數。如果在測試中需要返工或進行進一步檢查，這段時間的曝露時間也必須計算在內，不能超過設定的供應商極限。

2. 故障極限值：

這是指在經受輻射後，元件可能會出現故障的最大輻射劑量。透過對元件的測試，根據「第一個故障參數」來判定，這有助於確定元件在最大輻射劑量下是否仍能正常運作。

X-ray 輻射總電離劑量 (TID) 測試最終報告有哪些內容呢？

X-ray 輻射總電離劑量 (TID) 測試的最終報告必須從典型批次的樣品中隨機選擇若干樣品，並包含未遭受輻射的對照樣品。最終報告應包含以下內容：

1. X-ray 系統描述，包括：
   • 設備、供應商、型號、X-ray靶材類型
   • X-ray的設定和劑量率
   • 如果使用濾光片，濾光片的材料與厚度
   • X-ray燈管與測試元器件之間的距離
   • 相對於X-ray源的方向
2. X-ray劑量儀的描述：包括供應商、型號、劑量率測量範圍，以及精度範圍的對應公差。
3. 元器件的描述：包括製程節點 (電子元器件之特徵)、產品名稱、批號、日期代碼等。
4. 封裝類型和熱界面材料類型 (如果有)：如果為非封裝單元（裸晶片或晶圓級）或無蓋/封裝已開蓋(解封裝)，則應註明。
5. 已測試的元器件總數：包括對照 (未遭受輻射) 的元器件數量。
6. 電氣測試所使用的環境溫度。
7. 在描述時間效應的影響的情況下，曝露與讀出之間的時間間隔與退火條件。
8. 每個測試元器件遭受輻射的X-ray總劑量：
   • 空氣中的劑量。
   • 材料中的劑量 (如適用)。
   • 從空氣到材料的劑量轉換因子 (如適用)。
   • 特徵模式：故障極限值或供應商極限值。
9. 電氣測試的結果。

小結

針對金屬氧化物半導體（MOS）、雙極性元件（Bipolar）、非揮發性記憶體（NVM）、快閃記憶體（Flash Memory）／電子抹除式可複寫唯讀記憶體（EEPROM），以及動態隨機存取記憶體（DRAM）等元件，若您擔心在進行 2D／3D X-ray 檢測時可能因寄生輻射導致提早失效，可透過「寄生輻射劑量沉積驗證平台」進行事前驗證。宜特作為 JESD22-B121 標準的 JC 14.1 技術委員會成員，採用高靈敏度 TID 劑量量測技術，依據標準流程精確量化 X-ray 特定條件下的輻射影響，並協助工程師判斷是否超出 IC 設計容許範圍，作為是否進行後續檢測與分析的重要參考。

本文出自 www.istgroup.com

一段來自春秋戰國的故事

介紹這個成語，先要簡單談談周朝的歷史。

周武王建立的周朝，傳到周幽王，已是第 12 代。周幽王寵愛褒姒，做了不少糊塗事，弄得國家亡了，自己被殺。繼位的周平王，把國都從鎬京（今西安）遷到雒邑（今洛陽），史稱東周。遷都以前，史稱西周。

東周分為兩個階段，前期稱為｢春秋」，後期稱為｢戰國」。春秋時，周王仍有天下共主的名義，但已不能號令各諸侯國，於是北方邊疆民族開始騷擾中原。齊桓公在大政治家管仲的輔佐下，提出｢尊王攘夷」（尊崇周王，排除夷狄）的口號，藉以號令其他諸侯國，成為春秋時期的第一位霸主。齊桓公之後，還有四位霸主，史稱春秋五霸。

齊桓公提出的尊王攘夷，不只是個口號，還付諸行動。西元前 663 年，北方的孤竹國入侵燕國。燕國向齊國求援，齊桓公親自率軍出征。去的時候是春季，打敗孤竹國時已是冬季，從春暖花開到地上積雪，由於景物變化太大，以致找不到去時的道路。

大家正在不知所措的時候，管仲對齊桓公說：｢主公不要憂慮，據說老馬認識走過的路，讓我們試試吧。」於是挑選了幾匹老馬，讓牠們在前面行走，軍隊跟在後面，果然找到去時的道路。這個故事就是成語老馬識途的出典，記載在《韓非子》這本書上。

 因此，老馬識途的含意，比喻有經驗的人對事情較為熟悉。說到這裡，循例造兩個句吧。

 要不是他老馬識途，我們進入這片森林，肯定迷路。

你老馬識途，這次前往小琉球旅行，就由你帶隊吧。

短期記憶差，長期記憶卻超強

談到這裡，該談談老馬識途的科學意涵了。馬的短期記憶很差，只能維持十幾秒，因此馴馬時，馬犯了錯懲罰牠，可能早已忘記剛才做了什麼。然而，馬的長期記憶卻好得出奇，甚至比人類還要好。馬一旦學會某件事，就會永遠記得。實驗證明，馬可以在十幾年後，仍記得和牠相處過的人呢。

因此馬曾經經常走某一條路，牠是會牢記不忘的。不過由於馬的短期記憶不佳，所以先決條件是：要走過許多次才行。以管仲讓老馬帶路的例子來說，那些老馬肯定曾經在這一帶來來往往。章老師猜想，管仲挑選的幾匹老馬，或許是當地的老馬，而不是從齊國帶去的老馬。

馬的長期記憶力好，還有個故事可以證明。唐代宮廷訓練馬匹跳舞，稱為「舞馬」。西元 755 年，爆發「安史之亂」，叛軍攻陷長安，叛軍首領安祿山看過舞馬表演，擄去數十匹。安史之亂結束後，這批舞馬被唐軍接收，把牠們當成一般戰馬飼養。有一天軍中宴會，鼓樂聲響起，舞馬習慣性地隨著節拍跳舞，指揮官以為是馬怪，命令士兵鞭打，牠們仍然跳個不停，最後竟然被打死了。