用AFM的針頭移動原子

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

• 作者／照護線上編輯部
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「曾經遇過一位三十多歲的產婦，由於前兩胎都是剖腹產，所以第三胎也是採用剖腹產。因為之前的剖腹產並未使用防沾黏醫材，因此在第三次剖腹產時，發現膀胱與子宮已經出現較嚴重的沾黏。」高雄長庚醫院婦產部產科黃坤龍醫師表示，「由於膀胱和子宮的沾黏，手術過程變得更為複雜，醫療團隊需要花費更多時間分離沾黏，且需要小心翼翼地避免膀胱受損。最終手術順利完成，並讓胎兒成功分娩，不過手術時間便拉長許多。」

接受過多次剖腹產的患者更容易面臨術後沾黏的風險，因為反覆手術會增加組織修復過程中形成沾黏的可能性，進而引發骨盆腔疼痛或影響腸胃道功能等問題。黃坤龍醫師指出，「然而，不僅是這些高危險群，年輕的媽媽或其他接受婦科相關手術的女性，也需要注意術後沾黏的狀況。」

術後沾黏主要由手術過程中的組織損傷所引發，因為修復過程中可能伴隨發炎，並促使纖維母細胞增生，進而形成沾黏。這是一種自然的生理過程，不過沾黏的程度會因個人體質而有所不同，某些疾病（如巧克力囊腫、子宮內膜異位）也會增加嚴重沾黏的風險。

術後沾黏可能沒有明顯症狀，也可能讓患者感到腹部不適、脹氣、噁心，少數患者可能出現腸阻塞的狀況，而需要進一步接受手術治療。為了降低術後沾黏的狀況，醫師會在手術過程中盡量減少組織損傷，完成手術後也會清除血塊。隨著科技的進步，目前也有防沾黏醫材可以使用。

很多產婦會向醫師詢問關於沾黏的問題，例如不使用防沾黏醫材會不會影響下一胎懷孕或下一次剖腹產、術後沾黏可能造成哪些併發症等。黃坤龍醫師說，因為手術後的復原過程本身就可能形成沾黏，所以在進行各種婦科手術後，一般會建議使用防沾黏醫材，幫助降低發生嚴重沾黏的風險。

臨床上在選擇防沾黏醫材時，通常會根據以下幾個方面進行評估，包括國際認證與安全性、患者的實際需求等。黃坤龍醫師說，首先會建議採用通過美國 FDA 或歐盟 CE 等國際認證，以確保醫材的安全性及效果。

目前的防沾黏醫材有多種形式，包括膜狀、膠狀、水狀、噴霧型等，每種形式各有優點。一般認為噴霧型防沾黏醫材的覆蓋效果較好，特別是在沾黏區域不規則的情況下。黃坤龍醫師說，若患者曾經接受過多次腹部手術或存在嚴重沾黏的狀況，通常建議使用噴霧型防沾黏醫材，因其能有效覆蓋複雜部位並降低沾黏風險。

「傳統防沾黏醫材是一片膜狀，可以舖在想要覆蓋的區域。」黃坤龍醫師說，「噴霧型防沾黏醫材具有較好的操作靈活性，能均勻地覆蓋表面，對於形狀不規則或難以接觸的部位時會比較方便。」

噴霧型防沾黏醫材除了防沾黏的功能外，還具有部分止血的效果。黃坤龍醫師說，在剖腹產手術中常遇到針孔會出血的狀況，噴灑噴霧型防沾黏醫材後也能幫助針孔止血，減少術後出血的風險。

除了剖腹產手術，其他婦科手術也可使用防沾黏醫材，幫助降低沾黏的發生，減少相關併發症。建議患者在術前與醫師詳細討論，共同擬定合適的治療計畫！

筆記重點整理

• 術後沾黏主要由手術過程中的組織損傷所引發，因為修復過程中可能伴隨發炎，並促使纖維母細胞增生，進而形成沾黏。這是一種自然的生理過程，不過沾黏的程度會因個人體質而有所不同，某些疾病（如巧克力囊腫、子宮內膜異位）也會增加嚴重沾黏的風險。
• 術後沾黏可能沒有明顯症狀，也可能讓患者感到腹部不適、脹氣、噁心，少數患者可能出現腸阻塞的狀況，而需要進一步接受手術治療。為了降低術後沾黏的狀況，醫師會在手術過程中盡量減少組織損傷，完成手術後也會清除血塊。隨著科技的進步，目前也有防沾黏醫材可以使用。
• 臨床上在選擇防沾黏醫材時，首先會建議採用通過美國FDA或歐盟CE等國際認證，以確保醫材的安全性及效果。
• 目前的防沾黏醫材有多種形式，包括膜狀、膠狀、水狀、噴霧型等，各有優點。一般認為膠狀與噴霧型防沾黏醫材的覆蓋效果較好，特別是在沾黏區域不規則的情況下。若患者曾經接受過多次腹部手術或存在嚴重沾黏的狀況，通常建議使用噴霧型防沾黏醫材，因其能有效覆蓋複雜部位並降低沾黏風險。
• 噴霧型防沾黏醫材除了防沾黏的功能外，還具有部分止血的效果。黃坤龍醫師說，在剖腹產手術中常遇到針孔會出血的狀況，噴灑噴霧型防沾黏醫材後也能幫助針孔止血，減少術後出血的風險。

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本文轉載自宜特小學堂〈最新AEC-Q007規範搶先看 車用Board Level驗證手法大公開〉，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！

隨著全球環保政策日趨嚴格，預測 2035 年歐美市場的電動車比例將分別達到 85% 和 70% 以上。為確保電動車使用者的安全，車用電子的可靠度要求也愈發嚴謹。因此，專門規範車用 IC 上板至 PCB 焊點可靠度測試（BLR）的 AEC-Q007 規範正式發布。讓我們快速了解一下AEC-Q007到底包含了哪些內容吧。

儘管目前電動車市場成長幅度已逐漸放緩，不如前幾年增長速度快，但國際能源署（IEA）預測，到2035年，歐美市場的電動車比例將分別達到85%和70％以上。從中長期來看，只要各國持續引入更嚴格的環保規定，電動車市場就會繼續擴大。

而全球汽車電子最高殿堂-汽車電子協會（Automotive Electronics Council，簡稱AEC）近期宣告，已推出 AEC-Q007 規範，正式定義車用 BLR 可依循的驗證標準方向。

AEC 是什麼？

AEC 是於 1990 年由克萊思勒、福特汽車、通用汽車組成的組織，目的是要建立通用的汽車零件可靠度測試方法與品質系統標準。此協會全球僅 93 家為合格會員，皆是全球在汽車各領域翹楚，包括全球前 10 大的 Tier1 供應商 – APTIV、BOSCH、CONTINENTAL、DENSO、MAGNA、ZF 等，以及前 10 大的車用晶片 Tier 2 供應商 -INFINEON、INTEL、NVIDIA、NXP、QUALCOMM、STM、TI 等，而 Tier 3 供應商（也就是協助 Tier 2的服務公司)則包含 TSMC、UMC、GF、Amkor 皆為其成員。）

宜特科技也在 2022 年底正式成為 AEC 會員。

這些規範的主要焦點都是在零件層面進行各種測試。雖然 AEC-Q104 規範中的 Test Group H 提到了板階可靠度（Board Level Reliability，簡稱 BLR），但內容只是提供了一些參考規範，並未詳細說明有關 PCB 和菊花鍊（Daisy Chain）的設計規範。（如果您對這個規範有興趣，可以參考這篇文章：六大重點，秒懂車用多晶片模組AEC-Q104規範）

換句話說，以前的 AEC 文件都是針對零件測試的規範，直到 2024 年 3 月推出 AEC-Q007，才首次真正將零件和印刷電路板（PCB）結合起來，其中建議了 PCB 與 Daisy Chain 詳細的設計規範，並透過 BLR 驗證方式觀察焊點失效的情況。

AEC-Q007 內容所提到的 Daisy Chain 設（圖一），其實就是我們經常聽到的板階可靠度測試，透過零件搭配 PCB，將錫球與 PCB 端設計成導通模式，進而形成迴路以便觀察焊點（Solder Joint）之壽命（延伸閱讀: 板階可靠度測試 Pass 或Fail，PCB 設計居然是關鍵），於測試過程中搭配測量儀器，即時獲得資訊來判斷焊點良率。

與完整的板階可靠度測試相比，AEC-Q007 規範僅聚焦於溫度循環測試 (TCT)下的焊點耐久性，而全面的 BLR 測試則涵蓋了三大應力條件：溫度循環測試 (TCT)、振動測試 (VB)、機械衝擊測試 (MS)。儘管 AEC-Q007 仍有範圍上的限制，但它仍是一個邁向提升汽車電子 PCB 可靠度的重要進展。透過納入 PCB 層級測試，AEC-Q007 可更深入解析元件間的相互作用及失效機制，特別是在熱疲勞條件下的影響，最終提升長期可靠度。

本文宜特科技將以 AEC 協會會員第一手觀察，逐一解析 AEC-Q007 規範中的三大要點：Daisy Chain 設計、PCB 設計和溫度循環測試。

一、驗證前之車用 Daisy Chain 如何設計

AEC-Q007 規範針對不同封裝形式中的 Daisy Chain 設計有個別的介紹，相較於其他國際規範大部分僅以文字帶過，對於初次想要學習 BLR 流程的使用者來說，AEC-Q007 規範非常容易理解與應用。本篇小學堂文章，宜特可靠度驗證分析實驗室，將以市場上較普及的球柵陣列封裝（Ball Grid Array, BGA）進行說明。

AEC-Q007 將 Daisy Chain 設計分成 4 個 Level，設計困難度以 Level 3 最簡易，Level 0 則最複雜，文中也提供建議指南，設計者可依據本身需求來設計 Daisy Chain。

因製程能力不斷提升，單一零件也從以往可能僅包含一顆晶片，逐漸發展到能容納多顆晶片。透過晶片與晶片或基板（Substrate）的層層堆疊，讓零件能擴充更多的 I/O。這些堆疊的晶片透過Solder Joint進行連結，以 BLR 角度來看，應該將零件內部等相似的 Solder Joint 結構一併考慮進來，以達到整體的可靠度，因此在 AEC-Q007 規範中，即針對不同類型零件提出不同的 Daisy Chain 設計建議。

Level 3：透過零件基板（Substrate）的表層（Top layer）佈線，將錫球與PCB進行連結，這是 BLR 驗證最常見的 daisy chain 設計方式，主要可以觀察到零件表層線路、PCB 以及接點 Solder Joint 的異常狀況（圖二）。

Level 2：因 Level 3 設計僅經過基板表層線路，當實際的產品基板線路較為多層複雜時，其可能會無法模擬部分基板失效情況，藉由將原本在零件底部的線路延伸至基板（Substrate）內層 （圖三），可延伸確認是否會因外在應力導致基板內層線路斷裂或脫層。

Level 1：將佈線持續延伸至零件內部，連結內部晶片之表面金屬層，觀察零件內部的Solder Joint（圖四）。就宜特觀察，這種 Daisy Chain 的設計方式被越來越多客戶接受。原因在製程能力提升後，堆疊層數增加勢必讓零件內 Solder Joint 承受更大的熱應力與機械應力。

Level 0：此種設計最為複雜，將 Level 1 設計方式再延伸至內部晶片（圖五），由於牽涉到晶圓設計製程，若使用者選擇 Level 0 設計，成本將會大幅提高。除此之外，BLR 即時偵測設備主要以低阻抗與低電流方式進行快速偵測，但此種設計的內部晶片常產生較高的阻抗，可能因超過偵測設備的規格，導致無法即時偵測，在設計前也須將這些因素考量進去。

二、 驗證前之 PCB 設計

了解零件 Daisy chain 設計後，接下來就要討論 PCB。PCB 設計其實對於BLR壽命也佔了非常大的因素，PCB 層數越多也代表厚度越厚，層數越少則反之。厚與薄是否會影響到測試結果？答案是肯定的。

在溫度循環的環境下，因溫度讓整體產生熱脹冷縮的變化，反覆地針對 Solder Joint 進行溫度疲勞最終產生斷裂。假如 PCB 在熱脹冷縮的過程中，能和零件有一致的變形方向，就能增加其壽命，因此在設計 PCB 時，也建議考慮到與零件的匹配性

延伸閱讀：掐指算出 Warpage 翹曲變形量 速解 IC 上板後空焊早夭異常) 。

AEC 其實也有考量到零件最終使用的環境具備多樣性，PCB 層數與厚度難以固定規格，因此 AEC 不強制要求，讓供應商能以較貼近實際面的方式去設計PCB。對於產品資料蒐集也較具真實性，假若供應商無法獲得 PCB 規格的資訊，AEC 也提出一組 PCB 設計方針可供參考，其中較推薦的是 8 銅層與 1.6mm 的厚度。

三、正式進入車用可靠度測試手法：溫度循環測試

1. 測試目的：了解零件特性 而非通過驗證

當完成零件與 PCB 設計後，接下來就進入測試條件。AEC-Q007 首先提出的驗證方式為溫度循環，這裡先請讀者注意規範中的目的章節，開頭就提到是要蒐集零件 BLR 熱疲勞壽命的分佈數據，這代表此驗證是獲得樣品故障分析資訊，與我們常執行 BLR 驗證條件有些許不一樣。一般 BLR 測試條件，是以500或1000循環為標準，通過此循環即代表產品「通過驗證」；而 AEC-Q007 目的是「了解零件特性」，將資料蒐集做為未來使用者參考。

2.　測試條件：分為 4 級

溫度循環測試條件，參考 AEC-Q100 零件環境工作溫度等級進行分類，總共分為 4 級，最嚴苛為第 0 級。理想情況下，選擇的溫度條件等於或大於預期的應用操作溫度範圍（參考表一）。監控過程與判定方式則是參考 IPC-9701，高低溫駐留時間建議 10~15 分鐘。另外，規範中也提到溫度循環使用設備不應選擇快速升降溫，例如：雙氣槽式溫度衝擊與液槽式溫度衝擊。

3. 測試樣品數

測試樣品準備數量應不小於 50+5 顆（包含故障分析），建議執行到所有測試樣品失效至 63.2%。假如執行一段時間後皆未故障，可停止於 3000 循環。AEC-Q007 有提到除了蒐集故障資訊外，對於已故障的樣品應進行故障分析，並記錄故障位置。針對 BGA 零件規範就定義了 10 種故障位置，若驗證過程未發生故障，也建議於每 500 循環，須將樣品取出進行切片或紅墨水分析。

4. SMT 定義參數

除了零件設計與測試條件，AEC-Q007 對於表面黏著技術（surface mount technology, SMT）也定義了設定參數。由於 SMT 的結果可能會影響可靠度的數據，SMT 後 Solder Joint 內會產生孔洞，孔洞的標準雖然有規範定義，但過大過小都有可能造成後續可靠度數據差異。規範中也建議 SMT 設定參數應接近供應商實際的量產條件，更詳細資訊可參考 AEC-Q007-002。

小結

AEC-Q007 首度跨出零件本體，搭配 PCB 驗證方式進行規範。目前雖然僅有溫度循環驗證方式，但這是因為車用零件在實際應用中會面臨各種溫度挑戰，如戶外環境、高低緯度以及接近發熱區域（例如引擎室）等。相較於消費型零件，車用零件的可靠度需克服更多溫度相關因素，因此「溫度」對於車用零件來說是最需要克服的關鍵因素之一。

宜特可靠度驗證實驗室針對 BLR 長期經驗觀察，Solder Joint 在長時間的溫度環境下，的確可能產生異常現象，AEC-Q007 的撰寫者以溫度為出發點是正確的，尤其是車用零件因考量到使用者安全性，必須更嚴謹看待。接下來，宜特預期 AEC-Q007 會持續提出其他的驗證項目，例如：機械衝擊、振動、濕度測試等等，以建置完整的驗證流程。

本文出自 www.istgroup.com