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微機電元件設計與製造教學與研究整合計畫

本计划书旨在整合屏东科技大学的微机电元件设计与制造相关学科，提升学生在微机电领域的理论与实操能力，形成教学与研究的特色中心。此外，文档详细介绍了计划的执行报告、研究团队、目标、现状及经费需求，反映出微机电技术在现代产业中的重要性与市场潜力。

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九十五年度技專院校發展學校重點特色暨推動技專院校整合專 案計劃 94 年度計劃執行報告暨 95 年度計畫書 申請項目: 發展學校重點特色 計畫名稱：微機電元件設計與製造教學與研究整合計畫 申請學校：屏東科技大學 主持人: 單位 工學院院長室 職稱 院長 姓名 戴昌賢 教授 電話 (08)7740431 傳真 (08)7740448 聯絡人: 單位 環境工程與科學系 職稱 教授 姓名 薩支高 電話 (08) 7740137 1
傳真 (08) 7740395 e-mail: jsah@mail.npust.edu.tw 修 正 日 期：中華民國九十五年四月二十日 2
計劃內容大綱 Part I: 94 年度計劃執行報告 Part II: 95 年度計畫書 壹、微機電元件設計與製造教學暨研究特色實驗室 …………………… - -3 貳、主要執行人力 ………………………………………………………… 3 參、背景及現況 …………………………………………………………… 5 肆、計畫目標 ……………………………………………………………… 20 伍、發展重點特色項目 …………………………………………………… 25 3
陸、現有軟硬體設施概況 ………………………………………………… 27 柒、具體內容及配合措施 ………………………………………………… 37 捌、充實軟硬體設施 ……………………………………………………… 47 玖、實施進度與分工 ……………………………………………………… 50 拾、經費需求及來源 ……………………………………………………… 51 拾壹、研究團隊之實驗室與 主要研究成果 ……………………………… 60 拾貳、預期成效及影響 …………………………………………………… 84 拾參、觀摩與展示活動規劃 ……………………………………… ……… 86 附錄一、微機電元件設計與製造教學暨研究特色實驗室管 理辦法 …… 89 4
附錄二、微機電元件第一年研究團隊研究成果 ………………………… 90 附錄三、計畫第一年所購置之儀器設備說明 …………………………… 94 附錄四、微機電元件設計學程之規劃 …………………………………… 96 Part II: 95 年度計畫書 壹、微機電元件設計與製造教學暨研究特色實驗室 微機電元件設計與製造教學暨研究特色實驗室為本校工學院之發展重 點之一，主要希望朝向微機電元件之教學與研製方面，整合本校工學院現 有之材料工程研究所、機械工程系、車輛工程系、環境工程與科學系、土木工 程系與生物系統工程系等相關科系中之師資，成立微機電元件教學研究中 心，以期使學生對微機電元件理論、 設計與製造有深入之了解，於教學、設 計、與研發之各領域能同時提昇，而成為屏東科技大學工學院之教學特色。 5
教學部分已進行微機電元件學程，藉由基礎學理之教授，並搭配相關 實習課程，而達到培養具實作能力的技專校院學生。於研究方面，本計畫 之研究團隊已架構完成，藉由整合校內外之人力與硬體資源、以及此專案 整合計畫多年之相關補助，達到充分且有效運用原本分屬各單位或實驗室 之主要儀器，經由跨校、跨系之合作與支援，而使個別教師與整體團隊之 研究能量充分發揮，最後得以提昇本校與技專校院的整體研發成果。 貳、主要執行人力 類 別 姓 名 申服務機關/系所 職 稱 備 註 計畫主持人 戴昌賢 國立屏東科技大學 教授 工學院院長 車輛工程系 共同主持人 薩支高 國立屏東科技大學 教授 系主任 環境科學與工程系 共同主持人 陳瑞仁 國立屏東科技大學 教授 環境科學與工程系 共同主持人 葉桂君 國立屏東科技大學 教授 環境科學與工程系 共同主持人 張國慶 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 林傑 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 李嘉塗 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 廖秋榮 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 許正一 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 陳庭堅 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 王萬拱 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 6
共同主持人 郭文健 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 黃益助 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 邱瑞宇 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 林耀堅 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 黃武章 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 謝季吟 國立屏東科技大學 助理教授 環境科學與工程系 共同主持人 余伍洲 國立屏東科技大學 助理教授 環境科學與工程系 共同主持人 趙浩然 國立屏東科技大學 助理教授 環境科學與工程系 共同主持人 謝連德 國立屏東科技大學 助理教授 環境科學與工程系 共同主持人 黃國琳 國立屏東科技大學 助理教授 環境科學與工程系 共同主持人 陳冠中 國立屏東科技大學 助理教授 環境科學與工程系 共同主持人 傅龍明 國立屏東科技大學 助理教授 材料工程研究所 共同主持人 陳文照 國立屏東科技大學 教授 所長 材料工程研究所 計畫聯絡人 姓 名 ： 薩 支 高 電 話 ： （ 公 ） （ 08 ） 7703202 轉 7084 通訊地址 屏東縣內埔鄉 91201 學府路 1 號 國立屏東科技大學 傳真號碼 （08）77402 E-mail jsah@mail.npust.edu.tw 56 參、背景及現況： 7
2003 年行政院提出「六年國家總體建設計畫」，其中最受矚目的 「兩兆雙星」產業政策，明確勾勒出我國新興產業政策方向。而目前及未 來國家發展的重點主要為「奈米科技「生物科技「航太「光電」 」 、 」 、 」 、 及 「半導體」等領域皆與微奈米科技有相當密切的關係。顯見微奈米之高科 技產業已成為 21 世紀產業發展的主流。為了加速提升微奈米科技相關 產業所需之技術及人才，政府結合產官學研各界積極的投入，期能整 合各界之助力，營造產業良好的競爭實力及掌握發展之契機。 材料科學屬於基礎科學和應用工程間的橋樑，包括材料設計 (含 合成、配方)、製程、加工／處理、檢測評估、保固、利用等技術，在各項系 統產品之設計、製造、生產過程中均扮演著不可或缺的角色。往往新素 材的出現和使用才促使技術革新，並孕育成新產業。可說深深影響整 個經濟和社會之發展；同時，材料技術的突破又提供新材料的研製和 開發嶄新的條件和契機。但是，任何國家的天然物質和人力資源均屬 有限，因此環保產業為適應社會之需要而誕生。環境保護科學與工程 與各產業間應是彼此唇齒相依地成長、茁壯。任何足以嚴重傷害環境利 益的產品與行為，在未來二十一世紀恐怕無法長遠存在。 由於工業產品朝向輕薄短小的發展趨勢，3C 產業之蓬勃發展以 及未來充滿生機之生技產業崛起等因素，導致近年來工業界對微機電 元件日益重視。事實上十微米(μm)至數亳米(mm)尺寸之二次元/三次 元微小元件已被廣泛應用，如各式微細噴嘴、鏡片、微感測器、微馬達、 微齒輪、微致動元件、紡口、光纖管套、生物晶片、訊號處理機及微引動 器等；其應用領域極為廣泛，包括室內外環境監控(如圖一所示)等等 製造業、自動化、資訊與通訊、航太工業、汽車(如圖二所示)、精密量測儀 8
器、交通運輸、土木營建、環境保護、農林漁牧、 產業、 3C 生技/醫療福祉 (如圖三所示)。目前微機電元件應用市場如表一所示，至 2003 年全 球共計有 343 億美元之市場需求。其未來新興市場預估如表二所示， 至 2003 年全球已具有 42 億美元之市場需求。而依據 NEXUS 的預 估，2005 年全球微機電元件的市場規模將成長至 700 億美元。 微機電元件 （Micro-Electro-Mechanical Device），是一 種涵蓋許多應用領域的技術，包括機械、電機、材料、化學、物理、光學、 生醫……等。它是繼電子元件與系統微小化對人類生活造成革命性影響 之後，試圖將機械元件或系統也微小化，甚至也進一步在光學、生醫、 化學、環境及其他的各類感測器、致動器與儀器設備等微小化，所以可 預見未來微機電系統將對人類社會產生另一波重大的影響。在現代尖 端科技產品逐漸強調輕、薄、短、小的需求之下，微機電技術將成為不 可或缺的功臣之一，特別是強調整合不同領域之特性，希望能達到積 體化、高效率化、智慧化、低成本化、可量產化和高附加價值之目標。因 此屏東科大工學院之發展重點之一，主要希望朝向微感測器之研製方 面，並整合現有之材料工程研究所、機械工程系、車輛工程系、環境工 程系與生物系統工程系等相關科系中之師資，成立微感測器教學研究 中心，以期能由微感測學之製造到各方面的應用都能兼顧使學生能對 微感測器之製作應有深入之了解並成為屏東科技大學工學院之教學特 色。 9
室內空 空調 氣品質 有害 燈光 氣體 舒適性 感測器 控制 警告 安 火災 控 制 全 警報 家電 感 感 產品 緊急 測 測 警報 器 機械 外物 設備 入侵 警報 監測 感測器 生物 , 監測 醫療氣 功能 候條件 圖一、智慧型建築感測器系統 圖二、汽車上所使用的微感測器 10
b c a、微陣列（呈色後影像） d e 圖三、利用微機電製程技術製作之微陣列晶片 表一 目前微機電元件的應用產品 1998 年 2003 年 產品名稱 數量（千個） 金額（百 數量（千個） 金額（百萬美 萬美元） 元） Hard disc drive 530,000 4,500 1,500,000 12,000 heads Inkjet printer 100,000 4,400 500,000 10,000 heads Heart pacemakers 500 1,000 800 3,700 In vitro 700,000 450 4,000,000 2,800 diagnostics Hearing aids 4,000 1,150 7,000 2,000 Pressure sensors 115,000 600 309,000 1,300 Chemical sensors 100,000 300 400,000 800 Accelerometers 24,000 240 90,000 430 Gyroscopes 6,000 150 30,000 360 Magnet resistive 15,000 20 60,000 60 sensors Totals 13,033 34,290 11
表二 微機電元件產品之新興市場 1998 年 2003 年 產品名稱 數量（千個） 金額（百 數量（千個） 金額（百萬美 萬美元） 元） Drug delivery 1,000 10 100,000 1,000 system Optical switch 1,000 50 40,000 1,000 Lab on chip 100,000 1,000 Magnet optical 10 1 100,000 500 heads Projection valves 100 10 1,000 300 Coil on chip 20,000 10 600,000 100 Micro relay 0.1 50,000 100 Micro motors 100 5 2,000 80 Inclinometers 1,000 10 20,000 70 Injection nozzles 10,000 10 30,000 30 Anti collision 10 0.5 2,000 20 sensors Electronic noses 1 0.1 50 5 Totals 107 4,205 微型感測器為微機電系統中之一大重要元件（圖四），藉由其感 測環境或特定位置之物理量（例如溫度、壓力、溼度、流量、氣體濃度 等），輸出類比訊號進入微控制器，微控制器將類比訊號轉換為數位 訊號後進行運算與處理，進而決定微致動器參數並驅動微致動器。從 1998~2008 年，微感測器的全球市場產值正以每年 4.5％成長率持 續成長，預計到 2008 年將會有美金 506 億的產值產生，實為一不 可忽視的新興工業部門（圖五）。與傳統控制系統不同之處為微機電系 統外形輪廓尺寸在毫米至微米等級（10-3m~10-6 m），可擷取極小 區域或位置之物理量，對聲、 電、 磁、 光、 熱、 運動等資訊進行感測、識別、 12
控制和處理。近十年來，微機電技術已被廣泛應用在日常生活中，如硬 碟機的讀取頭、汽車胎壓計、汽車安全氣囊之加速度感測器、助聽器及心 律調整器、噴墨頭以及數位顯示設備等，都是發展成熟的微機電系統產 品。 圖四、微機電系統架構圖 本學院延續自屏東農專時期，現有科系之設備正慢慢地從傳統式 之老舊儀器逐步更新，但隨著近幾年的科技突進，實無法跟進其快速 變化腳步，且更無法因應國內科技產業升級和新興技術新趨勢發展所 需的人才訓練之用。因此，當全球正以新興的微奈米科技開始進入初始 開墾的時期，本學院也得搭上此高速科技列車，並以更宏觀的全球視 野規劃整體中長程計劃，購置高科技儀器而能讓本學院之學生接受一 系列的新興科技訓練，以利將來投入職場，協助產業升級。 13
圖五、 2008 年全球感測器市場發展預測（Intechno Consulting, 1999） 微機電元件設計與製造涵蓋許多相關產業，也包含許多關鍵性技 術的開發，且需要有足夠的科技經驗的累積才能克服，如圖六及表三 所示，因此本計畫必須集合本校相關系所才能順利完成，也可以藉由 此一計畫整合校內資源，包含先前教育部的半導體製程設備教學提昇 計畫實驗室（機械系 2001~2003）及教育部的奈米製程研發中心計 畫實驗室（機械系 2004）之資源的整合，使資源能充分的運用，並 可促進不同系所教師間交流與合作，讓各教師之研究能量能更加的提 升，此外本計畫也希望對下列各項進行教學研究，其中包含傳統式室 內（揮發性有機物(Volatile Organic Compounds，VOC)）之量測系統架 構技術及金屬鍍膜技術（濺鍍、蒸鍍等）整合本校相關系所成立一微感 測器製程技術及室內環境檢測中心。承蒙貴部厚愛，已於 2005 年通 過本計畫第一年的申請，並原則同意補助本計劃三年之經費。 14
微 機 電 元 件 設 計 與 製 造 技 術 系統技術 材料效應 微技術 系統概念 各種材料 信號及資 光纖 靜電力 訊處理 層技術 壓電效應 系統設計 微力學 電磁場 與模擬 微電子 磁限及電限 系統測試 微光學及 形狀記憶 及診斷 積體光學 效應 連接技術 微成型 生物及化 封裝技術 微流體 學效應 標準化 圖六、微機電元件設計與製造所涵蓋之技術關聯圖 15
本計畫的第一年將重點放在微感測器及生物晶片之設計與製造上。而 今年則朝向將微感測器的設計與製造成果使用在日常環境中的監控應用。 微感測器，若依據能量領域(Energy domains)來分，可分成六大領域， 其 分 別 是 電 (Electrical) 、 熱 (Thermal) 、 輻 射 (Radiation) 、 機 械 (Mechanical)、磁性(Magnetic)、生物(化學)(Bio(chemical))。以生 物感測器為例，其作用原理之說明如後所述。各種生物感測器與生物檢測 系統是以生體機能性材料(Bio-functional material)配合電化學裝置(Electro- chemical device)組合而成的檢測系統，其主要的原理與構成是以在生物機 能性膜上進行生物催化反應，生成的化學物質、光、熱、聲波等信號，分別 以電極或半導體、熱變電阻器、光子計數器、聲波檢測器等，使其轉變為電 氣信號再以電子裝置進行檢測與紀錄，並連線設計成為自動化檢測系統， 其基本組成如圖七所示。雖然生物感測器具有廣泛的應用範圍，但商品化 成功的案例不多，主要問題在於生物機能性材料合成及信號轉換系統等兩 方面進行。 生物機能性材料方面 : 首先必須克服生物性材料的脆弱性與不安定性，在維持其暨有的特 異選擇性的同時，又能改善其安定性與靈敏度，下面說明本計畫第一年 已執行之具體研究項目: (1) 利 用 蛋 白 質 工 程 技 術 ， 以 位 置 導 向 變 異 法 (site-directed mutagenesis)進行 胺 基酸置換，增進對蛋白質安定性機制的了解，以促 成更安定蛋白質之生產。 16
樣品中的干擾物 被固定化的生物活性物質 (酵素、抗體、抗原、 胞器、微生物、組織) 發生專一性 反應 固定化生物活性物質的擔體 專一性的生化反應信號 Sensing layer 信號轉換器:各式電極、 壓電晶體、 光學裝置、 熱變電阻器、 FET、 ISFE等 可以量測及判斷的反應信號 放大器及信號處理系統 待測物的資料輸出(包括:種類、濃度等) 圖七、生物感測器組成示意圖 生物機能材料合成：可由下面方法著手。 17
(2) 特 異 生 物 膜 的 遴 選 ， 生 物 膜 上 存 有 各 種 化 學 受 體 (chemoreceptors)，對毒物、藥物具有選擇辨別之能力，若能了解其運作 機制，就可作為生物感測器的選擇性識別部位。 (3)開發具有活化性的單源抗體(catalytic monoclonal antibody)，單 源抗體分子具有良好識別能力與安定性，若能賦予催化活性，則能成 為生物感測器之絕佳生體機能性材料。 信號轉換系統方面： 一般常用的信號轉換器材包括各式電極、離子選擇性電場效應電晶 體、光電管、聲波計數器、熱變電阻器、壓電裝置及光纖等。 (1)電化學生物感測器技術(Electrochemical Biosensor): 例如酵素電極生物感測器，以電流方式測定溶液中葡萄糖濃度 ， 加快反應時間是本項技術的重要挑戰。 (2)半導體離子感測器: 應用不同的離子感應膜可以感應出不同的離子，如 Na+、 +、 2+ K Ca 等;超小型、多功能化及應答快速，是本項技術的研發重點。 (3)光纖生物感測器(Fiber-optic biosensor): 應用固定化一層適當的指示劑材料(如生物螢光物質、化學螢光物 質或染料)，當測定溶液內發生生化反應時，指示劑材料即發生 光學訊號，量測其變化即可測定出反應的種類。光纖感測器所需 技術包括:橢圓鏡技術、內部反射技術、漸逝波技術、光散射與折射 指數量測、表面薄膜共振技術及螢光偏極化技術。 (4)壓電晶體生物感測器: 18
在壓電晶體電極面上固定化一層生物分子辨識薄膜，即可用來 偵測相對應的化合物，如抗體體抗原、酵素素基質、激素素受體等，另 外，人工鼻亦是利用多陣列壓電晶體感測器所開發出的感測器;對於 結合特性生物辨認分子的壓電晶體感測器亦是未來努力目標之一。 生物晶片應用方面： 生物晶片是泛指採用半導體策略於生物性分析所產生的微小化裝 置，也就是將傳統大型的分析、檢驗等器具，予以微小化、積體化以及平 行多工化。生物晶片通常以矽晶片、玻璃或高分子為基質，以微小化技術 整合生物有機分子(如核酸或蛋白質)為生化探針，用來檢測或分析生物 性分子。生物晶片的體積小、反應快速並且能夠平行分析大量生物資訊， 因此適用於生化處理、分析、檢驗、新藥開發及環境監測等用途上。 微感測器在建築物室內的應用方面，其中包含甲醛、揮發性有機化 合物 VOCs(Volatile Organic Compounds)等的監控及智慧型 的微型氣象站的應用等等。在現代室內建材與家具中會釋出甲醛與 VOCs，其來源多半來自建材的生產、裝修以及清理過程所使用的有 機溶劑、黏著劑、填縫劑以及清潔劑等，該揮發有機物於室內空間中慢 慢逸散出來，直接影響室內人員的健康，很容易造成人體病變與環境 荷爾蒙錯亂，Wu, Li, Lee, Chiang 與 Su 等人曾發表我國辦公室 建築室內甲醛風險評估（Indoor Air, 13:1-5, 2003, 如圖八所示） 之調查，顯示國人遭遇甲醛致癌風險值高出可接受範圍約 100 倍，因 此微感測器在建築物室內的應用方面有其必要性的存在。表四為作業場 所幾種常見 VOC 的建議曝露值，我們將在本年度計畫中，將相關數 19
值的生物毒性反應值測出。以確定國人受室內 VOC 物質威脅的風險。 表四.國內作業場所 VOCs 曝露建議值 八小時日時量平 短時間時量平均 最高容許 生物指標 均容許濃度 容許濃度 濃度 BEIs TWA STEL CEILING 二氧化碳 10ppm(皮膚) 15ppm(皮膚) - - 二氧化硫 2ppm 4ppm - - 甲苯 100ppm(皮膚) 125ppm(皮膚) - 血液中甲苯 0.05mg/L 尿中 鄰甲酚 0.5mg/L(B)尿中 每克肌酸酐含馬 尿酸 1.6g(B、Ns) 甲醛 - - 1 ppm(瘤 - Indoor Air , 13:1-5, 2003 圖八、我國辦公室建築室內甲醛風險評估結果 20
從上述中可以很明顯地發現，其整個機制正是各領域的結合，且 其應用範圍相當廣泛。也因其應用範圍十分廣泛，近年來深受國內外產 官學研各界的重視，而行政院農業委員會又於 93 年度起所推動『屏東 生物科技技術園區』已陸續開始動工興建，未來最高容納廠商數預定 為一百二十家，預估十年後園區年度產值至少可達一百八十億元，為 南臺灣創造八千名就業機會。因此，不管是從教學、訓練或是研究的角 度來看，投入本前瞻性技術的研發與推廣，都有其絕對的必要性。當然， 本計劃的終極目的在於希望能將微機電元件之設計與製造技術提升， 在搭配相關的課程情況下每年能為國內微機電元件之設計與製造技術 等尖端產業培養出數百名以上的優秀專業人才，而能提昇國內高科技 的全球競爭力。 回顧本校校史，本校自創校以來，於農業教學研究方面，有著長 久的歷史，其中於農業生物技術方面之研究發展更廣受各方肯定 ;另外， 本校自民國八十年設立工學院，現已有機械工程系、水土保持系、環境 工程系、土木工程系、車輛工程系及生物系統工程系、材工程研究所及生 物機電研究所等八個系所，並分別於材料科技、機電整合、光電、感測、 生物系統技術及環境科學等方面，積極進行教學與研究，並陸續建立 多項研究設備與成果。因此，若能結合各系所資源，一方面利用現有資 源分享的工程分析軟體及相關硬體設備，充分利用有效資源進行進行 模擬研究分析，另一方面則須突破現有實驗設備之限制，進行實物的 感測、檢測與驗證。因此，一些較先進及精密的主體微機電元件設計與 21
製造及生物感測設備及相關環境測試與檢測配備，則為本計劃不可或 缺之設備。 本年度計畫擬結合本校工學院環工系所系所之專業人員組合一團 隊，並配合學校中程發展計劃之機電整合規劃，針對微機電元件之材 料、機械與環境環境分析作整合性之研究。同時，並藉由整體整合之微 機電元件技術基礎，可再進一步地跨入奈米科技及更微細之生物醫學 領域而為本世紀之人類打開更微妙的分子世界的大門，引領科學進入 另一個奇特的微觀邊緣領域。由於貴部第一年經費之挹注，目前研究順 利進行，很快地即將邁入第二年的室內空氣及飲水方面的監測應用。希 望能順利獲得相關經費協助，以利相關設備及教學研究的採買及改善 工作進行。 22
肆、計畫目標： 本計畫結合全校與微機電元件製造、量測技術與應用相關教學與研 究的各所系科和教師在材料工程研究所成立「微機電元件設計與製造 技術」共通實驗室，此實驗室之投入與產出於各方面之應用如圖九所 示。 行政資源 生醫技術 (生物系統工程系) 系統技術 (獸醫學系) (車輛工程系) 汽車技術 微機電元件共通實驗室 (車輛工程系) 微技術 建築物之室內環境技術 (機械工程系) (木材科學與設計系) (材料工程所) (成大建築系) (樹德科大室內設計系) 環境技術 (環境工程系) 材料 (食品科學系) (材料研究所) 製程工程 屏科大 (材料研究所) 相關系所 (大葉大學機械系) (中山大學機電系) 圖九、微機電元件共通實驗室投入之相關系所與技術 在第一年計畫中已由車輛工程系將提供系統技術及評估微機電元 件於汽車上使用之特性、材料工程研究所將提供微機電元件製程技術 及材料選用、機械工程系將提供微製程技術。未來一年中，環境科學與 工程系相關研究人員將評估微機電元件於室內空氣環境上使用之特性 23
及監控等之精確與精密度評估。當然，第一年的相關研究人員將提供 sensor 製造等支援。 最終目標是成立 ”微感測器製造及測試中心”及“室內空氣微 量污染物檢測中心” 並通過國家認證。現階段，此實驗室之產出可提 供材料工程研究所、車輛工程系、生物系統工程系、機械工程系、環境科 學與工程系、獸醫學系、食品科學系、木材科學與設計系及本校各所系 中心與微機電元件設計、製造、量測技術與應用相關之課程教學與研究 使用。另外本實驗室亦可提供產官學研合作計畫及學術科專研究使用， 目前本校已獲取國科會部分計畫在此方面的投入；此外本實驗室亦可 提供短期訓練課程與推廣教育之使用。 為能建立本校微機電元件設計與製造技術整合性特色之教學與研 究實驗室。本 計畫 第 一年以由本校工學院院長戴昌賢教授親自主 持，材料 工程研究所陳 文照所長執行行政推動及督導工作， 在車 輛工程系陳立文主任、環境科學與工程系薩支高主任、獸醫學系廖明輝 教授、機械工程系吳德和教授、食品科學系劉展冏副教授、木材科學與 設計系林芳銘副教授、生物系統工程系蔡循恆助理教授及相關教師共 同參與執行。第二年計畫中仍由院長戴昌賢教授親自主持，由本校 環工系的所有教授群投入相關研究與課程改善計畫。 本計畫的目標在教學課程方面將進行規劃「微機電元件學程」，於 基本學理知識傳授外，同時強調相關實習課程以達成培養具有實作能 力的學生。在教學設施方面則以新建立的 「微機電元件設計與製造特色 實驗室」及「住家環境安全評估實驗室」為基礎，並整合半導體製程設 備教學提昇計畫實驗室（機械系 2001~2003 教育部補助）及奈米 製程研發中心計畫實驗室（機械系 2004 教育部補助）之資源，並配 合去年新建立的「精密機械加工區「材料試驗室「微流體生醫晶 」 、 」 、 片 實驗室」 、 「薄膜實驗室」 、 「半導體實驗室」及原有的 「分子病毒學暨生物 24
技術實驗室「食品分析檢驗實驗室「室內人因環境實驗室「計 」 、 」、 」 、 算 流力及風洞實驗室「微感測器分析實驗室」 、 」 、 及「環境科技研究中心 」 ， 以形成完整而具有特色的微機電元件設計、開發與製造的人才訓練中 心。 而在研究方面，本計畫的目標在架構一個完整的微機電元件研究 團隊，涵蓋設計、模擬、製造、測試、 檢驗及封裝等非常完整的研究團隊， 並藉由此一計畫整合校內的資源，將現有的各實驗室之主要儀器設備 充分的運用，再加上此計畫所能提供的資源，架構一個以「微機電元 件設計與製造特色實驗室」為中心並可互相支援的特色研究中心（如 圖十所示），並達到跨院合作目的，讓各教師之研究能量能更加的提 升。 25
國立屏東科技大學 半導體製程設備教學實 驗室及奈米製程研發中 心 國立屏東科技大學 國立屏東科技大學 微流體生醫晶片實驗室 薄膜實驗室、半導體實驗 室 國立屏東科技大學 微機電元件設計與製造特色 國立屏東科技大學 實驗室暨住家環境安全檢測 國立屏東科技大學 分子病毒學生物技術實驗 中心 微感測器分析實驗室 室、生物檢測實驗室 圖十、參與本計畫之研究中心與實驗室合作架構圖 國立屏東科技大學 國立屏東科技大學 環境科技研究中心 計算流力及風洞實驗室 國立屏東科技大學 木質建材性能實驗室 國立成功大學 永續健康建築實驗室 (策略聯盟成開放實驗 26
另外，以往學生通常均只熟悉本科系之專業，對於其他領域之專 業知識大都沒有深入或是接觸不多。因此，為因應產品整體發展及整 合效果之需求，產業界對於跨領域之微機電元件整合人才之需求已是 時勢所趨不可避免。本計畫之執行除了培養微機電元件的設計、製造與 應用開發的人才外，同時也加強學生在材料分析、微精密加工、半導體 製程、生物科技及環境監控上的應用知能與技能，培育學生成為專業 之設計及分析之人才。因此有關微機電元件製程儀器及生物科技檢測 之訓練、實作，甚至成為可立即上線的技術專才，都是本計畫教學訓 練所考慮之重點，且是迫切需要加強及改進之處。為即將開始運作的 『屏東生物科技技術園區 』添加優秀的人才。 總而言之，在所規劃的 微機電元件設計與製造共通實驗室 』 『 符 合本校有關研究基礎與發展方向宏觀下，將以此特色實驗室為基礎， 陸續成立 ”微 感 測 器 製 造 及 測 試 中 心 ”及“室 內 空 氣 微 量 污 染 物 檢 測 中 心 ” 並通過國家認證，在培訓優秀人才及提升教師之研究能 量下，並持續推動求新求突破之科技教學與研究計畫，提出最具前瞻 性之重點特色項目。 27
伍、發展重點特色項目： 承上所言，為因應技職教育多元化及精緻化的目標，本計畫所提 的重點特色即是以培養微機電元件設計、製造、檢測與應用極需的微機 電製程的人才為主。 擬進行的重點特色項目有： 第一年(已完成) 1. 規劃「微機電元件設計與製造技術學程」，以因應現代產業發展的 趨勢； 2. 建立「微機電元件設計」、 「微機電元件製造」 「微機電元件應用」 與 實 作教學環境，落實微機電元件所需人才實際操作訓練的實習課程， 以提升教學品質； 3. 強化「半導體製程技術「超精密機械加工製程「精密量測技術 」 、 」 、 」 及「生物系統檢測與感測技術」等與微機電元件相關之製程與技術。 4. 增強學生在材料領域上有關材料特性、微機電、奈米科技、材料設計 等方面之能力。 28
第二年到第三年 1. 建築物室內環境有害氣体的監測分析(如一氧化碳、二氧化碳、甲醛 及揮發性有機化合物 VOCs(Volatile Organic Compounds)等的監測分 析) 2. 水與廢水的偵測分析與毒物含量的管制分析 3. 智慧型微型氣象站在建築室內環境之應用 4. 污染物含量的監測分析 5. 危險化學品的監測 6. 增強學生環境奈米、環境毒理等方面能力 7. 公共工程施工現場環境品質監測 8. 民生污水下水道水質品質長期監測 9. 農作物毒化來源分析應用 10.微晶片在交要道空氣品質長期監測 希望能在整個工學院及相關系所的整合之下，發展出真正的特色研究，並 朝學校中程規劃目標前進，而能成為同列於美、 日等先進國家之科技領 德、 先群。 29
陸、現有軟硬體設施概況： 本校工學院除了現有傳統機械工廠之設備，例如:油壓帶鋸機、多功 能熱處理爐、回火爐、鑽頭銑刀磨床、車刀研磨機、鑽床、車床、靈敏鑽床、 高週波爐、精密鑄造設備、陶模鑄造設備、高溫加熱爐、氣體銲接設施、電 弧銲接設施等，能幫助學生一些基本的製程訓練之外，並已逐年由學 校補助成立或是獲教育部補助成立一些較先進之實驗室（半導體製程 設備教學提昇計畫實驗室（機械系 2001~2003），奈米製程研發中 心計畫實驗室（機械系 2004））及由國科會補助之相關實驗設備， 可輔助本計劃之執行，例如: 一.無塵室及黃光室，其擁有下列相關設備與儀器: (1). 光阻塗佈機(Spinner) (2). 光罩對準機(Mask Aligner) (3). 光阻烘箱(Oven) (4). 熱墊板(hot plate) (5). 濕式蝕刻工作台(wet etching Bench) (6). 超音波洗淨機(ultrasonic) (7). 表面粗度儀(Tencor Alpha Step) 30
(8). 濺鍍機(Sputter) (9). 顯微鏡(Microscope) (10). 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM) 二.微流體生醫晶片實驗室 (1). 螢光顯微鏡 (2). 高溫爐及真空高溫爐 (3). 影像擷取系統之高階 CCD (4). 數位積分數據處理系統 (5). 影像擷取系統之 APD and PMT (Photo Multiplier Tube) (6). CFD-RC、Fluent 軟體 (7). 高壓電源供應器 (3000V) (8). 吸排兩用幫浦 (9). 防震光學桌 (10). 濺鍍機 三.精密量測實驗室，其擁有下列相關設備與儀器: (1). 真圓度機 31
(2). 雷射掃描測微器 (3). 精密水平儀 (4). 光學顯微鏡 (5). 拉力計 (6). 物性分析儀 (7). 近紅外光分析儀 (8). 恆溫槽 四.精密加工實驗室，其擁有下列相關設備與儀器: (1). 150 W 脈衝式 Nd:YAG 雷射加工機 (2). 高精度三軸工作平臺 (3). 高精度切割裝置 (4). 高精度光纖導光焊接裝置 (5). 光學定位系統 (6). 冷卻系統 (7). 抽氣設備 (8). PC-Base CNC 伺服控制系統 (9). 高速車床 32
五.應用電子實驗室，其擁有下列相關設備與儀器: (1). 工業電子實習主機 (2). 示波器 (3). 數位 IC 感測器 (4). 類比 IC 感測器 (5). 感測元件系統 (6). 數位邏輯電路主機 (7). 數位邏輯電路模板 (8). 微電腦感測控制器 (9). 單晶片 (10).訊號產生器 (11).HP 數位示波器 六.生物檢測實驗室，其擁有下列相關設備與儀器: (1). 數位式應變規放大器 (2). 超音波探傷機 (3). 差動放大器 (4). 酸鹼度分析儀 (5). 導電度分析儀 33
(6). 濃氧值分析儀 (7). 溫濕度感測器 (8). 紅外線測溫像分析儀 (9). 光度感測器 (10).色差儀 (11).葉綠素光合作用量子感測器 (12).紅外線感測器 (13).能量感測器 (14).紫外線 A 帶/B 帶感測器 (15).投射光/反射光感測器 七.電腦輔助工程分析實驗室，其擁有下列相關軟硬體: (1). 主機電腦 (2). 繪圖工作站及 GIGA 網路 (3). ABAQUS (4). STAR-CD (5). FIELD VIEW (6). ICEM CFD (7). MSC/PATRAN + NASTRAN 34
(8). MOLDFLOW(MPI)及 UG (9). COSMOS (10). VISUAL NASTRAN 4D (11).機構運動模擬系統(Rail) (12).數值模擬工作站 (13). MATFOR、MATLAB 八. 分子病毒學暨生物技術實驗室，其擁有下列相關設備與儀器: (1). 生物晶片系統 (2). PCR 反應擴增機 (3). 離心機 (4). 核酸雜交設備 (5). 核酸及蛋白質電泳設備 (6). 精密 PH 測定儀 (7). 高解析度 CCD 核酸照相設備 (8). 精密微量分注器 (9). 低溫迴轉式細菌及酵母菌振盪培養箱 (10). 蛋白質轉印套組 (11). 高溫高壓滅菌斧 35
(12). UV-crosslinker 九. 屏東科技大學儀器中心，可提供下列相關設備與儀器: (1). 多功能螢光／可視光／冷光分析儀 (2). 快速核酸合成系統 (3). 同步定量序列偵測系統 (4). 高效能液相層析儀 (5). 流式細胞儀 (6). 自動化微光機電系統 (7). 多功能蛋白質及核酸影像分析系統 (8). UV 全波長酵素免疫分析儀 (9). 電磁式高頻振動測試機 (10). 基因顯微注射系統 (11).軸流式風洞系統 (12).核酸自動純化系統 十.環工系現有設備與儀器 (1)Purge-trap GC (2)HPLC (3)Dichot-UAS,PS-1 採樣器 36
(4)氣泡式呼吸儀 (5)毛細管電泳 (6)迴氣式焚化爐 (7)高溫熔鹽爐 (8)UV-visible (9)CO2 培養箱 (10)倒立式顯微鏡 (11)煙道等速採樣器 (12)ORSAT (13)GC/FID (14)pH-meter (15)六位數 Balance (16)Agilent GC (17)總有機碳分析儀 (18)熱卡計 (19)離子層析儀 (20)汞分析儀 (21)元素分析儀 (22)紅外線光譜儀 37
(23)原子吸收光譜儀 (24)比表面積儀 上述設備均可輔助本計畫之推展，但是誠如一開始所言，該設備 不能完全滿足本計畫之需求，而可作為擬發展重點之微機電元件之設 計與製造技術之先期基礎訓練與模擬所用。若要達成本計畫的實務目標， 則需添購一系列更精密的製程、生產和量測及測試系統設備。因此，「工 學院微機電元件之設計與製造技術教學暨研究特色實驗室」即是以培養 具上述微機電元件之設計與製造與實務應用之人才為主。換句話說，計 畫本身最重要的精神在於: 加強本院在這些方面之教學，讓學生藉由教 學及實習來熟悉這些設備原理、操作程序與及控制模式，進而培養產業 未來發展所需之微機電元件之設計與製造，生物感測晶片系統檢測與 製程分析技術，環境感測器系統之製作及量測分析以及相關的生物科 技與醫學技術，並整合工學院之所有資源，使各系所能發揮最大之教 學成果，讓學生能學習到產業界最迫切需要之專業設備及操控與製程 技術。因此，為達成此教學目標，現有之軟硬體設備必須加以整合及添 加或更新。 上述設備均可輔助本計畫之推展，但是誠如一開始所言，該設備 不能完全滿足本計畫之需求，而可作為擬發展重點之微機電元件之設 計與製造技術之先期基礎訓練與模擬所用。若要達成本計畫的實務目標， 38
則需添購一系列更精密的製程、生產和量測及測試系統設備。因此，「工 學院微機電元件之設計與製造技術教學暨研究特色實驗室」即是以培養 具上述微機電元件之設計與製造與實務應用之人才為主。換句話說，計 畫本身最重要的精神在於: 加強本院在這些方面之教學，讓學生藉由教 學及實習來熟悉這些設備原理、操作程序與及控制模式，進而培養產業 未來發展所需之微機電元件之設計與製造，生物感測晶片系統檢測與 製程分析技術，環境感測器系統之製作及量測分析以及相關的生物科 技與醫學技術，並整合工學院之所有資源，使各系所能發揮最大之教 學成果，讓學生能學習到產業界最迫切需要之專業設備及操控與製程 技術。因此，為達成此教學目標，現有之軟硬體設備必須加以整合及添 加或更新。 39
柒、具體內容及配合措施： 本計畫的執行涵蓋硬體設施的規劃、課程規劃、使用規劃和管理規 劃。先以配合工學院現有機械工程系、土木工程系、環境工程與科學系、 材料工程研究所、生物機電所、生物系統工程系和四技、二技和碩士班學 生相關實習課程所需設備的改進著手，進一步結合「微機電件設計與製 造技術實驗室」的規劃和實作環境的建立。同時擬定相關的使用和管理 辦法。 1. 硬體設施方面： 配合環工系現有的設備與「無塵及黃光室」、 「微流體生醫晶實驗 室」 奈米材料實驗室」 高分子材料實驗室」 精密機械加工區」 、 「 、 「 、 「 、 「薄膜實驗室」 、 「半導體實驗室」 、 「電腦輔助工程分析實驗室」、 「應 用電子實驗室」、 「生物檢測實驗室」、 「環境科技研究中心 「 」 分子病 、 毒學暨生物技術實驗室「食品分析檢驗實驗室 」 、 」 、 「精密量測實驗 室」、 「計算流力及風洞實驗室」 、 「微奈米感測器實驗室」 、 「微感測 器 分析實驗室」 「材料實驗室」 及 等相關輔助實驗室，成立一 微機電 「 元件設計與製造技術實驗室 」，並針對目前市場之強項需求導向 40
進行一系列之微機電元件之設計與製造技術，並可與另一相輔實 驗室相結合應運用，最終目標是成立一「微感測器製造及測試中 心 」及「室內空氣微量污染物檢測中心 」並通過國家認證。 2. 課程規劃方面： 將以現有的四技、二技和碩士班課目（如表四、表五、表六、表七、 表八）為架構的基礎，結合相關老師在這些學程開發新課目，逐 漸達成完整的課程需求。 3. 使用規劃方面： 使用時段分為三類，以工學院各系所相關實習課程教學之需為 最優先；其次開放某些時段供碩士研究生做實驗及大學部學生專 題實作之應用；最後以支援本校老師研究時所需零件、設備之製作 和微機電元件工程技術服務中心對外服務時使用。此外，亦計劃成 立一微機電元件設計與製造技術研究小組，由參與研究的相關系 所推派代表組成，定期舉辦研究進度討論組，對於新增研究設備 則由申購系所負責保管，若其他研究人員需要使用，皆可徵得保 管單位同意後，進行教學研究使用。總之，其最終目的，在於能將 機具設備的能量充分發揮，避免閒置浪費發生。 41
4. 管理規劃方面： 貴重的精密設備取得的同時，必須有負責老師、研究生和系上 職員共同接受訓練，成為一組「種子操作維護人員 。 」 這些人員負 責 編寫操作、保養手冊並進一步培訓一般操作人員（如研究生），待 認可通過後，方允許其獨自操作。至於上實習課時，必需有「種子 操作維護人員」在場協助教學，以保障人員的安全和機器設備的使 用壽命。同時，設備的保養與維護依使用者付費的觀念，籌措維護 基金，因此，將會列入實驗室的管理使用辦法中，以期真正維持 該實驗室之實際存活率。其它相關之本特色實驗室之使用維護與管 理辦法請參閱附錄一之說明。 表四、四技現有課程（計畫第一年） 課 目 名 稱 學分 修課年 備 註 數 級 機械工程實習（一）：工廠 1 四技二上 預計修課總人數 200 實習 人 機械製造 3 四技二下 預計修課總人數 200 人 應用電子學 3 四技二下 預計修課總人數 200 人 Visual C++程式語言 2 四技二下 預計修課總人數 200 人 42
數位信號處理 3 四技三上 預計修課總人數 200 人 機電系統控制 3 四技三上 預計修課總人數 200 人 自動控制 3 四技三上 預計修課總人數 200 人 數值控制工具機 2 四技三下 預計修課總人數 200 人 數值控制工具機實習 1 四技三下 預計修課總人數 200 人 微機電概論 3 四技三下 預計修課總人數 200 人 機電整合 3 四技三下 預計修課總人數 200 人 實驗室晶片導論 3 四技四上 預計修課總人數 200 人 微機電製程技術 3 四技四上 預計修課總人數 200 人 工程光學 3 四技四上 預計修課總人數 200 人 光纖通訊概論 3 四技四上 預計修課總人數 200 人 熱處理與表面處理 3 四技四上 預計修課總人數 200 人 電腦整合製造 3 四技四下 預計修課總人數 200 43
人 電腦輔助工程與應用 3 四技四下 預計修課總人數 200 人 微流體與微熱傳 3 四技四下 預計修課總人數 200 人 表五、二技現有課程（計畫第一年） 課 目 名 稱 學分 修課年 備 註 數 級 自動控制 3 二技一上 預計修課總人數 200 人 機械設計原理 3 二技一上 預計修課總人數 200 人 熱傳學 3 二技一下 預計修課總人數 200 人 Visual C++程式語言 3 二技一下 預計修課總人數 200 人 電腦輔助設計 3 二技二上 預計修課總人數 200 人 微機電概論 3 二技二上 預計修課總人數 200 人 實驗室晶片導論 3 二技二上 預計修課總人數 200 人 機電整合 3 二技二上 預計修課總人數 200 44
人 工程光學 3 二技二上 預計修課總人數 200 人 微機電製程技術 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 光纖通訊概論 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 工程量測原理與應用 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 光學量測技術 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 有限元素法 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 電腦輔助工程與應用 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 材料加工技術 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 微流體與微熱傳 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 數位信號處理 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 影像處理 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 表六、碩士班現有課程（計畫第一年） 45
課 目 名 稱 學分 修課年 備 註 數 級 薄膜製程與應用 3 碩士一上 預計修課總人數 20 人 材料加工技術 3 碩士一上 預計修課總人數 20 人 微機電系統 3 碩士一上 預計修課總人數 20 人 材料機械性質 3 碩士一上 預計修課總人數 20 人 微感測器原理 3 碩士一上 預計修課總人數 20 人 高分子材料 3 碩士一上 預計修課總人數 20 人 微機電元件設計與製造 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 微感測器製程技術 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 雷射光電與加工 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 非破壞性檢驗 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 機電系統控制 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 46
智慧控制 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 數位信號處理 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 高等熱傳學 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 電腦輔助工程與應用 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 有限元素法 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 影像處理 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 微流體系統分析 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 生物晶片 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 電子顯微鏡學 3 碩士二上 預計修課總人數 20 人 彈性力學 3 碩士二上 預計修課總人數 20 人 相變化 3 碩士二上 預計修課總人數 20 人 人機界面 3 碩士二上 預計修課總人數 20 人 製造熱流分析 3 碩士二上 預計修課總人數 20 47
人 材料分析與檢測 3 碩士二上 預計修課總人數 20 人 製造系統分析 3 碩士二上 預計修課總人數 20 人 模糊控制 3 碩士二上 預計修課總人數 20 人 實驗室晶片特論 3 碩士二上 預計修課總人數 20 人 表七: 生物感測器系統及微感測器系統課程安排（計畫第一年） 科 目 名 稱 學分數 修 課 年 級備 註 生物學 3 一 必修 微生物學 3 一 必修 普通化學 3 一 必修 普通化學實驗 1 一 必修 工廠作業 1 二 必修 工廠作業實習 1 二 必修 生物技術概論 2 二 必修 環境科學概論 2 二 必修 遺傳學 3 二 選修 生物生產環境工程 3 二 選修 自動控制概論 3 三 必修 生物系統工程 3 三 必修 48
生物物性分析 3 三 選修 生物物理化學 3 三 選修 生物系統模式 3 三 選修 微機電工程 3 三 選修 微機電工程實習 1 三 選修 生物技術工程 3 三 選修 生物生產機械 3 三 選修 生物系統傳輸現象 3 三 選修 可程式控制原理與應用 2 三 選修 生物儀器與量測 3 四 選修 生物儀器與量測實習 1 四 選修 試驗設計與方法 3 四 選修 熱傳工程 3 四 選修 生物生產自動化工程 3 四 選修 環境安全管理 3 四 選修 非破壞檢測 3 四 選修 微感測器元件 3 四 選修 微感測器元件製作實習 1 四 選修 微機電元件設計與製造 3 四 選修 微機電元件設計與製造實習 1 四 選修 表八、環境工程與科學系課目表(計畫第二年) 科目名稱 學分數 修課年級 備註 生物學 2 一 必修 環境微生物學 3 一 必修 環境微生物學實驗 1 一 必修 49
給水工程 3 二 必修 儀器分析 2 二 必修 儀器分析實驗 1 二 必修 水質分析與實習 2 二 選修 環工單元操作 3 三 必修 污水工程 3 三 必修 空氣污染學 3 三 必修 給水工程設計 3 三 選修 環境污染調查與監測 3 三 選修 水文學 3 三 選修 污水工程設計 3 三 選修 焚化系統設計 3 四 選修 空氣污染控制與設計 3 四 選修 地下水污染與防治 3 四 選修 水污染防治 3 四 選修 科目名稱 學分數 修課年級 備註 生物處理程序 3 碩士一上 選修 燃燒與焚化理論 3 碩士一上 選修 空氣毒物學 3 碩士一上 選修 空氣污染物採樣分析 3 碩士一上 選修 物化處理程序 3 碩士一上 選修 工業廢水處理 3 碩士一下 選修 地下水污染整治 3 碩士一下 選修 應用環境微生物學 3 碩士一下 選修 大氣物理化學 3 碩士一下 選修 空氣毒物學 3 碩士一下 選修 氣膠學 3 碩士一下 選修 50
捌、充實軟硬體 設施︰ 本計畫第一年已添購設備 電子槍蒸鍍機、電腦設計輔助教學教室設備、化學抽氣櫃、 熱分析儀、 多通道電位器、 去離子水機、 光學桌、SEM 試片鍍金機、 Laser 系統、原子力顯微鏡 (1) 離子層析儀 Ion Chromatography 針對先進微機電封裝技術以及在生醫檢測工程的應用，急需一 套可作離子濃度精密分析的設備，以確定樣品經過重要製程或已製 作完成後之離子濃度。離子層析儀是一非常可信賴的儀器，離子層析 法乃是使待測溶液通過充填樹脂之分離管，離子與樹脂產生交換作 用而吸附於樹脂交換基之上，此時加入流洗液沖提，使其脫離交換 基，再度變成自由離子，再不斷重複此一吸附－沖提循環作用，可 分析樣品中極微量之陰陽離子濃度，陰離子部份主要是分析鹵素離 子（氟離子、氯離子及溴離子），酸根（硝酸根離子、磷酸根離子及 硫酸根離子），陽離子方面則以分析鋰、 銨、 鎂及鈣等金屬離 鈉、 鉀、 子，其偵測極限可達幾十 ppb (視偵測之離子而定)。其應用領域包含 飲用水、 電鍍液、 半導體、 封裝、 印刷電路板、 環境、有機及無機溶液等。 （2）恆溫恆濕電訊量測系統 恆溫恆濕電訊量測系統應用於微感測器元件之測試，其主要功 能為能夠維持在一恆溫恆濕的控制環境下以利檢測時的定性條件。 (3)光譜分析儀 光譜分析儀可應用在一般玻璃、 LCD 玻璃、塑膠、 膠片、金屬、晶 圓等之鍍膜厚度量測，一般玻璃、 LCD 玻璃、塑膠、 膠片、紙類、液體 物等之顏色之檢驗及化學、醫藥及食品工業等之濃度測試檢驗。其原 理為利用白光光譜波長干涉如圖十四所示，經由軟體運算得到檢驗 之結果，亦可在判定飲料中酒精及糖之含量及食物中水份之含量， 是此特色實驗室中不可缺的量測儀器之一。 圖十四、光譜分析儀基本原理 （4）共軛聚焦螢光顯微鏡 Confocal Microscope 共軛聚焦螢光顯微鏡主要用途為可拍取三維的螢光影像，對於 生物研究中為常常需要使用此儀器來表示三維的影像，因此此儀器 對於檢測上有極大的幫助。其原理(如圖十五所示)主要是利用可見光 51
雷射、紫外光雷射及多光子紅外光雷射激發細胞表面螢光，以觀察細 胞之蛋白質分布，並觀測、模擬細胞切片之 3D 結構 圖十五、共軛聚焦螢光顯微鏡系統 (5) 黏度儀 高分子之黏度與操作溫度，時間等參數有密切之關係，藉由黏 度儀可精準量測黏度的變化，有利於掌控高分子之流動及硬化等特 性，據以做為材料選擇及製程條件設定之重要依據。 (6) 氣相層析質譜儀(GC-MS)或 ICP-MS 環境氣體分析方法包括殘留物分離、 濃縮、淨化、定性與定量等步驟； 而色層分析法是最常使用之分析方法。通常氣相色層分析法(GC)應用 於揮發性成分分析，氣相層析法是以氣體做流動相的層析方法，攜帶 成分通過層析柱進行分離，然後進入質譜儀將試樣分子在電場和磁場 綜合作用下按照質荷比大小分離並記錄。 氣相層析質譜儀可對室內環境 中之揮發性有機物(VOCs)進行有效之定性與定量分析。 52
玖、實施進度與分工： 本計劃第二年之初步建立時程為九十五學年度起至九十六 年十月辦理發表會展示成果。其預計執行進度如以下列之甘梯圖 （Gantt Chart）所示： 月 第 第 第 第 第 第 第 第 第 第 第 第 工作項目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 傋註 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 建立管理項目規劃 排定課程與使用程序 先期 研究與種子技術 人員培訓 子項教學與研究執行 子項 教學與研究擴展 規劃 成果分析與檢討 成果展示 * 預定進度累計百分比 10 20 25 40 45 50 60 75 80 90 95 100 53
拾、經費需求及來源： 整體「微機電元件設計與製造」經費需求為三年，第一年已完成，第二 的採購主要為量測與測試空氣中污染物用貴重儀器為主，其分年列述如下： 第二年： 單位：新臺幣元 項次 產品名稱 經費需求(元) 經費來源 備註 單價 數量 合計 教育部補助 學校配合款 1 攜帶型塗矽不銹 90,000 2 180,000 162,000 18,000 鋼空氣採樣桶 2 空氣中揮發性有 1,100,000 1 1,100,000 990,000 110,000 機物前濃縮裝置 3 個人多階粒徑分 130,000 1 130,000 117,000 13,000 布採樣器及幫浦 4 環境採樣器 60,000 3 180,000 162,000 18,000 5 超細氣膠監測儀 1,200,000 1 1,200,000 1,080,000 120,000 6 手 提 式 VOC 氣 170,000 1 170,000 153,000 17,000 體偵測器 7 低溫冷凍櫃 250,000 1 250,000 225,000 25,000 (-86 oC) 8 室內空氣污染微 390,000 1 390,000 351,000 39,000 量偵測器 9 光化學反應器 360,000 1 360,000 324,000 36,000 合 計 3,960,000 3,564,000 396,000 第 二 年 度 資 本 門 經 費 合 計 為 3,960,000 元 ， 需 教 育 部 補 助 之 經 費 為 3,600,000 元，學校配合款為 396,000。 採購設備對達成計畫目標之必要性 1、室內空氣污染物採樣與濃縮裝置 第一項、攜帶型塗矽不銹鋼空氣採樣桶 54
功能：可用於採取室內空氣中揮發性有機物(VOC)樣品 與計畫相關性： (1) 可用於室內環境品質監控時之採樣，且適合室內空氣微量污染物之採 樣。 (2) 可用於室內空氣污染物採樣之教學。 可做為利用微機電製程技術製作 sensor(例如利用濺鍍技術製作酒精 sensor) 須採樣時之用。 2、空氣中揮發性有機物前濃縮裝置 空氣中揮發性有機物前濃縮裝置 (Entech Instruments, Inc) Model: 7100A VOCs in Air 特點  7100A 連接 GC 或 GC/MS 完全自動化 VOCs 分析  三段式捕捉設計，排除 H2O 及 CO2 等之干擾  濃縮空氣中揮發性有機物，分析濃度達 ppb 與 sub-ppb  VP-Pulse 功能，讓高濃度污染物抽出離開不可清洗的“Dead Volume”  具空氣熱脫附吸附採樣管自動脫附功能  3 個自動取樣口，1 個標準品取樣口，1 個標準添加取樣口  可以選擇 Canister，MiniCan，Tedlar Bag 與 LVSH(Large Volme Static Headspace)自動進樣器  管路採 Fused Silica Lined 鈍化處理，提高 VOCs 回收率並減少殘留問 題  友善的視窗操作軟體並採 USB 介面傳輸 規格  空氣中極性/非極性的毒性有機物質分析  捕捉管： 1. 冷凍捕捉：溫度範圍-180℃~230℃，升溫速率：360℃/分 2. 冷凍吸附捕捉：溫度範圍-180℃~230℃，升溫範圍：360℃/分 3. 冷凍聚焦捕捉：溫度範圍到-190℃，升溫速率：10000℃/分  質量流量暨控制範圍：20 到 2000sccm  樣品量：10 到 2000 毫升  壓力感應器：0-50 psi  取樣再現性：+3％ 應用範圍  空氣中極性/非極性的有機毒性物質分析  C2-C15 碳氫化合物  氣味與香料測試  含硫揮發性有機物分析  BTEX 分析 55
 化學戰劑分析  食品包裝材料安全性分析  適用於 T014、T015 及勞安 VOCs 分析 計畫需求:在微機電元件之設計製造過程中，室內空氣中微量有毒物質種類 與監測，必需利用精密的前處理濃縮裝置來得到更有效的即時檢測數據。 3、個人多階粒徑分布採樣器及幫浦((Marple Personal Cascade Impactor) 用途：採集室內或工作場所空氣粒狀污染物質，可將懸浮微粒分為 0.5，0.9，1.6，3.5，6，10，15，20 μm，令外也可利用粒徑分布瞭 解微機電無塵室的粒狀污染物的分布情形，並藉由附著於濾紙(34 mm)上以分層的粒徑，經由萃取與淨化後進行有機或無機化學分析。 與計畫相關性： 應用於室內環境品質採樣與監測，且適合室內空氣粒狀污染物粒徑分布 採樣，可用於室內空氣污染物採樣之教學，做為利用微機電製程技術製 作中空氣品質監測以及污染物暴露之評估。 4、環境採樣器（Personal Environmental Monitor , PEMTM） 用途：為附有濾紙之單階之慣性衝擊器，此衝擊器可移除大於截取直徑之 粒徑（2.5 或10μm 之氣動直徑），而小於截取直徑之微粒可收集在 濾紙上，大於截取粒徑之微粒通常收集於衝擊板上，個人採樣器可 提供人在正常活動下的微粒暴露量（PM10 或PM2.5）。而收集於濾 紙上的微粒則可用來定量分析，並利用氣相層析儀（GC）分析所含 有機物物種，並利用TOC（總有機分析儀）分析氣相總有機碳含量。 可了解室內空氣粒狀污染物於2.5 μm以下或10 μ m以下的分布，可對 於微機電無塵室內部空氣品質進行偵測。 與計畫相關性： 應用於室內環境品質採樣與監測，且適合室內空氣粒狀污染物之採樣。 可用於室內空氣污染物採樣之教學，做為利用微機電製程技術製作中空氣 品質監測以及污染物暴露之評估。 5、超細氣膠監測儀(Ultra-Fine Aerosol Monitors) 此儀器用來測定奈米級顆粒，微機電工業為一精密的高附加價值工業，對 生產環境要求十分嚴謹，隨著晶片結構日益精細，超潔淨技術的發展已成 為支持微機電工業持續成長的重要領域之一，其中(微污染) (Micro- contamination)的監測與控制更是掌握生產品質及提昇產品良率的重 要課題，微粒的產生將造成晶片上產生缺陷及良率降低，對人體健康產生 影響。在大氣環境中，顆粒小於 1 為微米，容易進入呼吸系統，影響人體 56
健康。此儀器可以測定顆粒分佈及顆粒大小，以了解大氣環境是否對健康 造成影響。許多氣懸微粒之毒害劑量和其肺部之沉降區域有關，如果知道 這些粒子之粒徑分佈，則可預估其在肺部之沉積量，因此有必要了解在各 種粒徑分布下之粒子質量濃度，其方法有 (1)對氣懸微粒作粒徑分析(2)對 收集之樣品作粒徑分析，(3)在收集過程中，即須預估其可能沉降區域， 而針對粒徑分布進行微粒採樣. 在環工領域 (1)可用來判讀靜電集塵器之除塵操作效率. (2)可用來評估旋風收集器之效率. 6、手提式 VOC 氣體偵測器 儀器說明：手提式 VOC 氣體偵測器，係採用 PID 作為檢測器，其 PID 為 光離子化 3-D 檢測器（標準 10.6eV），可儲存 15000 個數據，並可通過電 腦之 RS-232 接口傳輸。 與計畫相關性：就完成第二年計畫之目標而言，此採購之設備對於達成第 二年計畫之目標有必要性，其可對於無塵室內之 VOCs 空 氣之濃度暴露品質進行監控。 就完成第三年計畫之目標而言， 此採購之設備對於達成第三年計畫之目標有必要性，其對 於環境監測技術教學上具有實際現場量測之教學示範之功 用，可強化學生之環境監測技術操作練習能力。 同時更可對 於無塵室內之 VOCs 空氣之濃度進行監控後，藉由現場實 際之室內之測量數值與 sensor 進行驗證，可對低、中、高不 同之無塵室內之 VOCs 空氣之濃度進行校正，並做出不同 低、中、高之無塵室內 VOCs 濃度修正量表。 7、低溫冷凍櫃(-86 oC) 用途：低溫冰凍樣品之用 與計畫相關性: 室內空氣採樣完成後，樣品低溫冷藏避免揮發或經由萃取 後之樣品進行低溫冷凍以待進一步處理與分析。 8、室內空氣污染微量偵測器開發及應用 (Air quality control MOS type sensor) 開發利用半導體金屬氧化物晶片對空氣污染偵測，污染臭味氣體包括 裝璜、 家具、 油漆常見的甲醛、甲苯及菸味等。微機電元件包括示波器、 鎖像 放大器、超精準度三用電錶及偵測器模組等。所需經費包括數位示波器 、 MOS 感應顯示器、超精準度三用電錶、MOS 電壓偵測計、鎖像放大器、 偵測器模組。 57
可藉由組裝晶片設備，使學生於實習課中進行室內空氣感應偵測，例 如甲醛污染的監控，經由自行操作的過程而得到豐富的實作經驗。 9、光化學反應器 空氣中污染物質的複雜性，其中一個主要原因為光化學反應，因此掌 握相關之光反應極為重要，包括光解作用(photodegradation)或其他光化學 作用(photochemical reactions)，例如光異構化作用、光氧化作用、光聚合作 用等。此儀器可進行氣體的光化學反應，進而分析所產生的中間產物，方 能研究室內空氣污染的特性。此儀器於教學配合上，可應用於環境有機化 學或環境化學等相關課程之實驗教學。 58
第三年： 本計畫預計達成以下項目，包括設立微感測器製造及測試中心、微感測器 應用於室內空氣為量污染物之檢測、微感測器應用於土木結構物之監測、微 感測器應用於坡地災害之監測與預警系統、微感測器應用於地下水質與地 層下陷之監測與預警系統及利用相關研究成果建立災害管理實驗室與無人 載具勘災系統，並將研發成果落實於課程，由計畫執行所衍生之產學合作 計畫為本計劃執行結果之另一延伸項目。各年度之執行項目與教學課程設 計如下表所列。 年度 執行項目 課程規劃 參與系(所) 94 年 1. 完成實驗室建置與儀器設 材料所 備購置。 生工系 2. 完成晶片設計程序與製作， 車輛系 並進行測試。 機械系 3. 研發成果發表。 95 年 1. 建立室內空氣為量污染物 材料系 之檢測實驗室，並購置儀 環工系 器設備。 車輛系 2. 96 年 1. 建立災害管理實驗室，並 洪旱災害學(碩士班) 土木系 購置所需設備。 地震災害學(碩士班) 水保系 2. 土壤水份壓力感應器製作 土砂災害學(碩士班) 坡防所 與應用於坡面穩定及堰塞 防災應變特論(碩士班) 環工系 湖穩定監測與預警系統。 災害管理學(碩士班) 材料系 3. 材料裂縫感應器製作與應 車輛系 用於橋樑與房屋結構監測 機械系 與預警系統。 4. 無人載具勘災系統建置與 應用於土石流災害勘災。 5. 颱洪災害監測與警報系統。 基於 94 年度執行成果，本校已建立之相關應用感應器之製程，95 年將 利用 94 年之空氣與水質感應晶片，建立空氣量污染物之檢測實驗室，以 59
對環境中微顆粒與有毒氣體之監測分析。 96 年將擴充感應晶片之應用領域，將感應器應用於土木與水土保持防災 監測系統，因此，本計畫三年完成後，可建立如圖一之研究團隊，對本校 在環境品質與國土資源保育監測可達成整體性之研究團隊，並成為本校工 學院之發展特色。 圖一 本校工學院微感應器研發製作與應用於環境監測系統之研究團隊架構 96 年各研究項目之目的與預計達成之成效，如下表。 研究項目 研究目的 預計達成目標 成果量化指標 ① 災害管理實驗室 整合災害應變與 ˙建立災害通報系 ˙利用此資料庫系 管理介面，並建 統。 統開授 4 門課程。 置各種災害別之 資料庫，以提供 ˙建置屏東縣與台 ˙至少發表二篇成 災害應變及減災 東縣防災資料庫。 果於國際期刊。 所需。 ˙建置屏東縣與台 60
東縣之防災地圖。 ② 堰塞湖穩定監測 利用本研究所研 以台東知本堰塞 ˙建立堰塞湖之穩 發之微感應器來 湖為探討對象， 定性之監測系統 監測堰塞湖之穩 建立該湖之觀測 一套。 定性，並建立破 資料，並利用數 壞預警系統。 值模式模擬潰壩 ˙至少發表一篇成 之結果。 果於國際期刊。 ③ 坡面穩定監測 利用本研究所研 建立山坡地坡面 ˙建立山坡地坡面 發之微感應器來 破壞與降雨強度 穩定性之監測系 監測山坡地坡面 關係之觀測資料， 統一套。 之穩定性，並建 並利用數值模式 立破壞預警系統。分析兩者關係。 ˙至少發表一篇成 果於國際期刊。 ④ 淹水監測與警報 利用本研究所研 設計一套淹水監 ˙建立淹水監測與 系統 發之微感應器來 測與警示系統， 警示系統一套。 監測颱洪災害之 以作為颱洪期間 淹水深度，並建 人員避難與交通 ˙至少發表一篇成 立不同深度之預 管制之警示作用。 果於國際期刊。 警系統。 ⑤ 橋樑與房屋結構 利用本研究所研 設計一套橋樑與 ˙建立橋樑與房屋 裂縫監測 發之微感應器來 房屋結構裂縫監 結構破壞監測系 監測橋樑與房屋 測與預警系統， 統一套。 結構裂縫，並建 以作為結構物破 立橋樑破壞預警 壞警示之用。 ˙至少發表二篇成 系統。 果於國際期刊。 ⑥ 無人載具勘災系 利用無人載具載 建立無人載具勘 ˙建立無人載具勘 統 運攝影機拍攝災 災系統一套，並 災系統一套。 害現場，以輔助 利用該系統於土 人員無法抵達之 石流或崩塌地點 ˙至少發表一篇成 災害地點，以協 之勘災。 果於國際期刊。 助勘災與救災。 各項研究所需自行研發之感應器與將來可發展產學合作之項目整理如表三。 研究項目 所需感應器 本計畫衍生之產學合作項目 ① 災害管理實驗室 資料接收與傳輸系統。 配合產業界研發之無線資料 傳輸與現地資料儲存設置， 及本校發展之資料處理與展 示軟體，共同建置即時災害 管理模式。 ② 堰塞湖穩定監測 土壤水份壓力感應器 配合產業界研發之無線資料 傳輸與現地資料儲存設置， 土壤變位感應器 及本校發展之資料處理與展 示軟體，共同建置即時災害 管理模式。 61
③ 坡面穩定監測 土壤水份壓力感應器 配合產業界研發之無線資料 傳輸與現地資料儲存設置， 土壤變位感應器 及本校發展之資料處理與展 示軟體，共同建置即時災害 管理模式。 ④ 淹水監測與警報 水位感應器 配合產業界研發之無線資料 系統 傳輸與現地資料儲存設置， 及本校發展之資料處理與展 示軟體，共同建置即時災害 管理模式。 ⑤ 橋樑與房屋結構 裂縫變位感應器 本校研發感應器與資料處理 裂縫監測 系統資料接收與傳輸系統可 與產業界合作，建立產學合 作計畫。 ⑥ 無人載具勘災系 定位及影像接收與無線傳 本校據影像處理與分析系統 統 輸系統 建置能力，可配合產業界之 定位與無人載具之研發，共 同建立人無法進入之災害現 場之勘災系統。 本計畫預計達成之目標包括下列各項： 1. 建立特色實驗室。 2. 實驗室研發成果落實於教學。 3. 各年度之研究成果可縱向與橫向聯結，形成本校之環境品質與防災監測 之研究團隊，達成跨系際整合之目的。 4. 研究成果擴充為產學合作計畫之可行性評估。 62
拾壹、研究團隊之實驗室與主要研究成果 近幾年，微機電技術漸漸被應用於生物科技及日常的生活環境上，特 別是生醫微流體系統及微感測器系統的應用方面，而研究團隊之專長在於 微機電元件之理論分析設計、微機電製程技術、高階特殊微機電製程技術、 生物/醫學測試檢驗及微感測器於環境上的應用等，而目前本研究團隊擁有 的技術詳述如下: 1.土壤及廢棄物管理研究室 主持人：薩支高 博士 研究方向：土壤重金屬污染廠址復育、土壤油品污染復育、土壤毒性物質 (PCP)污染復育、廢棄物(廢皮粉屑、重金屬污泥)、資源回收技術. 2. 氣膠研究室 主持人：陳瑞仁老師 研究成果：廢輪胎熱裂解排放多環芳香烃化合物特徵之探討、大氣奈米微 粒上多環芳香烃化合物粒徑分布之探討、大氣微粒多環芳香烃化合物與主 要物種之組成及其細胞毒性探討 3.廢棄物與土壤熱處理研究室 主持人：林傑 博士 研究成果：煉鋼及焚化過程中戴奧辛之生成與排放及污染改善之研究-模 擬本土化之焚化爐核電弧爐戴奧新生成並研究適當控制技術及防治設備、 魚介類中多氯聯苯及戴奧辛之分佈特性研究. 4.應用膠體暨環境材料研究室 主持人：黃武章、李嘉塗 博士 研究成果：(1)計畫：九個國科會計畫、1 個農委會計畫與 1 個產學合作案 (2)發表期刊：發表了 15 篇國內外期刊、 篇 SCI 期刊研討會、 12 論文方向 共有 4 篇國際研討會與 40 篇國內外研討會文章。 5.環境毒物暨電漿技術研究室 主持人：謝連德 博士 63
研究成果：以小型陣列是常壓電漿技術結合觸媒轉化器處理機車引擎排放 廢氣。 6.高級氧化及濾膜程序水質研究室 主持人：陳冠中 博士 研究成果：臭氧氧化、超過濾及生物過濾技術控制飲用水中天然有機物質 及消毒副產物之研究。 7.環境健康風險評估與生物偵測實驗室 主持人：趙浩然 博士 研究成果：多溴聯苯醚在母乳中分部與影響因子、環境持久性內分泌干擾 物質有機氯農藥於人體檢體母乳中的分布以及對幼兒發展及內在荷爾蒙的 影響。 8.綠色科技研究室 主持人：黃國林 博士 研究成果：以高週波電漿濺鍍程序製備質子交換膜燃料電池電極、以電漿 濺鍍法製備燃料電池耐 CO 電極、燃料電池廢電極貴金屬回收與燃料電池 二次電極製備。 9.環境統計及風險分析研究室 主持人：陳庭堅 博士 研究成果：屏東縣地下水暨不明廢置廠址地下水水質調查之廠址風險評估、 活性碳及臭氧去除環境荷爾蒙王基苯酚研究、環境荷爾蒙調查研究。 10.環境生態暨生物毒性研究室 主持人：謝季吟 博士 研究成果：屏東平原地下水補助試驗研究、高屏溪河系情勢調查、人工濕地 水質淨化成效評估及水回收再利用之研究。 11.有機質材研發及應用研究室 主持人：邱春惠 博士 研究成果：天然有機質材對甲苯、 甲基第三丁基醚及水的吸持探討、行政院 環保署「環保先鋒隊-專生推動環保行動計畫 、 」 施用雞糞堆肥及雞糞對土 壤 中亞砷酸型態轉變的影響。 64
12.土壤管理與復育研究室 主持人：許正一 博士 研究成果：(1)出席國際會議：3 次。 (2)國際會議論文：8 篇。 (3)國內研討會：7 篇。 13.土壤與地下水復育研究室 主持人：葉桂君 博士 研究成果：(1)計畫：國科會 4 件、建教合作 9 件、產學合作 1 件。 (2)論文發表：SCI 期刊 5 篇、 期刊 1 篇、 EI 國內期刊 1 篇、國內研 討會論文 7 篇。 14.生物處理技術研究室 主持人：郭文健 博士 研究成果：以高溫厭氧發酵進行甲烷資源化利用可行性研究、臭氧蔬果清 洗機的研發。 15.廢棄物與土壤熱處理研究室 主持人：張國慶 博士 研究成果：不明廢棄物場址之探討、液晶顯示器控制晶片貴金屬回收、熔 鹽法處理氣態有機物。 65
16.應用微生物研究室 主持人：邱瑞宇 博士 研究成果：以馴化菌群加強礦化五氯酚研究、最佳化自然降解條件下 PAHS、PCBS 及 CPS 分解菌群之解析研究、乾雞糞為基肥施用之永續經營 研究。 17.環境有機污染研究室 主持人：林耀堅 博士 研究成果：高級氧化程序與奈米科技處理環境有機污染。包括五氯酚 、 PAHS、PCBS 及 CPS 分等。 此外尚擁有擁有此微機電元件之理論模擬分析的研究團隊之成員有屏東 科技大學工學院院長戴昌賢教授、屏東科技大學車輛系陳勇全副教授、蔡健 雄助理教授及屏東科技大學材料工程研究所傅龍明助理教授等。 現有之測試及檢測技術 在微機電元件之測試及檢測技術方面，往往須依微機電元件的使用領 域而有所不同，因此須有相當專業的人才才能其測試及檢測的目的，而本 計畫之研究團隊的成員均是各個領域的專家，其涵蓋生醫、環工、食品、材 料、室內環境及電泳等。而現有之測試及檢測技術包含室內環境 VOCs 微感 器對甲醛之感應檢測技術（如圖十六所示），恆溫恆濕感測系統之檢測技 術（如圖十七所示），微流體生醫晶片洩漏效應檢測技術，高效能整合型 微流體晶片應用在 DNA 的偵測上），整合型細胞分類及計數器對紅血球 之偵測（如圖二十所示），及應用快速微型混合晶片對對-DNA 之切片等。 66
在微機電元件之測試及檢測技術中，因範圍廣大所以須有不同領域的專家 來參與，方能達成其最佳的應用及效能。 由上述的說明可知本研究團隊對於微機電元件之理論分析設計、微機 電製程技術、高階特殊微機電製程技術、生物/醫學測試檢驗及微感測器於生 環境上的檢驗之應用等之相關技術均具有相當之水準，應用於『微機電元 件設計與製造特色實驗室』之教學上必定可得到相當好的成果。 (a) Glass substrate cleaning 1500 m) (h 1000 o (b) Electron-beam evaporation of Pt/Cr 500 tance Re 0 s is (c) Electron-beam evaporation of Au/Cr 0 20 40 60 80 Formaldehyde Concentration (ppm) (d) NiO sputtering 圖十六、VOC sensor 的 NiO 薄膜感測層，在 300℃時對甲醛之檢測。 67
主要研究成果 1.薩支高 (Sah，Jy-Gau) 1. 利用觸媒提升電動力法處理受 BTEX 污染土壤效率之研究，中國農業化學會誌， 43(4): 304-312，2005 2. 電化學觸媒在電動法復育技術上之應用，技術學刊，18(3):337-344，2003 3. Nitrogen Removal in Leachate Using Carrousel Activated Sludge Treatment Process, Journal of Environmental Science and Health, Part A—Toxic/Hazardous Substances & Environmental Engineering, 37(9), 2002, (SCI) 4. 受柴油污染土壤電動法復育技術參數之建立，國立屏東科技大學學報 11(4):277-285(2002) 5. Electrokinetic study on copper contaminated soils, Journal of Environmental Science and Health-Part A,35 (7), 2000 (SCI) 6. 以電動法移除土壤中鋅的初步研究，中國農業化學會誌，37(1): 54-62，1999 7. 不同因子對土壤中鎘的電動法移除效率影響，土壤與環境，2(2): 171-186，1999 8. 鹼化處理對土壤中廢機油清除之影響，技術學刊，14(3):405-409，1999 9. 由鎘及鉛存在形態來探討萃取法及電動法土壤復育效率，技術學刊 13(4): 641 -646，1998 10. Study of the electrokinetic process on Cd and Pb spiked soils，Journal of Hazardous Materials，58(1-3): 309-322，1998 (SCI) 11. 以 EDTA 萃取配合物理序列沉降法復育受鎘及鉛污染土壤之初步研究，中國農業 化學會誌，36(6): 565-575 ，1998 12. 模擬長期風化系統對含銅及鉛固化污泥物化特性的影響，屏東科技大學學報， 7(1):21-29，1998 13. 以不同消化方法探討本省南部及東部農業區與都會區數種土壤中重金屬含量及其 存在形態的差異，土壤與環境，1(1):31-43，1998 14. 高雄都會公園土壤與植體重金屬調查分析，國家公園學報，8(2):134-154，1998 15. 含銅及鉛工業污泥水泥系固化體特性的初步研究，屏東科技大學學報，6(4): 68
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2. 將微機電元件應用於生物/醫學、食品、環境上，並結合農學院個系 所，為即將開發的『屏東生物科技技術園區』添加優秀的人才。 3. 提供工學院機械系所、 材料所、環工系所、車輛系所、生物機電所和生 物系統工程系新科技學術課程的需求。 4. 提供工學院大學部與研究所學生實務專題實作與論文研究的需求。 5. 提供工學院碩士班研究生研究實作的需求。 6. 充實本校工程技術服務中心/育成中心對外服務的硬體設備能量。 7. 配合「微機電元件設計與製造學程」 「精密加工學程」 和 相關實習課程 的整體規劃。 8. 配合「環工單元操作、「水質分析、「土污實習」等課程規劃 」 」 。 因此，學生在微機電元件相關學識及設計與製造能力的充實加強之後， 可以增加學生就業機會，增強學生之信心。良性循環之結果，可以使技職 教育的訓練無論是在學理或是技能方面，均能獲得產業界之肯定。學生受 產業界之肯定之後，自然改變社會大眾對於技職教育之看法，因此可使技 職教育與一般教育能平衡發展，給下一代之青年學子有一更好之選擇，使 國家技職教育能夠更落實的推展。 89
拾參、觀摩與展示活動規劃 一、校外觀摩活動： 第一季的時間將安排相關教師及技術員，參觀國科會北區微機電系統中心、 工研院機械所微機電中心、國科會中區微機電系統中心、國科會南區微奈米 科技研究中心、金屬工業研究發展中心、勝華公司、晶宇生物科技、金車員山 研究所、晶基生物科技、亞新科技等產研單位。另學期中將安排學生到提昇 微機電元件製造技術相關設備及設計製造公司參觀。 二、校內成果發表會： 1. 在本計畫執行到一定程度時，將會安排各種短期訓練課程 （workshop）以展現並擴散成果。並且在計畫執行完畢時將舉辦成果 發表會，以利業界與學術界的觀摩、討論與切磋，並作為日後改進的參 考。 2. 在學生碩士論文、專題製作、及實習（驗）課程告一段落時，將舉辦各 式成果發表會，邀請相關領域之業界與學術界專家來評鑑，以作為進一 步成長改進的參考。 三、本校對執行成效之管考機制： 本校對重大案件之進行皆有追蹤管考機制，此計畫是本校之超大型計畫， 因此擬廣邀產官學研各界專家、學者籌組「指導委員會」 「諮詢委員會」 或 進 行計畫有效之重點管理。 90
A.計畫執行中之管考查核點(一年內，已完成) a.以列管方式，對儀器採購完成、安裝、設定、測試、驗收等列出時間表。 b.管理實驗室設置執行各項工作進度表。 B.計畫執行成果之管考查核點(滿一年，已完成) a.管理實驗室各區完成驗收並能開始運作。 b.公開發表各新增課程之教材大綱及內容，邀請國內大學院校知名相關 專長教授指導改進。 c.擬定成立「微機電元件設計與製造技術」學程計畫。 d.舉辦各種成果觀摩會，讓本校及外校相關系所參觀交流。 C.計畫執行中之管考查核點(滿兩年) a.以列管方式，對儀器採購完成、安裝、設定、測試、驗收等列出時間表。 b.管理實驗室設置執行各項工作進度表。 D.計畫執行成果之管考查核點(滿兩年) a.管理實驗室各區完成驗收並能開始運作。 b.公開發表各新增課程之教材大綱及內容，邀請國內大學院校知名相關 專長教授指導改進。 c.擬定成立「微機電元件設計與製造技術」學程計畫。 d.舉辦各種成果觀摩會，讓本校及外校相關系所參觀交流。 E.計畫執行後之管考查核點(三年內) a.建立全校共通實驗室之操作規範及使用規則。 91
b.考核、追蹤參與教師三年內研發成果發表件數。 c.考核、追蹤參與教師三年內提出各種產學、建教輔導案及專題計畫案。 d.考核、追蹤參與教師三年內微機電元件設計與製造技術關鍵技術移轉 案。 e.考核、追蹤及檢討共通實驗室營運狀況及業績。 f.考核、追蹤產學合作教育訓練及推廣、服務等業務之成績。 g.考核、追蹤工學院系際間之整合成效。 h.建立實驗室網站(首頁)，並與其他相關單位網站連結，促進資源共享。 附錄一：微機電元件設計與製造應用特色實驗室管理辦法 一、教育訓練: 儀器購入第一年由管理老師負責開授儀器之原理、構造與 安全須知八小時，由各研究室派研究生上課。第二年起由 各研究室做好經驗傳承，經指導教授認可後，方可由新手 操作以維護精密儀器之妥善率。另相關專題之大學部之學 92
生，亦須經管理老師與指導教授認可後，並在接受八小時 之實際操作訓練後，始可獨立作業。 二、使用方式: 1.採預約制或排定教學時段，使用前先至儀器放置地點登記預約， 同一研究室每次預約不得超過三天，但管理老師有權彈性調整預 約時間，以維護他人使用之權益。 2.預約使用時間為上午八點至下午五點，遇例假日恕不開放。 3.使用完畢後必需登錄儀器使用狀況，包括使用之日期、起訖時間、 操作者姓名、儀器妥善狀況等。 三、收費: 1. 排定教學時段，由排定課程之系、所負責繳納使用維護費。以每 樣品數或是每鐘點暫定 800 元為收費標準。 2.所收費用必須做為儀器維修與消耗品支出之基金，管理老師不定 期向圖儀委員會報告基金運作情形。 四、儀器維修: 由管理老師負責，以樣品或鐘點收費之基金支應儀器維修 與消耗品支出。 五、表簿冊: 在儀器放置地點建立預約登記簿與使用狀況登記簿，使用 者請依規定填寫。使用者若填寫不實，管理老師有權拒絕其 預約與使用。 六、安全規定: 不得於實驗室內嘻鬧、也不得攜帶食物及飲料，並注意遵守 相關之安全防護措施與規定，若有違反規定者，管理老師 有權拒絕其預約與使用。 七、其他: 其他使用與管理規定依實際需求狀況隨時修訂或補充之。 93
附錄二、微機電元件第一年研究團隊研究成果 本計畫「微機電元件設計與製造教學暨研究特色實驗室」的第一年計畫中，主要是以建 構實驗設備及理論分析為主，因此所參與的共同主持人之背景以機械類居多，但所參 與的共同主持人相當的踴躍，其中含車輛工程系的戴昌賢教授、林秋豐教授、蔡健雄副 教授、陳勇全副教授及陳立文副教授，機械系吳德和教授，材料所陳文照教授、盧威華 助理教授及傅龍明助理教授，以及外校中山大學機電系林哲信助理教授、 大葉大學機械 與自動化系李佳言助理教授、 樹德科技大學室內設計系周伯丞助理教授及成功大學建築 系江哲銘教授等。 2005 年至今（2006/4）我們團隊所發表有關微機電元件的國際期刊 從 已刊登及被接受的文章有 SCI:17 篇、 EI:4 篇、審查中的有 7 篇(皆為 SCI)、專利申請有 2 件，其詳細資料如下的參考資料，從參考資料中可以發現上述所列的所有共同主持 人皆有參與此計畫之執行，而在當初計畫書中所列的共同主持人有 17 位，目前有研究 成果的有 13 位，而其餘的共同主持人並非沒有參與此計畫，而是因為其專長較適合計 畫執行的第二與第三年度。 而在專題計畫及產學合作部份，大部分的共同主持人皆有申 請 1 至 2 個計畫，但因 95 年國科會計畫尚未供佈，因此此部分也無法完整說明。 參考資料(2005~2006/4) Accepted paper Chien-Hsiung Tsai( 蔡健雄), Chang-Hsien Tai( 戴昌賢), Lung-Ming Fu ＊ ( 傅龍明) and Fu- Bin Wu, “Experimental and Numerical Analysis of the Geometry Effects of Low- Dispersion Turns in Microfluidic Systems,” Journal of Micromechanics and Microengineering, 15, 377-385, 2005. (SCI) Chien-Hsiung Tsai(蔡健雄), Ruey-Jen Yang, Chang-Hsien Tai(戴昌賢) and Lung-Ming Fu ＊ ( 傅 龍 明 ), “Numerical Simulation of Electrokinetic Injection Techniques in Capillary Electrophoresis Microchips,” Electrophoresis, 26, 674-686, 2005. (SCI) Lung-Ming Fu(傅龍明), Ruey-Jen Yang and Che-Hsin Lin＊(林哲信) and Yu-Sheng Chien, “A Novel Microfluidic Mixer Utilizing Electrokinetic Driving Forces under Low Switching Frequency,” Electrophoresis, 26, 1814-1824, 2005. (SCI) Che-Hsin Lin( 林 哲 信 ), Chien-Hsiung Tsai( 蔡 健 雄 ), and Lung-Ming Fu ＊ ( 傅 龍 明 ), “A Rapid 3-Dimensional Vortex Micromixer Utilizing Self-Rotation Effect under Low Reynolds Number Conditions,” Journal of Micromechanics and Microengineering, 15, 935-943, 2005. (SCI) 94
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D.H. Wu(吳德和), Y.H. Lin, “Directional response analysis of tractor-trailer with multi-axle- steering carrying liquid load,” SAE Technical paper 0415, 2005 (EI) Submitted paper Che-Hsin Lin( 林哲信), Lung-Ming Fu ＊ ( 傅龍明) and Min-Zhong Huang, “A Novel Fast DNA Digestion System,” submitted to Nucleic Acids Research, 2006. (SCI, IF =7.26) Chia-Yen Lee( 李佳言 ), Chien-Hsiung Tsai( 蔡健雄), Che-Hsin Lin*( 林哲信) and Lung- Ming Fu ＊ ( 傅 龍 明 ), “Interactively Time-Pulsed Microfluidic Mixers in Microchip,” submitted to Chemical Engineering Journal, 2006. (SCI) Lung-Ming Fu( 傅龍明), Che-Hsin Lin ＊ ( 林哲信), Yu-Sheng Chien and Tsung-Yao Chang, “A Novel Pinched-Switching T-form Mixer for Fast DNA Digestion,” submitted to Lab on a Chip, 2006. (SCI) Che-Hsin Lin( 林哲信), Chien-Hsiung Tsai( 蔡健雄) and Lung-Ming Fu*( 傅龍明), “Rapid Circular Microfluidic Mixer Utilizing Unbalance Driving Force,” submitted to Biomedical Microdevices, 2006. (SCI) Min-Zhong Huang, Ruey-Jen Yang, Chang-Hsien Tai( 戴昌賢), Chien-Hsiung Tsai*( 蔡健 雄 ), Lung-Ming Fu*( 傅 龍 明 ), “Application of electrokinetic instability flow for enhanced micromixing in cross-shaped microchannel,” submitted to Biomedical Microdevices, 2006. (SCI) Rong-Hua Ma, Chia-Yen Lee( 李佳言), Yu-Hsiang Wang, Lung-Ming Fu( 傅龍明), Chien- Hsiung Tsai(蔡健雄), Po-Chen Chou(周伯丞), “A Pt-based Piezoresistive Gas Flow Meter Utilizing a Micro-cantilever Structure,” submitted to Biosensor sand Bioelectronics, 2006. (SCI) Chien-Hsiung Tsai( 蔡健雄), Chin-Lung Chang and Lung-Ming Fu*( 傅龍明), “Design of High-resolution Analysis Technique for Capillary Electrophoresis Microchip,” submitted to Applied Physics Letters, 2006. (SCI; IF =4.308) 98
Patent “自旋微型混合器及其製造方法, Self-rotating micromixer and the method of making the same,” ROC patent pending, filed, 2005, with the filing no. 094101730. 中華民國 ROC IPO,發明人：林哲信 ，傅龍明 ，林岳鋒，蔡建雄 “ 一種以電滲透流驅動之微流體混合器 ” Filed on February, April 20, 2005 with the filing no. 093111002, 中華民國 ROC IPO,發明人： 林 哲 信 ， 傅 龍 明 ，簡育 生 (已獲準 ) 99
附錄三、計畫第一年所購置之儀器設備說明 此計畫第一年所購置之儀器設備說明如下 設備名稱 經費來源 購置日期 組裝情況、 與現有設備配合情況及使用課程 電子槍蒸 教育部 94/7 1. 整體組裝測試於 94/9 月底均完成 鍍機 2. 配合學校現有之微影設備可完整製作微 感測器 3. 使用課程含微機電導論、生物晶片製程 技術、微感測器製程技術、 薄膜製成與應 用、半導體製程技術及微機電製程技術 熱分析儀 教育部 94/9 1. 整體組裝測試於 94/10 月底均完成 DSC 2. 可配合材料所現有之檢測系統完成微元 件之熱分析 3. 使用課程含生物晶片製程技術、微感測 器製程技術、電子構裝技術、 複合材料及 微機電製程技術 化學抽氣 教育部 94/12 1. 整體組裝測試於 94/12 月底均完成 櫃（2 台） 2. 使用課程含微機電導論、生物晶片製程 技術、微感測器製程技術、 薄膜製成與應 用、半導體製程技術及微機電製程技術 快速真空 教育部 94/10 1. 整體組裝測試於 94/10 月底均完成 退火爐 2. 配合機械系半導體製程實驗室之儀器可 應用於微元件及材料上 3. 使用課程含微感測器製程技術、薄膜製 成與應用、半導體製程技術及微機電製 程技術 去離子水 教育部 94/12 1. 整體組裝測試於 94/120 月底均完成 機 2. 應用於現有之黃光室中 3. 使用課程含微機電導論、生物晶片製程 技術、微感測器製程技術、 薄膜製成與應 用、半導體製程技術及微機電製程技術 SEM 試片 教育部 94/11 1. 整體組裝測試於 94/11 月底均完成 鍍金機 2. 應用於機械系現有之電子顯微鏡上 3. 使用課程含電子顯微鏡學、微感測器製 程技術、薄膜製成與應用、 電子構裝技術、 半導體製程技術及微機電製程技術 多通道電 教育部 94/12 1. 整體組裝測試於 94/12 月底均完成 位阻抗測 100
試系統 2. 配合材料所微流生醫晶片實驗室之檢測 系統 3. 使用課程含微機電導論、生物晶片製程 技術、微感測器製程技術及微機電製程 技術 雷射光學 教育部 94/12 1. 整體組裝測試於 94/12 月底均完成 系統 2. 配合材料所微流生醫晶片實驗室之微晶 片製作設備 3. 使用課程含微機電導論、生物晶片製程 技術、微感測器製程技術及微機電製程 技術 掃描探針 校配合款 94/9 1. 整體組裝測試於 94/9 月底均完成 顯微鏡 2. 配合半導體製程實驗室之儀器可應用於 微元件及材料上 3. 使用課程含電子顯微鏡學、微機電導論、 生物晶片製程技術、微感測器製程技術、 電子構裝技術、複合材料、薄膜製成與應 用、半導體製程技術及微機電製程技術 101
附錄四、微機電元件設計學程之規劃 微機電元件學程規劃包括規劃表、開授課程、以及課程內容大綱。 學程規劃包括規劃表 對象 █_四技四,二技二,碩一_學生(四技、 大學、 二技、碩士生) █ _車輛系、 _機械系_、 生工系、 環工系、材料系學生 □_______年級學生(二專、五專) □先修_______、_______、_______課程者 □進修部學生 □選修_______學程學生 修習本學程(模組課程)可從事之職類職種 1. __電子,電機業__人員 2. ___生物科技業__ 人員 3. __機械,精密機械業人員 學(課)程特色 ▓跨領域學(課)程 ▓第二專長學(課)程(如技術轉應用) □專業證照學(課)程 □創業學(課)程 □國家證書學(課)程 ▓進階學(課)程 □競賽學(課)程 □國際化能力學(課)程 本學程特色、目標 微機電系統(Micro-Electro-Mechanical-Systems, MEMS)製程 技術具有將傳統大型生化分析或檢測設備微小化之能力，除縮小其尺寸外，更 可增加其分析速度與簡化人為操作程序，因此在分析化學與生物醫學方面之應 用深受矚目。 利用微系統技術將分析儀器微型化並整合於一小面積之生醫晶片上， 不但可大幅降低檢測之成本、 增加檢測分析之速度，另外也大幅增加偵測之靈敏 度，因此微機電系統製程技術是未來深具發展潛力的一種關鍵性科技。 本課程的主要目的在於利用屏科大現有的設備(機械系無塵室及 MBLab 的測試設備)及微機電相關軟體(Fluent, CFDRC and ANSIS)，設計一套 完整的微機電製程技術學程，讓學生能親自設計、 分析、 製造及測試生醫晶片及 微感測器等微機電相關成品，讓學生能成為微機電及半導體製程技術方面的專 業人才，一畢業就符合職場上需求。 本課程的主要特色在於微機電製程技術的實物操作與理論分析的整合與應 用。本學程的課程內容包括微機電導論、 生醫晶片製程技術、 電腦輔助微熱流及微 固力分析與微感測器製程技術，為使理論與實務互相結合，學員在修課過程中 均需配合實作方面的訓練，因此，本課程的學員均能熟習職場上的微機電及半 導體製程技術與分析所使用的工具。 在課程規劃中將朝向兩種業者的專家來配合此就業學程的推動，一為商用 軟體業者的專家(已經接洽的有:虎門科技、 智泰科技、 勢流科技、 美商綺城科技.. 等公司)，另一為微機電及半導體製造業者的專家(已經接洽的有:鳴峰工程、宏 碁電腦、 奇美電子、大地光纖及華立企業等公司)。 而在學界中本課程也規劃兩位 在生醫晶片及微感測器中獲得數項國內外專利的專家一起參與。 而整個就業學程 的初步規劃邏輯在於讓學生先了解微機電的基本概論，再學習生醫晶片及微感 測器的製程技術。 接下來的課程則是學習一些微機電的分析軟體，配合這些微機 電的分析軟體，能讓學員更了解微機電的設計與製作。 習得這個就業學程的學生，均有微機電及半導體製程技術及分析的專業能 102
力。其就業的管道則無論是生物科技產業或是半導體、顯示器、光電產業、消費性 電子產業、精密機械產業、商用軟體業均能夠從事。 開課時 課程名稱 開設系所 授課 學分 課程大綱 時數 間 / 教師 數 上課 實習(作) 小計 學制/年 (校內外) 級 傅龍明 上學期 微 機 電 導 論 車輛系,機 3 詳見附件 36 18 54 三學分 械系,材料 系,生工系 傅龍明 上學期 生 物 晶 片 製 車輛系,機 3 詳見附件 36 18 54 程 技 術 ； 三 械系,材料 學分 系,生工系 林秋豐 上學期 微 感 測 器 原 車輛系,機 3 詳見附件 36 18 54 理；三學分 械系,材料 吳德和 系,生工系 開授課程 上學期 電腦輔助設 車輛系,機 張金龍 詳見附件 27 27 54 計(Auto 械系,材料 CAD 含實習)；系,生工系 三學分 3 下學期 產 業 界 常 用 車輛系,機 戴昌賢 3 詳見附件 27 27 54 微 機 電 及 微 械系,材料 流 體 軟 體 實 系,生工系 蔡建雄 習；三學分 業界教 師 下學期 微 感 測 器 製 車輛系,機 傅龍明 3 詳見附件 27 27 54 程 技 術 ； 三 械系,材料 學分 系,生工系 李佳言 下學期 微機電製程 車輛系,機 傅龍明 詳見附件 27 27 54 技術；三學 械系,材料 分 系,生工系 業界教 3 師 下學期 有限元素分 車輛系,機 陳勇全 3 詳見附件 27 27 54 析導論 械系,材料 103 系,生工系
課程內容大綱 課程名稱 微機電導論；三學分 課程內容大綱 本課程介紹微機電基本設備及相關的製程技術，為此學程之初 學課程。本課程包含微機電概要、設備、渡膜、加工方法、光刻法、濕式 蝕刻法、乾式蝕刻法及接合方法等。 課程名稱 生物晶片製程技術；三學分 課程內容大綱 本課程之主要介紹生物晶片的應用及其各項實驗的實際操 作。內容包括簡介生物學及生物技術，基礎的微機電製程，生物 感測器之基本原理及生物微機電、生醫晶片。 課程名稱 產業界常用微機電及微流體軟體實習；三學分 課程內容大綱 本課程主要讓學生了解商業軟體在微機電及微流體上的應用， 並讓學生熟悉這方面常用之商業軟體，包括微流體及流固整合上常 用之 CFDRC、STARTCD、Fluent、ANASYS 等軟體。使學生了解一些微 機電之商用軟體之操作步驟與實際問題之解析，以獲得實際上機實 習之經驗。 課程名稱 微感測器製程技術；三學分 課程內容大綱 本課程主要內容為微感測器原理及製程技術，此課程仍以以實 作為主，讓學生從畫光罩、渡膜、蝕刻、接合到微感測器成品及測試都 親自參與，真正的學習到微感測器製程技術。 課程名稱 電腦輔助設計(Auto CAD 含實習)；三學分 課程內容大綱 本課程要旨為介紹目前及未來將廣泛地應用於產業界的電腦輔 助設計。著重於介紹分析方法之基本原理，理論及求解方法之推導， 同時介紹如何使用軟體，使學生由實例分析了解設計與分析之架構， 包括前處理、求解及後處理程序，使學生具備由理論分析到數值求解 之實際經驗，技術，最後達到電腦整合製造之境界。 課程名稱 微機電製程技術；三學分 104
課程內容大綱 本課程之目的：在介紹微機電製程技術中之主要流程及使用之 機械設備，以供相關科系有興趣之同學修習，以便對國家重要產業 有所瞭解。內容包括：了解微機電系統之製程，討論微型感知器及致 動器的製程及工作原理，真空技術，參雜方法，光刻術，薄膜技術， 製程規劃，實例探討。 課程名稱 有限元素分析導論；三學分 課程內容大綱 本課程介紹有限元素方法之基本原理，理論及求解方法之推導 ， 同時介紹使用有限分析軟體，使學生由實例分析了解有限元素模型 之架構，包括前處理、求解及後處理程序，使學生具備由理論分析到 數值求解之實際經驗，課程著重於有限員素分析之基本概念之建立 與應用，作業涵蓋結構靜力、熱傳及動態分析等問題。 105

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微機電元件設計與製造教學與研究整合計畫

  • 1.
    九十五年度技專院校發展學校重點特色暨推動技專院校整合專 案計劃 94 年度計劃執行報告暨 95 年度計畫書 申請項目: 發展學校重點特色 計畫名稱：微機電元件設計與製造教學與研究整合計畫 申請學校：屏東科技大學 主持人: 單位 工學院院長室 職稱 院長 姓名 戴昌賢 教授 電話 (08)7740431 傳真 (08)7740448 聯絡人: 單位 環境工程與科學系 職稱 教授 姓名 薩支高 電話 (08) 7740137 1
  • 2.
    傳真 (08) 7740395 e-mail: jsah@mail.npust.edu.tw 修 正 日 期：中華民國九十五年四月二十日 2
  • 3.
    計劃內容大綱 Part I: 94年度計劃執行報告 Part II: 95 年度計畫書 壹、微機電元件設計與製造教學暨研究特色實驗室 …………………… - -3 貳、主要執行人力 ………………………………………………………… 3 參、背景及現況 …………………………………………………………… 5 肆、計畫目標 ……………………………………………………………… 20 伍、發展重點特色項目 …………………………………………………… 25 3
  • 4.
    陸、現有軟硬體設施概況 ………………………………………………… 27 柒、具體內容及配合措施………………………………………………… 37 捌、充實軟硬體設施 ……………………………………………………… 47 玖、實施進度與分工 ……………………………………………………… 50 拾、經費需求及來源 ……………………………………………………… 51 拾壹、研究團隊之實驗室與 主要研究成果 ……………………………… 60 拾貳、預期成效及影響 …………………………………………………… 84 拾參、觀摩與展示活動規劃 ……………………………………… ……… 86 附錄一、微機電元件設計與製造教學暨研究特色實驗室管 理辦法 …… 89 4
  • 5.
    附錄二、微機電元件第一年研究團隊研究成果 ………………………… 90 附錄三、計畫第一年所購置之儀器設備說明 …………………………… 94 附錄四、微機電元件設計學程之規劃 …………………………………… 96 Part II: 95 年度計畫書 壹、微機電元件設計與製造教學暨研究特色實驗室 微機電元件設計與製造教學暨研究特色實驗室為本校工學院之發展重 點之一，主要希望朝向微機電元件之教學與研製方面，整合本校工學院現 有之材料工程研究所、機械工程系、車輛工程系、環境工程與科學系、土木工 程系與生物系統工程系等相關科系中之師資，成立微機電元件教學研究中 心，以期使學生對微機電元件理論、 設計與製造有深入之了解，於教學、設 計、與研發之各領域能同時提昇，而成為屏東科技大學工學院之教學特色。 5
  • 6.
    教學部分已進行微機電元件學程，藉由基礎學理之教授，並搭配相關 實習課程，而達到培養具實作能力的技專校院學生。於研究方面，本計畫 之研究團隊已架構完成，藉由整合校內外之人力與硬體資源、以及此專案 整合計畫多年之相關補助，達到充分且有效運用原本分屬各單位或實驗室 之主要儀器，經由跨校、跨系之合作與支援，而使個別教師與整體團隊之 研究能量充分發揮，最後得以提昇本校與技專校院的整體研發成果。 貳、主要執行人力 類 別 姓 名 申服務機關/系所 職 稱 備 註 計畫主持人 戴昌賢 國立屏東科技大學 教授 工學院院長 車輛工程系 共同主持人 薩支高 國立屏東科技大學 教授 系主任 環境科學與工程系 共同主持人 陳瑞仁 國立屏東科技大學 教授 環境科學與工程系 共同主持人 葉桂君 國立屏東科技大學 教授 環境科學與工程系 共同主持人 張國慶 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 林傑 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 李嘉塗 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 廖秋榮 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 許正一 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 陳庭堅 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 王萬拱 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 6
  • 7.
    共同主持人 郭文健 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 黃益助 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 邱瑞宇 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 林耀堅 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 黃武章 國立屏東科技大學 副教授 環境科學與工程系 共同主持人 謝季吟 國立屏東科技大學 助理教授 環境科學與工程系 共同主持人 余伍洲 國立屏東科技大學 助理教授 環境科學與工程系 共同主持人 趙浩然 國立屏東科技大學 助理教授 環境科學與工程系 共同主持人 謝連德 國立屏東科技大學 助理教授 環境科學與工程系 共同主持人 黃國琳 國立屏東科技大學 助理教授 環境科學與工程系 共同主持人 陳冠中 國立屏東科技大學 助理教授 環境科學與工程系 共同主持人 傅龍明 國立屏東科技大學 助理教授 材料工程研究所 共同主持人 陳文照 國立屏東科技大學 教授 所長 材料工程研究所 計畫聯絡人 姓 名 ： 薩 支 高 電 話 ： （ 公 ） （ 08 ） 7703202 轉 7084 通訊地址 屏東縣內埔鄉 91201 學府路 1 號 國立屏東科技大學 傳真號碼 （08）77402 E-mail jsah@mail.npust.edu.tw 56 參、背景及現況： 7
  • 8.
    2003 年行政院提出「六年國家總體建設計畫」，其中最受矚目的 「兩兆雙星」產業政策，明確勾勒出我國新興產業政策方向。而目前及未 來國家發展的重點主要為「奈米科技「生物科技「航太「光電」 」 、 」 、 」 、 及 「半導體」等領域皆與微奈米科技有相當密切的關係。顯見微奈米之高科 技產業已成為 21 世紀產業發展的主流。為了加速提升微奈米科技相關 產業所需之技術及人才，政府結合產官學研各界積極的投入，期能整 合各界之助力，營造產業良好的競爭實力及掌握發展之契機。 材料科學屬於基礎科學和應用工程間的橋樑，包括材料設計 (含 合成、配方)、製程、加工／處理、檢測評估、保固、利用等技術，在各項系 統產品之設計、製造、生產過程中均扮演著不可或缺的角色。往往新素 材的出現和使用才促使技術革新，並孕育成新產業。可說深深影響整 個經濟和社會之發展；同時，材料技術的突破又提供新材料的研製和 開發嶄新的條件和契機。但是，任何國家的天然物質和人力資源均屬 有限，因此環保產業為適應社會之需要而誕生。環境保護科學與工程 與各產業間應是彼此唇齒相依地成長、茁壯。任何足以嚴重傷害環境利 益的產品與行為，在未來二十一世紀恐怕無法長遠存在。 由於工業產品朝向輕薄短小的發展趨勢，3C 產業之蓬勃發展以 及未來充滿生機之生技產業崛起等因素，導致近年來工業界對微機電 元件日益重視。事實上十微米(μm)至數亳米(mm)尺寸之二次元/三次 元微小元件已被廣泛應用，如各式微細噴嘴、鏡片、微感測器、微馬達、 微齒輪、微致動元件、紡口、光纖管套、生物晶片、訊號處理機及微引動 器等；其應用領域極為廣泛，包括室內外環境監控(如圖一所示)等等 製造業、自動化、資訊與通訊、航太工業、汽車(如圖二所示)、精密量測儀 8
  • 9.
    器、交通運輸、土木營建、環境保護、農林漁牧、 產業、 3C 生技/醫療福祉 (如圖三所示)。目前微機電元件應用市場如表一所示，至 2003 年全 球共計有 343 億美元之市場需求。其未來新興市場預估如表二所示， 至 2003 年全球已具有 42 億美元之市場需求。而依據 NEXUS 的預 估，2005 年全球微機電元件的市場規模將成長至 700 億美元。 微機電元件 （Micro-Electro-Mechanical Device），是一 種涵蓋許多應用領域的技術，包括機械、電機、材料、化學、物理、光學、 生醫……等。它是繼電子元件與系統微小化對人類生活造成革命性影響 之後，試圖將機械元件或系統也微小化，甚至也進一步在光學、生醫、 化學、環境及其他的各類感測器、致動器與儀器設備等微小化，所以可 預見未來微機電系統將對人類社會產生另一波重大的影響。在現代尖 端科技產品逐漸強調輕、薄、短、小的需求之下，微機電技術將成為不 可或缺的功臣之一，特別是強調整合不同領域之特性，希望能達到積 體化、高效率化、智慧化、低成本化、可量產化和高附加價值之目標。因 此屏東科大工學院之發展重點之一，主要希望朝向微感測器之研製方 面，並整合現有之材料工程研究所、機械工程系、車輛工程系、環境工 程系與生物系統工程系等相關科系中之師資，成立微感測器教學研究 中心，以期能由微感測學之製造到各方面的應用都能兼顧使學生能對 微感測器之製作應有深入之了解並成為屏東科技大學工學院之教學特 色。 9
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    室內空 空調 氣品質 有害 燈光 氣體 舒適性 感測器 控制 警告 安 火災 控 制 全 警報 家電 感 感 產品 緊急 測 測 警報 器 機械 外物 設備 入侵 警報 監測 感測器 生物 , 監測 醫療氣 功能 候條件 圖一、智慧型建築感測器系統 圖二、汽車上所使用的微感測器 10
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    b c a、微陣列（呈色後影像） d e 圖三、利用微機電製程技術製作之微陣列晶片 表一 目前微機電元件的應用產品 1998 年 2003 年 產品名稱 數量（千個） 金額（百 數量（千個） 金額（百萬美 萬美元） 元） Hard disc drive 530,000 4,500 1,500,000 12,000 heads Inkjet printer 100,000 4,400 500,000 10,000 heads Heart pacemakers 500 1,000 800 3,700 In vitro 700,000 450 4,000,000 2,800 diagnostics Hearing aids 4,000 1,150 7,000 2,000 Pressure sensors 115,000 600 309,000 1,300 Chemical sensors 100,000 300 400,000 800 Accelerometers 24,000 240 90,000 430 Gyroscopes 6,000 150 30,000 360 Magnet resistive 15,000 20 60,000 60 sensors Totals 13,033 34,290 11
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    表二 微機電元件產品之新興市場 1998 年 2003 年 產品名稱 數量（千個） 金額（百 數量（千個） 金額（百萬美 萬美元） 元） Drug delivery 1,000 10 100,000 1,000 system Optical switch 1,000 50 40,000 1,000 Lab on chip 100,000 1,000 Magnet optical 10 1 100,000 500 heads Projection valves 100 10 1,000 300 Coil on chip 20,000 10 600,000 100 Micro relay 0.1 50,000 100 Micro motors 100 5 2,000 80 Inclinometers 1,000 10 20,000 70 Injection nozzles 10,000 10 30,000 30 Anti collision 10 0.5 2,000 20 sensors Electronic noses 1 0.1 50 5 Totals 107 4,205 微型感測器為微機電系統中之一大重要元件（圖四），藉由其感 測環境或特定位置之物理量（例如溫度、壓力、溼度、流量、氣體濃度 等），輸出類比訊號進入微控制器，微控制器將類比訊號轉換為數位 訊號後進行運算與處理，進而決定微致動器參數並驅動微致動器。從 1998~2008 年，微感測器的全球市場產值正以每年 4.5％成長率持 續成長，預計到 2008 年將會有美金 506 億的產值產生，實為一不 可忽視的新興工業部門（圖五）。與傳統控制系統不同之處為微機電系 統外形輪廓尺寸在毫米至微米等級（10-3m~10-6 m），可擷取極小 區域或位置之物理量，對聲、 電、 磁、 光、 熱、 運動等資訊進行感測、識別、 12
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    控制和處理。近十年來，微機電技術已被廣泛應用在日常生活中，如硬 碟機的讀取頭、汽車胎壓計、汽車安全氣囊之加速度感測器、助聽器及心 律調整器、噴墨頭以及數位顯示設備等，都是發展成熟的微機電系統產 品。 圖四、微機電系統架構圖 本學院延續自屏東農專時期，現有科系之設備正慢慢地從傳統式 之老舊儀器逐步更新，但隨著近幾年的科技突進，實無法跟進其快速 變化腳步，且更無法因應國內科技產業升級和新興技術新趨勢發展所 需的人才訓練之用。因此，當全球正以新興的微奈米科技開始進入初始 開墾的時期，本學院也得搭上此高速科技列車，並以更宏觀的全球視 野規劃整體中長程計劃，購置高科技儀器而能讓本學院之學生接受一 系列的新興科技訓練，以利將來投入職場，協助產業升級。 13
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    圖五、 2008 年全球感測器市場發展預測（IntechnoConsulting, 1999） 微機電元件設計與製造涵蓋許多相關產業，也包含許多關鍵性技 術的開發，且需要有足夠的科技經驗的累積才能克服，如圖六及表三 所示，因此本計畫必須集合本校相關系所才能順利完成，也可以藉由 此一計畫整合校內資源，包含先前教育部的半導體製程設備教學提昇 計畫實驗室（機械系 2001~2003）及教育部的奈米製程研發中心計 畫實驗室（機械系 2004）之資源的整合，使資源能充分的運用，並 可促進不同系所教師間交流與合作，讓各教師之研究能量能更加的提 升，此外本計畫也希望對下列各項進行教學研究，其中包含傳統式室 內（揮發性有機物(Volatile Organic Compounds，VOC)）之量測系統架 構技術及金屬鍍膜技術（濺鍍、蒸鍍等）整合本校相關系所成立一微感 測器製程技術及室內環境檢測中心。承蒙貴部厚愛，已於 2005 年通 過本計畫第一年的申請，並原則同意補助本計劃三年之經費。 14
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    微 機 電元 件 設 計 與 製 造 技 術 系統技術 材料效應 微技術 系統概念 各種材料 信號及資 光纖 靜電力 訊處理 層技術 壓電效應 系統設計 微力學 電磁場 與模擬 微電子 磁限及電限 系統測試 微光學及 形狀記憶 及診斷 積體光學 效應 連接技術 微成型 生物及化 封裝技術 微流體 學效應 標準化 圖六、微機電元件設計與製造所涵蓋之技術關聯圖 15
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    本計畫的第一年將重點放在微感測器及生物晶片之設計與製造上。而 今年則朝向將微感測器的設計與製造成果使用在日常環境中的監控應用。 微感測器，若依據能量領域(Energy domains)來分，可分成六大領域， 其 分別 是 電 (Electrical) 、 熱 (Thermal) 、 輻 射 (Radiation) 、 機 械 (Mechanical)、磁性(Magnetic)、生物(化學)(Bio(chemical))。以生 物感測器為例，其作用原理之說明如後所述。各種生物感測器與生物檢測 系統是以生體機能性材料(Bio-functional material)配合電化學裝置(Electro- chemical device)組合而成的檢測系統，其主要的原理與構成是以在生物機 能性膜上進行生物催化反應，生成的化學物質、光、熱、聲波等信號，分別 以電極或半導體、熱變電阻器、光子計數器、聲波檢測器等，使其轉變為電 氣信號再以電子裝置進行檢測與紀錄，並連線設計成為自動化檢測系統， 其基本組成如圖七所示。雖然生物感測器具有廣泛的應用範圍，但商品化 成功的案例不多，主要問題在於生物機能性材料合成及信號轉換系統等兩 方面進行。 生物機能性材料方面 : 首先必須克服生物性材料的脆弱性與不安定性，在維持其暨有的特 異選擇性的同時，又能改善其安定性與靈敏度，下面說明本計畫第一年 已執行之具體研究項目: (1) 利 用 蛋 白 質 工 程 技 術 ， 以 位 置 導 向 變 異 法 (site-directed mutagenesis)進行 胺 基酸置換，增進對蛋白質安定性機制的了解，以促 成更安定蛋白質之生產。 16
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    樣品中的干擾物 被固定化的生物活性物質 (酵素、抗體、抗原、 胞器、微生物、組織) 發生專一性 反應 固定化生物活性物質的擔體 專一性的生化反應信號 Sensing layer 信號轉換器:各式電極、 壓電晶體、 光學裝置、 熱變電阻器、 FET、 ISFE等 可以量測及判斷的反應信號 放大器及信號處理系統 待測物的資料輸出(包括:種類、濃度等) 圖七、生物感測器組成示意圖 生物機能材料合成：可由下面方法著手。 17
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    (2) 特 異生 物 膜 的 遴 選 ， 生 物 膜 上 存 有 各 種 化 學 受 體 (chemoreceptors)，對毒物、藥物具有選擇辨別之能力，若能了解其運作 機制，就可作為生物感測器的選擇性識別部位。 (3)開發具有活化性的單源抗體(catalytic monoclonal antibody)，單 源抗體分子具有良好識別能力與安定性，若能賦予催化活性，則能成 為生物感測器之絕佳生體機能性材料。 信號轉換系統方面： 一般常用的信號轉換器材包括各式電極、離子選擇性電場效應電晶 體、光電管、聲波計數器、熱變電阻器、壓電裝置及光纖等。 (1)電化學生物感測器技術(Electrochemical Biosensor): 例如酵素電極生物感測器，以電流方式測定溶液中葡萄糖濃度 ， 加快反應時間是本項技術的重要挑戰。 (2)半導體離子感測器: 應用不同的離子感應膜可以感應出不同的離子，如 Na+、 +、 2+ K Ca 等;超小型、多功能化及應答快速，是本項技術的研發重點。 (3)光纖生物感測器(Fiber-optic biosensor): 應用固定化一層適當的指示劑材料(如生物螢光物質、化學螢光物 質或染料)，當測定溶液內發生生化反應時，指示劑材料即發生 光學訊號，量測其變化即可測定出反應的種類。光纖感測器所需 技術包括:橢圓鏡技術、內部反射技術、漸逝波技術、光散射與折射 指數量測、表面薄膜共振技術及螢光偏極化技術。 (4)壓電晶體生物感測器: 18
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    在壓電晶體電極面上固定化一層生物分子辨識薄膜，即可用來 偵測相對應的化合物，如抗體體抗原、酵素素基質、激素素受體等，另 外，人工鼻亦是利用多陣列壓電晶體感測器所開發出的感測器;對於 結合特性生物辨認分子的壓電晶體感測器亦是未來努力目標之一。 生物晶片應用方面： 生物晶片是泛指採用半導體策略於生物性分析所產生的微小化裝 置，也就是將傳統大型的分析、檢驗等器具，予以微小化、積體化以及平 行多工化。生物晶片通常以矽晶片、玻璃或高分子為基質，以微小化技術 整合生物有機分子(如核酸或蛋白質)為生化探針，用來檢測或分析生物 性分子。生物晶片的體積小、反應快速並且能夠平行分析大量生物資訊， 因此適用於生化處理、分析、檢驗、新藥開發及環境監測等用途上。 微感測器在建築物室內的應用方面，其中包含甲醛、揮發性有機化 合物 VOCs(Volatile Organic Compounds)等的監控及智慧型 的微型氣象站的應用等等。在現代室內建材與家具中會釋出甲醛與 VOCs，其來源多半來自建材的生產、裝修以及清理過程所使用的有 機溶劑、黏著劑、填縫劑以及清潔劑等，該揮發有機物於室內空間中慢 慢逸散出來，直接影響室內人員的健康，很容易造成人體病變與環境 荷爾蒙錯亂，Wu, Li, Lee, Chiang 與 Su 等人曾發表我國辦公室 建築室內甲醛風險評估（Indoor Air, 13:1-5, 2003, 如圖八所示） 之調查，顯示國人遭遇甲醛致癌風險值高出可接受範圍約 100 倍，因 此微感測器在建築物室內的應用方面有其必要性的存在。表四為作業場 所幾種常見 VOC 的建議曝露值，我們將在本年度計畫中，將相關數 19
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    值的生物毒性反應值測出。以確定國人受室內 VOC 物質威脅的風險。 表四.國內作業場所 VOCs 曝露建議值 八小時日時量平 短時間時量平均 最高容許 生物指標 均容許濃度 容許濃度 濃度 BEIs TWA STEL CEILING 二氧化碳 10ppm(皮膚) 15ppm(皮膚) - - 二氧化硫 2ppm 4ppm - - 甲苯 100ppm(皮膚) 125ppm(皮膚) - 血液中甲苯 0.05mg/L 尿中 鄰甲酚 0.5mg/L(B)尿中 每克肌酸酐含馬 尿酸 1.6g(B、Ns) 甲醛 - - 1 ppm(瘤 - Indoor Air , 13:1-5, 2003 圖八、我國辦公室建築室內甲醛風險評估結果 20
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    從上述中可以很明顯地發現，其整個機制正是各領域的結合，且 其應用範圍相當廣泛。也因其應用範圍十分廣泛，近年來深受國內外產 官學研各界的重視，而行政院農業委員會又於 93 年度起所推動『屏東 生物科技技術園區』已陸續開始動工興建，未來最高容納廠商數預定 為一百二十家，預估十年後園區年度產值至少可達一百八十億元，為 南臺灣創造八千名就業機會。因此，不管是從教學、訓練或是研究的角 度來看，投入本前瞻性技術的研發與推廣，都有其絕對的必要性。當然， 本計劃的終極目的在於希望能將微機電元件之設計與製造技術提升， 在搭配相關的課程情況下每年能為國內微機電元件之設計與製造技術 等尖端產業培養出數百名以上的優秀專業人才，而能提昇國內高科技 的全球競爭力。 回顧本校校史，本校自創校以來，於農業教學研究方面，有著長 久的歷史，其中於農業生物技術方面之研究發展更廣受各方肯定 ;另外， 本校自民國八十年設立工學院，現已有機械工程系、水土保持系、環境 工程系、土木工程系、車輛工程系及生物系統工程系、材工程研究所及生 物機電研究所等八個系所，並分別於材料科技、機電整合、光電、感測、 生物系統技術及環境科學等方面，積極進行教學與研究，並陸續建立 多項研究設備與成果。因此，若能結合各系所資源，一方面利用現有資 源分享的工程分析軟體及相關硬體設備，充分利用有效資源進行進行 模擬研究分析，另一方面則須突破現有實驗設備之限制，進行實物的 感測、檢測與驗證。因此，一些較先進及精密的主體微機電元件設計與 21
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    製造及生物感測設備及相關環境測試與檢測配備，則為本計劃不可或 缺之設備。 本年度計畫擬結合本校工學院環工系所系所之專業人員組合一團 隊，並配合學校中程發展計劃之機電整合規劃，針對微機電元件之材 料、機械與環境環境分析作整合性之研究。同時，並藉由整體整合之微 機電元件技術基礎，可再進一步地跨入奈米科技及更微細之生物醫學 領域而為本世紀之人類打開更微妙的分子世界的大門，引領科學進入 另一個奇特的微觀邊緣領域。由於貴部第一年經費之挹注，目前研究順 利進行，很快地即將邁入第二年的室內空氣及飲水方面的監測應用。希 望能順利獲得相關經費協助，以利相關設備及教學研究的採買及改善 工作進行。 22
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    肆、計畫目標： 本計畫結合全校與微機電元件製造、量測技術與應用相關教學與研 究的各所系科和教師在材料工程研究所成立「微機電元件設計與製造 技術」共通實驗室，此實驗室之投入與產出於各方面之應用如圖九所 示。 行政資源 生醫技術 (生物系統工程系) 系統技術 (獸醫學系) (車輛工程系) 汽車技術 微機電元件共通實驗室 (車輛工程系) 微技術 建築物之室內環境技術 (機械工程系) (木材科學與設計系) (材料工程所) (成大建築系) (樹德科大室內設計系) 環境技術 (環境工程系) 材料 (食品科學系) (材料研究所) 製程工程 屏科大 (材料研究所) 相關系所 (大葉大學機械系) (中山大學機電系) 圖九、微機電元件共通實驗室投入之相關系所與技術 在第一年計畫中已由車輛工程系將提供系統技術及評估微機電元 件於汽車上使用之特性、材料工程研究所將提供微機電元件製程技術 及材料選用、機械工程系將提供微製程技術。未來一年中，環境科學與 工程系相關研究人員將評估微機電元件於室內空氣環境上使用之特性 23
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    及監控等之精確與精密度評估。當然，第一年的相關研究人員將提供 sensor 製造等支援。 最終目標是成立 ”微感測器製造及測試中心”及“室內空氣微 量污染物檢測中心” 並通過國家認證。現階段，此實驗室之產出可提 供材料工程研究所、車輛工程系、生物系統工程系、機械工程系、環境科 學與工程系、獸醫學系、食品科學系、木材科學與設計系及本校各所系 中心與微機電元件設計、製造、量測技術與應用相關之課程教學與研究 使用。另外本實驗室亦可提供產官學研合作計畫及學術科專研究使用， 目前本校已獲取國科會部分計畫在此方面的投入；此外本實驗室亦可 提供短期訓練課程與推廣教育之使用。 為能建立本校微機電元件設計與製造技術整合性特色之教學與研 究實驗室。本 計畫 第 一年以由本校工學院院長戴昌賢教授親自主 持，材料 工程研究所陳 文照所長執行行政推動及督導工作， 在車 輛工程系陳立文主任、環境科學與工程系薩支高主任、獸醫學系廖明輝 教授、機械工程系吳德和教授、食品科學系劉展冏副教授、木材科學與 設計系林芳銘副教授、生物系統工程系蔡循恆助理教授及相關教師共 同參與執行。第二年計畫中仍由院長戴昌賢教授親自主持，由本校 環工系的所有教授群投入相關研究與課程改善計畫。 本計畫的目標在教學課程方面將進行規劃「微機電元件學程」，於 基本學理知識傳授外，同時強調相關實習課程以達成培養具有實作能 力的學生。在教學設施方面則以新建立的 「微機電元件設計與製造特色 實驗室」及「住家環境安全評估實驗室」為基礎，並整合半導體製程設 備教學提昇計畫實驗室（機械系 2001~2003 教育部補助）及奈米 製程研發中心計畫實驗室（機械系 2004 教育部補助）之資源，並配 合去年新建立的「精密機械加工區「材料試驗室「微流體生醫晶 」 、 」 、 片 實驗室」 、 「薄膜實驗室」 、 「半導體實驗室」及原有的 「分子病毒學暨生物 24
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    技術實驗室「食品分析檢驗實驗室「室內人因環境實驗室「計 」 、 」、 」 、 算 流力及風洞實驗室「微感測器分析實驗室」 、 」 、 及「環境科技研究中心 」 ， 以形成完整而具有特色的微機電元件設計、開發與製造的人才訓練中 心。 而在研究方面，本計畫的目標在架構一個完整的微機電元件研究 團隊，涵蓋設計、模擬、製造、測試、 檢驗及封裝等非常完整的研究團隊， 並藉由此一計畫整合校內的資源，將現有的各實驗室之主要儀器設備 充分的運用，再加上此計畫所能提供的資源，架構一個以「微機電元 件設計與製造特色實驗室」為中心並可互相支援的特色研究中心（如 圖十所示），並達到跨院合作目的，讓各教師之研究能量能更加的提 升。 25
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    國立屏東科技大學 半導體製程設備教學實 驗室及奈米製程研發中 心 國立屏東科技大學 國立屏東科技大學 微流體生醫晶片實驗室 薄膜實驗室、半導體實驗 室 國立屏東科技大學 微機電元件設計與製造特色 國立屏東科技大學 實驗室暨住家環境安全檢測 國立屏東科技大學 分子病毒學生物技術實驗 中心 微感測器分析實驗室 室、生物檢測實驗室 圖十、參與本計畫之研究中心與實驗室合作架構圖 國立屏東科技大學 國立屏東科技大學 環境科技研究中心 計算流力及風洞實驗室 國立屏東科技大學 木質建材性能實驗室 國立成功大學 永續健康建築實驗室 (策略聯盟成開放實驗 26
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    另外，以往學生通常均只熟悉本科系之專業，對於其他領域之專 業知識大都沒有深入或是接觸不多。因此，為因應產品整體發展及整 合效果之需求，產業界對於跨領域之微機電元件整合人才之需求已是 時勢所趨不可避免。本計畫之執行除了培養微機電元件的設計、製造與 應用開發的人才外，同時也加強學生在材料分析、微精密加工、半導體 製程、生物科技及環境監控上的應用知能與技能，培育學生成為專業 之設計及分析之人才。因此有關微機電元件製程儀器及生物科技檢測 之訓練、實作，甚至成為可立即上線的技術專才，都是本計畫教學訓 練所考慮之重點，且是迫切需要加強及改進之處。為即將開始運作的 『屏東生物科技技術園區 』添加優秀的人才。 總而言之，在所規劃的 微機電元件設計與製造共通實驗室 』 『 符 合本校有關研究基礎與發展方向宏觀下，將以此特色實驗室為基礎， 陸續成立 ”微 感 測 器 製 造 及 測 試 中 心 ”及“室 內 空 氣 微 量 污 染 物 檢 測 中 心 ” 並通過國家認證，在培訓優秀人才及提升教師之研究能 量下，並持續推動求新求突破之科技教學與研究計畫，提出最具前瞻 性之重點特色項目。 27
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    伍、發展重點特色項目： 承上所言，為因應技職教育多元化及精緻化的目標，本計畫所提 的重點特色即是以培養微機電元件設計、製造、檢測與應用極需的微機 電製程的人才為主。 擬進行的重點特色項目有： 第一年(已完成) 1. 規劃「微機電元件設計與製造技術學程」，以因應現代產業發展的 趨勢； 2. 建立「微機電元件設計」、 「微機電元件製造」 「微機電元件應用」 與 實 作教學環境，落實微機電元件所需人才實際操作訓練的實習課程， 以提升教學品質； 3. 強化「半導體製程技術「超精密機械加工製程「精密量測技術 」 、 」 、 」 及「生物系統檢測與感測技術」等與微機電元件相關之製程與技術。 4. 增強學生在材料領域上有關材料特性、微機電、奈米科技、材料設計 等方面之能力。 28
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    第二年到第三年 1. 建築物室內環境有害氣体的監測分析(如一氧化碳、二氧化碳、甲醛 及揮發性有機化合物 VOCs(Volatile Organic Compounds)等的監測分 析) 2. 水與廢水的偵測分析與毒物含量的管制分析 3. 智慧型微型氣象站在建築室內環境之應用 4. 污染物含量的監測分析 5. 危險化學品的監測 6. 增強學生環境奈米、環境毒理等方面能力 7. 公共工程施工現場環境品質監測 8. 民生污水下水道水質品質長期監測 9. 農作物毒化來源分析應用 10.微晶片在交要道空氣品質長期監測 希望能在整個工學院及相關系所的整合之下，發展出真正的特色研究，並 朝學校中程規劃目標前進，而能成為同列於美、 日等先進國家之科技領 德、 先群。 29
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    陸、現有軟硬體設施概況： 本校工學院除了現有傳統機械工廠之設備，例如:油壓帶鋸機、多功 能熱處理爐、回火爐、鑽頭銑刀磨床、車刀研磨機、鑽床、車床、靈敏鑽床、 高週波爐、精密鑄造設備、陶模鑄造設備、高溫加熱爐、氣體銲接設施、電 弧銲接設施等，能幫助學生一些基本的製程訓練之外，並已逐年由學 校補助成立或是獲教育部補助成立一些較先進之實驗室（半導體製程 設備教學提昇計畫實驗室（機械系 2001~2003），奈米製程研發中 心計畫實驗室（機械系 2004））及由國科會補助之相關實驗設備， 可輔助本計劃之執行，例如: 一.無塵室及黃光室，其擁有下列相關設備與儀器: (1). 光阻塗佈機(Spinner) (2). 光罩對準機(Mask Aligner) (3). 光阻烘箱(Oven) (4). 熱墊板(hot plate) (5). 濕式蝕刻工作台(wet etching Bench) (6). 超音波洗淨機(ultrasonic) (7). 表面粗度儀(Tencor Alpha Step) 30
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    (8). 濺鍍機(Sputter) (9). 顯微鏡(Microscope) (10). 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM) 二.微流體生醫晶片實驗室 (1). 螢光顯微鏡 (2). 高溫爐及真空高溫爐 (3). 影像擷取系統之高階 CCD (4). 數位積分數據處理系統 (5). 影像擷取系統之 APD and PMT (Photo Multiplier Tube) (6). CFD-RC、Fluent 軟體 (7). 高壓電源供應器 (3000V) (8). 吸排兩用幫浦 (9). 防震光學桌 (10). 濺鍍機 三.精密量測實驗室，其擁有下列相關設備與儀器: (1). 真圓度機 31
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    (2). 雷射掃描測微器 (3).精密水平儀 (4). 光學顯微鏡 (5). 拉力計 (6). 物性分析儀 (7). 近紅外光分析儀 (8). 恆溫槽 四.精密加工實驗室，其擁有下列相關設備與儀器: (1). 150 W 脈衝式 Nd:YAG 雷射加工機 (2). 高精度三軸工作平臺 (3). 高精度切割裝置 (4). 高精度光纖導光焊接裝置 (5). 光學定位系統 (6). 冷卻系統 (7). 抽氣設備 (8). PC-Base CNC 伺服控制系統 (9). 高速車床 32
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    五.應用電子實驗室，其擁有下列相關設備與儀器: (1). 工業電子實習主機 (2). 示波器 (3). 數位 IC 感測器 (4). 類比 IC 感測器 (5). 感測元件系統 (6). 數位邏輯電路主機 (7). 數位邏輯電路模板 (8). 微電腦感測控制器 (9). 單晶片 (10).訊號產生器 (11).HP 數位示波器 六.生物檢測實驗室，其擁有下列相關設備與儀器: (1). 數位式應變規放大器 (2). 超音波探傷機 (3). 差動放大器 (4). 酸鹼度分析儀 (5). 導電度分析儀 33
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    (6). 濃氧值分析儀 (7).溫濕度感測器 (8). 紅外線測溫像分析儀 (9). 光度感測器 (10).色差儀 (11).葉綠素光合作用量子感測器 (12).紅外線感測器 (13).能量感測器 (14).紫外線 A 帶/B 帶感測器 (15).投射光/反射光感測器 七.電腦輔助工程分析實驗室，其擁有下列相關軟硬體: (1). 主機電腦 (2). 繪圖工作站及 GIGA 網路 (3). ABAQUS (4). STAR-CD (5). FIELD VIEW (6). ICEM CFD (7). MSC/PATRAN + NASTRAN 34
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    (8). MOLDFLOW(MPI)及 UG (9). COSMOS (10). VISUAL NASTRAN 4D (11).機構運動模擬系統(Rail) (12).數值模擬工作站 (13). MATFOR、MATLAB 八. 分子病毒學暨生物技術實驗室，其擁有下列相關設備與儀器: (1). 生物晶片系統 (2). PCR 反應擴增機 (3). 離心機 (4). 核酸雜交設備 (5). 核酸及蛋白質電泳設備 (6). 精密 PH 測定儀 (7). 高解析度 CCD 核酸照相設備 (8). 精密微量分注器 (9). 低溫迴轉式細菌及酵母菌振盪培養箱 (10). 蛋白質轉印套組 (11). 高溫高壓滅菌斧 35
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    (12). UV-crosslinker 九. 屏東科技大學儀器中心，可提供下列相關設備與儀器: (1). 多功能螢光／可視光／冷光分析儀 (2). 快速核酸合成系統 (3). 同步定量序列偵測系統 (4). 高效能液相層析儀 (5). 流式細胞儀 (6). 自動化微光機電系統 (7). 多功能蛋白質及核酸影像分析系統 (8). UV 全波長酵素免疫分析儀 (9). 電磁式高頻振動測試機 (10). 基因顯微注射系統 (11).軸流式風洞系統 (12).核酸自動純化系統 十.環工系現有設備與儀器 (1)Purge-trap GC (2)HPLC (3)Dichot-UAS,PS-1 採樣器 36
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    (23)原子吸收光譜儀 (24)比表面積儀 上述設備均可輔助本計畫之推展，但是誠如一開始所言，該設備 不能完全滿足本計畫之需求，而可作為擬發展重點之微機電元件之設 計與製造技術之先期基礎訓練與模擬所用。若要達成本計畫的實務目標， 則需添購一系列更精密的製程、生產和量測及測試系統設備。因此，「工 學院微機電元件之設計與製造技術教學暨研究特色實驗室」即是以培養 具上述微機電元件之設計與製造與實務應用之人才為主。換句話說，計 畫本身最重要的精神在於: 加強本院在這些方面之教學，讓學生藉由教 學及實習來熟悉這些設備原理、操作程序與及控制模式，進而培養產業 未來發展所需之微機電元件之設計與製造，生物感測晶片系統檢測與 製程分析技術，環境感測器系統之製作及量測分析以及相關的生物科 技與醫學技術，並整合工學院之所有資源，使各系所能發揮最大之教 學成果，讓學生能學習到產業界最迫切需要之專業設備及操控與製程 技術。因此，為達成此教學目標，現有之軟硬體設備必須加以整合及添 加或更新。 上述設備均可輔助本計畫之推展，但是誠如一開始所言，該設備 不能完全滿足本計畫之需求，而可作為擬發展重點之微機電元件之設 計與製造技術之先期基礎訓練與模擬所用。若要達成本計畫的實務目標， 38
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    則需添購一系列更精密的製程、生產和量測及測試系統設備。因此，「工 學院微機電元件之設計與製造技術教學暨研究特色實驗室」即是以培養 具上述微機電元件之設計與製造與實務應用之人才為主。換句話說，計 畫本身最重要的精神在於: 加強本院在這些方面之教學，讓學生藉由教 學及實習來熟悉這些設備原理、操作程序與及控制模式，進而培養產業 未來發展所需之微機電元件之設計與製造，生物感測晶片系統檢測與 製程分析技術，環境感測器系統之製作及量測分析以及相關的生物科 技與醫學技術，並整合工學院之所有資源，使各系所能發揮最大之教 學成果，讓學生能學習到產業界最迫切需要之專業設備及操控與製程 技術。因此，為達成此教學目標，現有之軟硬體設備必須加以整合及添 加或更新。 39
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    柒、具體內容及配合措施： 本計畫的執行涵蓋硬體設施的規劃、課程規劃、使用規劃和管理規 劃。先以配合工學院現有機械工程系、土木工程系、環境工程與科學系、 材料工程研究所、生物機電所、生物系統工程系和四技、二技和碩士班學 生相關實習課程所需設備的改進著手，進一步結合「微機電件設計與製 造技術實驗室」的規劃和實作環境的建立。同時擬定相關的使用和管理 辦法。 1. 硬體設施方面： 配合環工系現有的設備與「無塵及黃光室」、 「微流體生醫晶實驗 室」 奈米材料實驗室」 高分子材料實驗室」 精密機械加工區」 、 「 、 「 、 「 、 「薄膜實驗室」 、 「半導體實驗室」 、 「電腦輔助工程分析實驗室」、 「應 用電子實驗室」、 「生物檢測實驗室」、 「環境科技研究中心 「 」 分子病 、 毒學暨生物技術實驗室「食品分析檢驗實驗室 」 、 」 、 「精密量測實驗 室」、 「計算流力及風洞實驗室」 、 「微奈米感測器實驗室」 、 「微感測 器 分析實驗室」 「材料實驗室」 及 等相關輔助實驗室，成立一 微機電 「 元件設計與製造技術實驗室 」，並針對目前市場之強項需求導向 40
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    進行一系列之微機電元件之設計與製造技術，並可與另一相輔實 驗室相結合應運用，最終目標是成立一「微感測器製造及測試中 心」及「室內空氣微量污染物檢測中心 」並通過國家認證。 2. 課程規劃方面： 將以現有的四技、二技和碩士班課目（如表四、表五、表六、表七、 表八）為架構的基礎，結合相關老師在這些學程開發新課目，逐 漸達成完整的課程需求。 3. 使用規劃方面： 使用時段分為三類，以工學院各系所相關實習課程教學之需為 最優先；其次開放某些時段供碩士研究生做實驗及大學部學生專 題實作之應用；最後以支援本校老師研究時所需零件、設備之製作 和微機電元件工程技術服務中心對外服務時使用。此外，亦計劃成 立一微機電元件設計與製造技術研究小組，由參與研究的相關系 所推派代表組成，定期舉辦研究進度討論組，對於新增研究設備 則由申購系所負責保管，若其他研究人員需要使用，皆可徵得保 管單位同意後，進行教學研究使用。總之，其最終目的，在於能將 機具設備的能量充分發揮，避免閒置浪費發生。 41
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    4. 管理規劃方面： 貴重的精密設備取得的同時，必須有負責老師、研究生和系上 職員共同接受訓練，成為一組「種子操作維護人員 。 」 這些人員負 責 編寫操作、保養手冊並進一步培訓一般操作人員（如研究生），待 認可通過後，方允許其獨自操作。至於上實習課時，必需有「種子 操作維護人員」在場協助教學，以保障人員的安全和機器設備的使 用壽命。同時，設備的保養與維護依使用者付費的觀念，籌措維護 基金，因此，將會列入實驗室的管理使用辦法中，以期真正維持 該實驗室之實際存活率。其它相關之本特色實驗室之使用維護與管 理辦法請參閱附錄一之說明。 表四、四技現有課程（計畫第一年） 課 目 名 稱 學分 修課年 備 註 數 級 機械工程實習（一）：工廠 1 四技二上 預計修課總人數 200 實習 人 機械製造 3 四技二下 預計修課總人數 200 人 應用電子學 3 四技二下 預計修課總人數 200 人 Visual C++程式語言 2 四技二下 預計修課總人數 200 人 42
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    數位信號處理 3 四技三上 預計修課總人數 200 人 機電系統控制 3 四技三上 預計修課總人數 200 人 自動控制 3 四技三上 預計修課總人數 200 人 數值控制工具機 2 四技三下 預計修課總人數 200 人 數值控制工具機實習 1 四技三下 預計修課總人數 200 人 微機電概論 3 四技三下 預計修課總人數 200 人 機電整合 3 四技三下 預計修課總人數 200 人 實驗室晶片導論 3 四技四上 預計修課總人數 200 人 微機電製程技術 3 四技四上 預計修課總人數 200 人 工程光學 3 四技四上 預計修課總人數 200 人 光纖通訊概論 3 四技四上 預計修課總人數 200 人 熱處理與表面處理 3 四技四上 預計修課總人數 200 人 電腦整合製造 3 四技四下 預計修課總人數 200 43
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    人 電腦輔助工程與應用 3 四技四下 預計修課總人數 200 人 微流體與微熱傳 3 四技四下 預計修課總人數 200 人 表五、二技現有課程（計畫第一年） 課 目 名 稱 學分 修課年 備 註 數 級 自動控制 3 二技一上 預計修課總人數 200 人 機械設計原理 3 二技一上 預計修課總人數 200 人 熱傳學 3 二技一下 預計修課總人數 200 人 Visual C++程式語言 3 二技一下 預計修課總人數 200 人 電腦輔助設計 3 二技二上 預計修課總人數 200 人 微機電概論 3 二技二上 預計修課總人數 200 人 實驗室晶片導論 3 二技二上 預計修課總人數 200 人 機電整合 3 二技二上 預計修課總人數 200 44
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    人 工程光學 3 二技二上 預計修課總人數 200 人 微機電製程技術 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 光纖通訊概論 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 工程量測原理與應用 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 光學量測技術 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 有限元素法 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 電腦輔助工程與應用 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 材料加工技術 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 微流體與微熱傳 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 數位信號處理 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 影像處理 3 二技二下 預計修課總人數 200 人 表六、碩士班現有課程（計畫第一年） 45
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    課 目 名 稱 學分 修課年 備 註 數 級 薄膜製程與應用 3 碩士一上 預計修課總人數 20 人 材料加工技術 3 碩士一上 預計修課總人數 20 人 微機電系統 3 碩士一上 預計修課總人數 20 人 材料機械性質 3 碩士一上 預計修課總人數 20 人 微感測器原理 3 碩士一上 預計修課總人數 20 人 高分子材料 3 碩士一上 預計修課總人數 20 人 微機電元件設計與製造 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 微感測器製程技術 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 雷射光電與加工 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 非破壞性檢驗 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 機電系統控制 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 46
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    智慧控制 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 數位信號處理 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 高等熱傳學 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 電腦輔助工程與應用 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 有限元素法 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 影像處理 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 微流體系統分析 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 生物晶片 3 碩士一下 預計修課總人數 20 人 電子顯微鏡學 3 碩士二上 預計修課總人數 20 人 彈性力學 3 碩士二上 預計修課總人數 20 人 相變化 3 碩士二上 預計修課總人數 20 人 人機界面 3 碩士二上 預計修課總人數 20 人 製造熱流分析 3 碩士二上 預計修課總人數 20 47
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    人 材料分析與檢測 3 碩士二上 預計修課總人數 20 人 製造系統分析 3 碩士二上 預計修課總人數 20 人 模糊控制 3 碩士二上 預計修課總人數 20 人 實驗室晶片特論 3 碩士二上 預計修課總人數 20 人 表七: 生物感測器系統及微感測器系統課程安排（計畫第一年） 科 目 名 稱 學分數 修 課 年 級備 註 生物學 3 一 必修 微生物學 3 一 必修 普通化學 3 一 必修 普通化學實驗 1 一 必修 工廠作業 1 二 必修 工廠作業實習 1 二 必修 生物技術概論 2 二 必修 環境科學概論 2 二 必修 遺傳學 3 二 選修 生物生產環境工程 3 二 選修 自動控制概論 3 三 必修 生物系統工程 3 三 必修 48
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    生物物性分析 3 三 選修 生物物理化學 3 三 選修 生物系統模式 3 三 選修 微機電工程 3 三 選修 微機電工程實習 1 三 選修 生物技術工程 3 三 選修 生物生產機械 3 三 選修 生物系統傳輸現象 3 三 選修 可程式控制原理與應用 2 三 選修 生物儀器與量測 3 四 選修 生物儀器與量測實習 1 四 選修 試驗設計與方法 3 四 選修 熱傳工程 3 四 選修 生物生產自動化工程 3 四 選修 環境安全管理 3 四 選修 非破壞檢測 3 四 選修 微感測器元件 3 四 選修 微感測器元件製作實習 1 四 選修 微機電元件設計與製造 3 四 選修 微機電元件設計與製造實習 1 四 選修 表八、環境工程與科學系課目表(計畫第二年) 科目名稱 學分數 修課年級 備註 生物學 2 一 必修 環境微生物學 3 一 必修 環境微生物學實驗 1 一 必修 49
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    給水工程 3 二 必修 儀器分析 2 二 必修 儀器分析實驗 1 二 必修 水質分析與實習 2 二 選修 環工單元操作 3 三 必修 污水工程 3 三 必修 空氣污染學 3 三 必修 給水工程設計 3 三 選修 環境污染調查與監測 3 三 選修 水文學 3 三 選修 污水工程設計 3 三 選修 焚化系統設計 3 四 選修 空氣污染控制與設計 3 四 選修 地下水污染與防治 3 四 選修 水污染防治 3 四 選修 科目名稱 學分數 修課年級 備註 生物處理程序 3 碩士一上 選修 燃燒與焚化理論 3 碩士一上 選修 空氣毒物學 3 碩士一上 選修 空氣污染物採樣分析 3 碩士一上 選修 物化處理程序 3 碩士一上 選修 工業廢水處理 3 碩士一下 選修 地下水污染整治 3 碩士一下 選修 應用環境微生物學 3 碩士一下 選修 大氣物理化學 3 碩士一下 選修 空氣毒物學 3 碩士一下 選修 氣膠學 3 碩士一下 選修 50
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    捌、充實軟硬體 設施︰ 本計畫第一年已添購設備 電子槍蒸鍍機、電腦設計輔助教學教室設備、化學抽氣櫃、 熱分析儀、 多通道電位器、 去離子水機、 光學桌、SEM 試片鍍金機、 Laser 系統、原子力顯微鏡 (1) 離子層析儀 Ion Chromatography 針對先進微機電封裝技術以及在生醫檢測工程的應用，急需一 套可作離子濃度精密分析的設備，以確定樣品經過重要製程或已製 作完成後之離子濃度。離子層析儀是一非常可信賴的儀器，離子層析 法乃是使待測溶液通過充填樹脂之分離管，離子與樹脂產生交換作 用而吸附於樹脂交換基之上，此時加入流洗液沖提，使其脫離交換 基，再度變成自由離子，再不斷重複此一吸附－沖提循環作用，可 分析樣品中極微量之陰陽離子濃度，陰離子部份主要是分析鹵素離 子（氟離子、氯離子及溴離子），酸根（硝酸根離子、磷酸根離子及 硫酸根離子），陽離子方面則以分析鋰、 銨、 鎂及鈣等金屬離 鈉、 鉀、 子，其偵測極限可達幾十 ppb (視偵測之離子而定)。其應用領域包含 飲用水、 電鍍液、 半導體、 封裝、 印刷電路板、 環境、有機及無機溶液等。 （2）恆溫恆濕電訊量測系統 恆溫恆濕電訊量測系統應用於微感測器元件之測試，其主要功 能為能夠維持在一恆溫恆濕的控制環境下以利檢測時的定性條件。 (3)光譜分析儀 光譜分析儀可應用在一般玻璃、 LCD 玻璃、塑膠、 膠片、金屬、晶 圓等之鍍膜厚度量測，一般玻璃、 LCD 玻璃、塑膠、 膠片、紙類、液體 物等之顏色之檢驗及化學、醫藥及食品工業等之濃度測試檢驗。其原 理為利用白光光譜波長干涉如圖十四所示，經由軟體運算得到檢驗 之結果，亦可在判定飲料中酒精及糖之含量及食物中水份之含量， 是此特色實驗室中不可缺的量測儀器之一。 圖十四、光譜分析儀基本原理 （4）共軛聚焦螢光顯微鏡 Confocal Microscope 共軛聚焦螢光顯微鏡主要用途為可拍取三維的螢光影像，對於 生物研究中為常常需要使用此儀器來表示三維的影像，因此此儀器 對於檢測上有極大的幫助。其原理(如圖十五所示)主要是利用可見光 51
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    雷射、紫外光雷射及多光子紅外光雷射激發細胞表面螢光，以觀察細 胞之蛋白質分布，並觀測、模擬細胞切片之 3D結構 圖十五、共軛聚焦螢光顯微鏡系統 (5) 黏度儀 高分子之黏度與操作溫度，時間等參數有密切之關係，藉由黏 度儀可精準量測黏度的變化，有利於掌控高分子之流動及硬化等特 性，據以做為材料選擇及製程條件設定之重要依據。 (6) 氣相層析質譜儀(GC-MS)或 ICP-MS 環境氣體分析方法包括殘留物分離、 濃縮、淨化、定性與定量等步驟； 而色層分析法是最常使用之分析方法。通常氣相色層分析法(GC)應用 於揮發性成分分析，氣相層析法是以氣體做流動相的層析方法，攜帶 成分通過層析柱進行分離，然後進入質譜儀將試樣分子在電場和磁場 綜合作用下按照質荷比大小分離並記錄。 氣相層析質譜儀可對室內環境 中之揮發性有機物(VOCs)進行有效之定性與定量分析。 52
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    玖、實施進度與分工： 本計劃第二年之初步建立時程為九十五學年度起至九十六 年十月辦理發表會展示成果。其預計執行進度如以下列之甘梯圖 （Gantt Chart）所示： 月 第 第 第 第 第 第 第 第 第 第 第 第 工作項目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 傋註 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 建立管理項目規劃 排定課程與使用程序 先期 研究與種子技術 人員培訓 子項教學與研究執行 子項 教學與研究擴展 規劃 成果分析與檢討 成果展示 * 預定進度累計百分比 10 20 25 40 45 50 60 75 80 90 95 100 53
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    拾、經費需求及來源： 整體「微機電元件設計與製造」經費需求為三年，第一年已完成，第二 的採購主要為量測與測試空氣中污染物用貴重儀器為主，其分年列述如下： 第二年： 單位：新臺幣元 項次 產品名稱 經費需求(元) 經費來源 備註 單價 數量 合計 教育部補助 學校配合款 1 攜帶型塗矽不銹 90,000 2 180,000 162,000 18,000 鋼空氣採樣桶 2 空氣中揮發性有 1,100,000 1 1,100,000 990,000 110,000 機物前濃縮裝置 3 個人多階粒徑分 130,000 1 130,000 117,000 13,000 布採樣器及幫浦 4 環境採樣器 60,000 3 180,000 162,000 18,000 5 超細氣膠監測儀 1,200,000 1 1,200,000 1,080,000 120,000 6 手 提 式 VOC 氣 170,000 1 170,000 153,000 17,000 體偵測器 7 低溫冷凍櫃 250,000 1 250,000 225,000 25,000 (-86 oC) 8 室內空氣污染微 390,000 1 390,000 351,000 39,000 量偵測器 9 光化學反應器 360,000 1 360,000 324,000 36,000 合 計 3,960,000 3,564,000 396,000 第 二 年 度 資 本 門 經 費 合 計 為 3,960,000 元 ， 需 教 育 部 補 助 之 經 費 為 3,600,000 元，學校配合款為 396,000。 採購設備對達成計畫目標之必要性 1、室內空氣污染物採樣與濃縮裝置 第一項、攜帶型塗矽不銹鋼空氣採樣桶 54
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    功能：可用於採取室內空氣中揮發性有機物(VOC)樣品 與計畫相關性： (1) 可用於室內環境品質監控時之採樣，且適合室內空氣微量污染物之採 樣。 (2) 可用於室內空氣污染物採樣之教學。 可做為利用微機電製程技術製作sensor(例如利用濺鍍技術製作酒精 sensor) 須採樣時之用。 2、空氣中揮發性有機物前濃縮裝置 空氣中揮發性有機物前濃縮裝置 (Entech Instruments, Inc) Model: 7100A VOCs in Air 特點  7100A 連接 GC 或 GC/MS 完全自動化 VOCs 分析  三段式捕捉設計，排除 H2O 及 CO2 等之干擾  濃縮空氣中揮發性有機物，分析濃度達 ppb 與 sub-ppb  VP-Pulse 功能，讓高濃度污染物抽出離開不可清洗的“Dead Volume”  具空氣熱脫附吸附採樣管自動脫附功能  3 個自動取樣口，1 個標準品取樣口，1 個標準添加取樣口  可以選擇 Canister，MiniCan，Tedlar Bag 與 LVSH(Large Volme Static Headspace)自動進樣器  管路採 Fused Silica Lined 鈍化處理，提高 VOCs 回收率並減少殘留問 題  友善的視窗操作軟體並採 USB 介面傳輸 規格  空氣中極性/非極性的毒性有機物質分析  捕捉管： 1. 冷凍捕捉：溫度範圍-180℃~230℃，升溫速率：360℃/分 2. 冷凍吸附捕捉：溫度範圍-180℃~230℃，升溫範圍：360℃/分 3. 冷凍聚焦捕捉：溫度範圍到-190℃，升溫速率：10000℃/分  質量流量暨控制範圍：20 到 2000sccm  樣品量：10 到 2000 毫升  壓力感應器：0-50 psi  取樣再現性：+3％ 應用範圍  空氣中極性/非極性的有機毒性物質分析  C2-C15 碳氫化合物  氣味與香料測試  含硫揮發性有機物分析  BTEX 分析 55
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     化學戰劑分析  食品包裝材料安全性分析 適用於 T014、T015 及勞安 VOCs 分析 計畫需求:在微機電元件之設計製造過程中，室內空氣中微量有毒物質種類 與監測，必需利用精密的前處理濃縮裝置來得到更有效的即時檢測數據。 3、個人多階粒徑分布採樣器及幫浦((Marple Personal Cascade Impactor) 用途：採集室內或工作場所空氣粒狀污染物質，可將懸浮微粒分為 0.5，0.9，1.6，3.5，6，10，15，20 μm，令外也可利用粒徑分布瞭 解微機電無塵室的粒狀污染物的分布情形，並藉由附著於濾紙(34 mm)上以分層的粒徑，經由萃取與淨化後進行有機或無機化學分析。 與計畫相關性： 應用於室內環境品質採樣與監測，且適合室內空氣粒狀污染物粒徑分布 採樣，可用於室內空氣污染物採樣之教學，做為利用微機電製程技術製 作中空氣品質監測以及污染物暴露之評估。 4、環境採樣器（Personal Environmental Monitor , PEMTM） 用途：為附有濾紙之單階之慣性衝擊器，此衝擊器可移除大於截取直徑之 粒徑（2.5 或10μm 之氣動直徑），而小於截取直徑之微粒可收集在 濾紙上，大於截取粒徑之微粒通常收集於衝擊板上，個人採樣器可 提供人在正常活動下的微粒暴露量（PM10 或PM2.5）。而收集於濾 紙上的微粒則可用來定量分析，並利用氣相層析儀（GC）分析所含 有機物物種，並利用TOC（總有機分析儀）分析氣相總有機碳含量。 可了解室內空氣粒狀污染物於2.5 μm以下或10 μ m以下的分布，可對 於微機電無塵室內部空氣品質進行偵測。 與計畫相關性： 應用於室內環境品質採樣與監測，且適合室內空氣粒狀污染物之採樣。 可用於室內空氣污染物採樣之教學，做為利用微機電製程技術製作中空氣 品質監測以及污染物暴露之評估。 5、超細氣膠監測儀(Ultra-Fine Aerosol Monitors) 此儀器用來測定奈米級顆粒，微機電工業為一精密的高附加價值工業，對 生產環境要求十分嚴謹，隨著晶片結構日益精細，超潔淨技術的發展已成 為支持微機電工業持續成長的重要領域之一，其中(微污染) (Micro- contamination)的監測與控制更是掌握生產品質及提昇產品良率的重 要課題，微粒的產生將造成晶片上產生缺陷及良率降低，對人體健康產生 影響。在大氣環境中，顆粒小於 1 為微米，容易進入呼吸系統，影響人體 56
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    健康。此儀器可以測定顆粒分佈及顆粒大小，以了解大氣環境是否對健康 造成影響。許多氣懸微粒之毒害劑量和其肺部之沉降區域有關，如果知道 這些粒子之粒徑分佈，則可預估其在肺部之沉積量，因此有必要了解在各 種粒徑分布下之粒子質量濃度，其方法有 (1)對氣懸微粒作粒徑分析(2)對 收集之樣品作粒徑分析，(3)在收集過程中，即須預估其可能沉降區域， 而針對粒徑分布進行微粒採樣. 在環工領域(1)可用來判讀靜電集塵器之除塵操作效率. (2)可用來評估旋風收集器之效率. 6、手提式 VOC 氣體偵測器 儀器說明：手提式 VOC 氣體偵測器，係採用 PID 作為檢測器，其 PID 為 光離子化 3-D 檢測器（標準 10.6eV），可儲存 15000 個數據，並可通過電 腦之 RS-232 接口傳輸。 與計畫相關性：就完成第二年計畫之目標而言，此採購之設備對於達成第 二年計畫之目標有必要性，其可對於無塵室內之 VOCs 空 氣之濃度暴露品質進行監控。 就完成第三年計畫之目標而言， 此採購之設備對於達成第三年計畫之目標有必要性，其對 於環境監測技術教學上具有實際現場量測之教學示範之功 用，可強化學生之環境監測技術操作練習能力。 同時更可對 於無塵室內之 VOCs 空氣之濃度進行監控後，藉由現場實 際之室內之測量數值與 sensor 進行驗證，可對低、中、高不 同之無塵室內之 VOCs 空氣之濃度進行校正，並做出不同 低、中、高之無塵室內 VOCs 濃度修正量表。 7、低溫冷凍櫃(-86 oC) 用途：低溫冰凍樣品之用 與計畫相關性: 室內空氣採樣完成後，樣品低溫冷藏避免揮發或經由萃取 後之樣品進行低溫冷凍以待進一步處理與分析。 8、室內空氣污染微量偵測器開發及應用 (Air quality control MOS type sensor) 開發利用半導體金屬氧化物晶片對空氣污染偵測，污染臭味氣體包括 裝璜、 家具、 油漆常見的甲醛、甲苯及菸味等。微機電元件包括示波器、 鎖像 放大器、超精準度三用電錶及偵測器模組等。所需經費包括數位示波器 、 MOS 感應顯示器、超精準度三用電錶、MOS 電壓偵測計、鎖像放大器、 偵測器模組。 57
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    可藉由組裝晶片設備，使學生於實習課中進行室內空氣感應偵測，例 如甲醛污染的監控，經由自行操作的過程而得到豐富的實作經驗。 9、光化學反應器 空氣中污染物質的複雜性，其中一個主要原因為光化學反應，因此掌 握相關之光反應極為重要，包括光解作用(photodegradation)或其他光化學 作用(photochemicalreactions)，例如光異構化作用、光氧化作用、光聚合作 用等。此儀器可進行氣體的光化學反應，進而分析所產生的中間產物，方 能研究室內空氣污染的特性。此儀器於教學配合上，可應用於環境有機化 學或環境化學等相關課程之實驗教學。 58
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    第三年： 本計畫預計達成以下項目，包括設立微感測器製造及測試中心、微感測器 應用於室內空氣為量污染物之檢測、微感測器應用於土木結構物之監測、微 感測器應用於坡地災害之監測與預警系統、微感測器應用於地下水質與地 層下陷之監測與預警系統及利用相關研究成果建立災害管理實驗室與無人 載具勘災系統，並將研發成果落實於課程，由計畫執行所衍生之產學合作 計畫為本計劃執行結果之另一延伸項目。各年度之執行項目與教學課程設 計如下表所列。 年度 執行項目 課程規劃 參與系(所) 94 年 1. 完成實驗室建置與儀器設 材料所 備購置。 生工系 2. 完成晶片設計程序與製作， 車輛系 並進行測試。 機械系 3. 研發成果發表。 95 年 1. 建立室內空氣為量污染物 材料系 之檢測實驗室，並購置儀 環工系 器設備。 車輛系 2. 96 年 1. 建立災害管理實驗室，並 洪旱災害學(碩士班) 土木系 購置所需設備。 地震災害學(碩士班) 水保系 2. 土壤水份壓力感應器製作 土砂災害學(碩士班) 坡防所 與應用於坡面穩定及堰塞 防災應變特論(碩士班) 環工系 湖穩定監測與預警系統。 災害管理學(碩士班) 材料系 3. 材料裂縫感應器製作與應 車輛系 用於橋樑與房屋結構監測 機械系 與預警系統。 4. 無人載具勘災系統建置與 應用於土石流災害勘災。 5. 颱洪災害監測與警報系統。 基於 94 年度執行成果，本校已建立之相關應用感應器之製程，95 年將 利用 94 年之空氣與水質感應晶片，建立空氣量污染物之檢測實驗室，以 59
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    對環境中微顆粒與有毒氣體之監測分析。 96 年將擴充感應晶片之應用領域，將感應器應用於土木與水土保持防災 監測系統，因此，本計畫三年完成後，可建立如圖一之研究團隊，對本校 在環境品質與國土資源保育監測可達成整體性之研究團隊，並成為本校工 學院之發展特色。 圖一 本校工學院微感應器研發製作與應用於環境監測系統之研究團隊架構 96 年各研究項目之目的與預計達成之成效，如下表。 研究項目 研究目的 預計達成目標 成果量化指標 ① 災害管理實驗室 整合災害應變與 ˙建立災害通報系 ˙利用此資料庫系 管理介面，並建 統。 統開授 4 門課程。 置各種災害別之 資料庫，以提供 ˙建置屏東縣與台 ˙至少發表二篇成 災害應變及減災 東縣防災資料庫。 果於國際期刊。 所需。 ˙建置屏東縣與台 60
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    東縣之防災地圖。 ② 堰塞湖穩定監測 利用本研究所研 以台東知本堰塞 ˙建立堰塞湖之穩 發之微感應器來 湖為探討對象， 定性之監測系統 監測堰塞湖之穩 建立該湖之觀測 一套。 定性，並建立破 資料，並利用數 壞預警系統。 值模式模擬潰壩 ˙至少發表一篇成 之結果。 果於國際期刊。 ③ 坡面穩定監測 利用本研究所研 建立山坡地坡面 ˙建立山坡地坡面 發之微感應器來 破壞與降雨強度 穩定性之監測系 監測山坡地坡面 關係之觀測資料， 統一套。 之穩定性，並建 並利用數值模式 立破壞預警系統。分析兩者關係。 ˙至少發表一篇成 果於國際期刊。 ④ 淹水監測與警報 利用本研究所研 設計一套淹水監 ˙建立淹水監測與 系統 發之微感應器來 測與警示系統， 警示系統一套。 監測颱洪災害之 以作為颱洪期間 淹水深度，並建 人員避難與交通 ˙至少發表一篇成 立不同深度之預 管制之警示作用。 果於國際期刊。 警系統。 ⑤ 橋樑與房屋結構 利用本研究所研 設計一套橋樑與 ˙建立橋樑與房屋 裂縫監測 發之微感應器來 房屋結構裂縫監 結構破壞監測系 監測橋樑與房屋 測與預警系統， 統一套。 結構裂縫，並建 以作為結構物破 立橋樑破壞預警 壞警示之用。 ˙至少發表二篇成 系統。 果於國際期刊。 ⑥ 無人載具勘災系 利用無人載具載 建立無人載具勘 ˙建立無人載具勘 統 運攝影機拍攝災 災系統一套，並 災系統一套。 害現場，以輔助 利用該系統於土 人員無法抵達之 石流或崩塌地點 ˙至少發表一篇成 災害地點，以協 之勘災。 果於國際期刊。 助勘災與救災。 各項研究所需自行研發之感應器與將來可發展產學合作之項目整理如表三。 研究項目 所需感應器 本計畫衍生之產學合作項目 ① 災害管理實驗室 資料接收與傳輸系統。 配合產業界研發之無線資料 傳輸與現地資料儲存設置， 及本校發展之資料處理與展 示軟體，共同建置即時災害 管理模式。 ② 堰塞湖穩定監測 土壤水份壓力感應器 配合產業界研發之無線資料 傳輸與現地資料儲存設置， 土壤變位感應器 及本校發展之資料處理與展 示軟體，共同建置即時災害 管理模式。 61
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    ③ 坡面穩定監測 土壤水份壓力感應器 配合產業界研發之無線資料 傳輸與現地資料儲存設置， 土壤變位感應器 及本校發展之資料處理與展 示軟體，共同建置即時災害 管理模式。 ④ 淹水監測與警報 水位感應器 配合產業界研發之無線資料 系統 傳輸與現地資料儲存設置， 及本校發展之資料處理與展 示軟體，共同建置即時災害 管理模式。 ⑤ 橋樑與房屋結構 裂縫變位感應器 本校研發感應器與資料處理 裂縫監測 系統資料接收與傳輸系統可 與產業界合作，建立產學合 作計畫。 ⑥ 無人載具勘災系 定位及影像接收與無線傳 本校據影像處理與分析系統 統 輸系統 建置能力，可配合產業界之 定位與無人載具之研發，共 同建立人無法進入之災害現 場之勘災系統。 本計畫預計達成之目標包括下列各項： 1. 建立特色實驗室。 2. 實驗室研發成果落實於教學。 3. 各年度之研究成果可縱向與橫向聯結，形成本校之環境品質與防災監測 之研究團隊，達成跨系際整合之目的。 4. 研究成果擴充為產學合作計畫之可行性評估。 62
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    拾壹、研究團隊之實驗室與主要研究成果 近幾年，微機電技術漸漸被應用於生物科技及日常的生活環境上，特 別是生醫微流體系統及微感測器系統的應用方面，而研究團隊之專長在於 微機電元件之理論分析設計、微機電製程技術、高階特殊微機電製程技術、 生物/醫學測試檢驗及微感測器於環境上的應用等，而目前本研究團隊擁有 的技術詳述如下: 1.土壤及廢棄物管理研究室 主持人：薩支高博士 研究方向：土壤重金屬污染廠址復育、土壤油品污染復育、土壤毒性物質 (PCP)污染復育、廢棄物(廢皮粉屑、重金屬污泥)、資源回收技術. 2. 氣膠研究室 主持人：陳瑞仁老師 研究成果：廢輪胎熱裂解排放多環芳香烃化合物特徵之探討、大氣奈米微 粒上多環芳香烃化合物粒徑分布之探討、大氣微粒多環芳香烃化合物與主 要物種之組成及其細胞毒性探討 3.廢棄物與土壤熱處理研究室 主持人：林傑 博士 研究成果：煉鋼及焚化過程中戴奧辛之生成與排放及污染改善之研究-模 擬本土化之焚化爐核電弧爐戴奧新生成並研究適當控制技術及防治設備、 魚介類中多氯聯苯及戴奧辛之分佈特性研究. 4.應用膠體暨環境材料研究室 主持人：黃武章、李嘉塗 博士 研究成果：(1)計畫：九個國科會計畫、1 個農委會計畫與 1 個產學合作案 (2)發表期刊：發表了 15 篇國內外期刊、 篇 SCI 期刊研討會、 12 論文方向 共有 4 篇國際研討會與 40 篇國內外研討會文章。 5.環境毒物暨電漿技術研究室 主持人：謝連德 博士 63
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    研究成果：以小型陣列是常壓電漿技術結合觸媒轉化器處理機車引擎排放 廢氣。 6.高級氧化及濾膜程序水質研究室 主持人：陳冠中 博士 研究成果：臭氧氧化、超過濾及生物過濾技術控制飲用水中天然有機物質 及消毒副產物之研究。 7.環境健康風險評估與生物偵測實驗室 主持人：趙浩然 博士 研究成果：多溴聯苯醚在母乳中分部與影響因子、環境持久性內分泌干擾 物質有機氯農藥於人體檢體母乳中的分布以及對幼兒發展及內在荷爾蒙的 影響。 8.綠色科技研究室 主持人：黃國林博士 研究成果：以高週波電漿濺鍍程序製備質子交換膜燃料電池電極、以電漿 濺鍍法製備燃料電池耐 CO 電極、燃料電池廢電極貴金屬回收與燃料電池 二次電極製備。 9.環境統計及風險分析研究室 主持人：陳庭堅 博士 研究成果：屏東縣地下水暨不明廢置廠址地下水水質調查之廠址風險評估、 活性碳及臭氧去除環境荷爾蒙王基苯酚研究、環境荷爾蒙調查研究。 10.環境生態暨生物毒性研究室 主持人：謝季吟 博士 研究成果：屏東平原地下水補助試驗研究、高屏溪河系情勢調查、人工濕地 水質淨化成效評估及水回收再利用之研究。 11.有機質材研發及應用研究室 主持人：邱春惠 博士 研究成果：天然有機質材對甲苯、 甲基第三丁基醚及水的吸持探討、行政院 環保署「環保先鋒隊-專生推動環保行動計畫 、 」 施用雞糞堆肥及雞糞對土 壤 中亞砷酸型態轉變的影響。 64
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    12.土壤管理與復育研究室 主持人：許正一 博士 研究成果：(1)出席國際會議：3 次。 (2)國際會議論文：8 篇。 (3)國內研討會：7 篇。 13.土壤與地下水復育研究室 主持人：葉桂君 博士 研究成果：(1)計畫：國科會 4 件、建教合作 9 件、產學合作 1 件。 (2)論文發表：SCI 期刊 5 篇、 期刊 1 篇、 EI 國內期刊 1 篇、國內研 討會論文 7 篇。 14.生物處理技術研究室 主持人：郭文健 博士 研究成果：以高溫厭氧發酵進行甲烷資源化利用可行性研究、臭氧蔬果清 洗機的研發。 15.廢棄物與土壤熱處理研究室 主持人：張國慶 博士 研究成果：不明廢棄物場址之探討、液晶顯示器控制晶片貴金屬回收、熔 鹽法處理氣態有機物。 65
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    16.應用微生物研究室 主持人：邱瑞宇 博士 研究成果：以馴化菌群加強礦化五氯酚研究、最佳化自然降解條件下 PAHS、PCBS 及CPS 分解菌群之解析研究、乾雞糞為基肥施用之永續經營 研究。 17.環境有機污染研究室 主持人：林耀堅 博士 研究成果：高級氧化程序與奈米科技處理環境有機污染。包括五氯酚 、 PAHS、PCBS 及 CPS 分等。 此外尚擁有擁有此微機電元件之理論模擬分析的研究團隊之成員有屏東 科技大學工學院院長戴昌賢教授、屏東科技大學車輛系陳勇全副教授、蔡健 雄助理教授及屏東科技大學材料工程研究所傅龍明助理教授等。 現有之測試及檢測技術 在微機電元件之測試及檢測技術方面，往往須依微機電元件的使用領 域而有所不同，因此須有相當專業的人才才能其測試及檢測的目的，而本 計畫之研究團隊的成員均是各個領域的專家，其涵蓋生醫、環工、食品、材 料、室內環境及電泳等。而現有之測試及檢測技術包含室內環境 VOCs 微感 器對甲醛之感應檢測技術（如圖十六所示），恆溫恆濕感測系統之檢測技 術（如圖十七所示），微流體生醫晶片洩漏效應檢測技術，高效能整合型 微流體晶片應用在 DNA 的偵測上），整合型細胞分類及計數器對紅血球 之偵測（如圖二十所示），及應用快速微型混合晶片對對-DNA 之切片等。 66
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    在微機電元件之測試及檢測技術中，因範圍廣大所以須有不同領域的專家 來參與，方能達成其最佳的應用及效能。 由上述的說明可知本研究團隊對於微機電元件之理論分析設計、微機 電製程技術、高階特殊微機電製程技術、生物/醫學測試檢驗及微感測器於生 環境上的檢驗之應用等之相關技術均具有相當之水準，應用於『微機電元 件設計與製造特色實驗室』之教學上必定可得到相當好的成果。 (a) Glass substrate cleaning 1500 m) (h 1000 o (b) Electron-beam evaporation of Pt/Cr 500 tance Re 0 s is (c) Electron-beam evaporation of Au/Cr 0 20 40 60 80 Formaldehyde Concentration (ppm) (d) NiO sputtering 圖十六、VOC sensor 的 NiO 薄膜感測層，在 300℃時對甲醛之檢測。 67
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    主要研究成果 1.薩支高 (Sah，Jy-Gau) 1. 利用觸媒提升電動力法處理受 BTEX 污染土壤效率之研究，中國農業化學會誌， 43(4): 304-312，2005 2. 電化學觸媒在電動法復育技術上之應用，技術學刊，18(3):337-344，2003 3. Nitrogen Removal in Leachate Using Carrousel Activated Sludge Treatment Process, Journal of Environmental Science and Health, Part A—Toxic/Hazardous Substances & Environmental Engineering, 37(9), 2002, (SCI) 4. 受柴油污染土壤電動法復育技術參數之建立，國立屏東科技大學學報 11(4):277-285(2002) 5. Electrokinetic study on copper contaminated soils, Journal of Environmental Science and Health-Part A,35 (7), 2000 (SCI) 6. 以電動法移除土壤中鋅的初步研究，中國農業化學會誌，37(1): 54-62，1999 7. 不同因子對土壤中鎘的電動法移除效率影響，土壤與環境，2(2): 171-186，1999 8. 鹼化處理對土壤中廢機油清除之影響，技術學刊，14(3):405-409，1999 9. 由鎘及鉛存在形態來探討萃取法及電動法土壤復育效率，技術學刊 13(4): 641 -646，1998 10. Study of the electrokinetic process on Cd and Pb spiked soils，Journal of Hazardous Materials，58(1-3): 309-322，1998 (SCI) 11. 以 EDTA 萃取配合物理序列沉降法復育受鎘及鉛污染土壤之初步研究，中國農業 化學會誌，36(6): 565-575 ，1998 12. 模擬長期風化系統對含銅及鉛固化污泥物化特性的影響，屏東科技大學學報， 7(1):21-29，1998 13. 以不同消化方法探討本省南部及東部農業區與都會區數種土壤中重金屬含量及其 存在形態的差異，土壤與環境，1(1):31-43，1998 14. 高雄都會公園土壤與植體重金屬調查分析，國家公園學報，8(2):134-154，1998 15. 含銅及鉛工業污泥水泥系固化體特性的初步研究，屏東科技大學學報，6(4): 68
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    283-291，1997 2.林傑(Lin，Chieh) (1)ChiehLin , Yung-Feng Lai , Yung-Chung Chen , Jin-Yu Tsai and Yin-Yan Lee . 2000. Correlation between the Operation Parameters and the Products of Incomplete Combustion in a Laborator y Scale Spouted Bed Incinerator . Proceedings of the Second International Conference on Solid Waste Management . pp . 323-331. (2)Chieh Lin , Yung-Feng Lai , Yung-Chung Chen , Jin-Yu Tsai and Yin-Yan th Lee . 1999. The Analysis of VOC and SVOC from Superfund Sites. Proceedings 14 Waste Management Technology Conference. pp4-16~4-19. (3) Chieh Lin, Yin-Yan Lee, Shun-Hua Dun, Ya-Lynn Huang. 1999. Application of Relative Comparison Approach to Analyze PCBs from the Extraction of Insulation Oil. Proceedings 14th Waste Management Technology Conference. Pp 8-38~8-43. (4) Che-Kuan Chen,Chieh Lin*,Lin-Chi Wang,Guo-Ping Chang-Chien, “Size Distribution of Polychlorinated Dibenzo-p-dioxins and Dibenzofurans in the Bottom Ash of Municipal Solid Waste Incinerators” , Chemosphere,(2006) In Press. (5) Kai Hsien Chi, Moo Been Chang,*, Guo Ping Chang-Chien, Chieh Lin, “Characteristics of PCDD/F congener distributions in gas/particulate phases and emissions from two municipal solid waste incinerators in Taiwan” ,Science of the Total Environment, 347, pp148– 162 (2005). (6) Wei-Shan Lee, Guo-Ping Chang-Chien, Lin-Chi Wang, Wen-Jhy Lee, Perng-Jy Tsai, Kuen-Yuh Wu and Chieh Lin, “Source Identification of PCDD/Fs for Various Atmospheric Environments in a Highly Industrialized City” ,Environ. Sci. Technol., 38, pp4937-4944 (2004). (7) Wei-Shan Lee, Chung-Shin Yuan, Lin-Chi Wang, Che-Kuan Chen, Chieh Lin and Guo- Ping Chang-Chien, “Evaluating the Influence of PCDD/F Emission from Municipal Solid Waste Incinerators on Ambient Air by PCDD/F Concentration Isopleths and Principal Component Analysis” ,Journal of the Chinese Institute of Environmental Engineering, Vol. 14, No. 2, pp107-116 (2004). (8) Chi, K. H., Chang, M. B., Chang-Chien, G. P. and Lin C., “Characteristic of PCDD/F Congener Distributions in Gas/Particulate Phases and Emission from Two Municipal Solid Waste Incinerators in Taiwan” , The Science of Total Environment (Accepted in press). (9) Y.J. Lin, Chieh Lin, K.J. Yeh, and A. Lee, “Photodegradation of the Herbicides Butachlor and Ronstar Using Natural Sunlight and Diethylamine”, Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 64(6) pp780-785 (2000). 69
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    (10) Chieh Lin,Wen-Shyong Li, Shui-Jen Chen, and Chen-Pin Chan,“Formation and Destruction of the Aromatic Products of Incomplete Combustor(PICs) During the Chlorinated Organic Compounds Incineration in a Lab-Scale Combustor”, Journal of the Air & Waste Management Association (Submitted). (11) Chieh Lin, M. B. Chang, G. P. Chang-Chien, and Y. H. Chan, “PCDD/Fs Conversion and Reformation onto the Catalytic Fly Ash Matrix”, Environment International (Submitted). 70
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    15. CC Lin,SJ Chen, KL Huang, WI Hwang, GP Chang-Chien, WY Lin, Characteristics of metals in nano/ultrafine/fine/coarse particles collected beside a heavily-trafficked road. Accepted, Environmental Science & Technology, (July 2005) (SCI: 3.592). 20.邱瑞宇(J. Y. Chiu) 1.史盟秀、李芳胤、郭文健、邱瑞宇，2002，BTEX在幾種台灣土壤中之吸附與降解作用， 土壤與環境，5：289-300。 2.J.Chiu, S,Liao, B.Chang, 2003, Bioremediation of Pentachlorophenol Contaminated Soil with a cclimated PCP Degradation Microbial Community, 103rd General Meeting of American Society for Microbiology, Washington, D.C..Q008:515. 3.J. Y. Chiu, W. C. Kau, C. H. Chiu, C. Y. Huang, 2004, Assessing the Biodegradation of Pentachlorophenol in Water System with the Acclimated Microbial Consortia by Respirometer, 10th International symposium on Microbial Ecology, Mexico, p.270. 21.謝季吟 (Chi-Ying Hsieh) 1. Fu-An Chen, An-Bang Wu, Pochuen Shieh, Daih-Huang Kuo and Chi-Ying Hsieh*. Evaluation of antioxidant activity of Ruellia Tuberosa. Food Chemistry. 94:14-18, 2006. 2. Chi-Ying Hsieh and Oscar C. Pancorbo*. Bioassay Directed Toxic Chemical Monitoring and Assessment in the Watersheds of Massachusetts. (submitted to Journal of Environmental Quality). 3. 賴文亮、林建宏、謝季吟、張志文、楊博名、林保瑞.” 生物可分解有機物含量之測定”自 來水季刊. Feb. 2005. 4 Chi-Ying Hsieh*, Meng-Hsiun Tsai, David K. Ryan, and Oscar C. Pancorbo, Toxicity of 87
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    the 13 priorityPollutants to Vibrio fisheri in the Microtox® Chronic Toxicity Test. The Science of the Total Environment. 320(1):37-50 (2005). 【SCI】 5 Chi-Ying Hsieh*, Meng-Hsiun Tsai, David K. Ryan, and Oscar C. Pancorbo, Toxic Responses of Selected Organic Pollutants in the Microtox® Chronic Toxicity Test. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology. (in press) 6 Meei-Fang Shue, Fu-An Chen, Chi-Ying Hsieh, Hideo Utsumi and Chau-Yang Chen, Determination of Potential Ecotoxicological Effects of Sewage in Wang-Nian River by in Vitro Bioassay Methods. Environmental Sciences 9(2~3), pp168-169 (2002). 7 Chien-Hsiung Chang, Chi-Ying Hsieh and Shang-Shyng Yang, Effect of Cultural Media on the Phosphate – Solubilizing Activity of Thermo-Tolerant Microbes. Journal of the Biomass Energy Society of China 20(3~4). p79-90 (2001). 8 Shang-Yi Jen, Tai-Chen Yao, and Chi-Ying Hsieh.* The Chemical Characteristics of Wet Deposition in Ping-Tung Area. Tajen Journal, 20, pp115-122 (2001). 拾貳、預期成效及影響： 若本計劃順利之實施，在微機電元件設計與製造技術 方面可預期之成 效為： 1. ”微感測器製造及測試中心”及“室內空氣微量污染物檢測中 心” 並通過國家認證。 88
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    2. 將微機電元件應用於生物/醫學、食品、環境上，並結合農學院個系 所，為即將開發的『屏東生物科技技術園區』添加優秀的人才。 3. 提供工學院機械系所、 材料所、環工系所、車輛系所、生物機電所和生 物系統工程系新科技學術課程的需求。 4. 提供工學院大學部與研究所學生實務專題實作與論文研究的需求。 5. 提供工學院碩士班研究生研究實作的需求。 6. 充實本校工程技術服務中心/育成中心對外服務的硬體設備能量。 7. 配合「微機電元件設計與製造學程」 「精密加工學程」 和 相關實習課程 的整體規劃。 8. 配合「環工單元操作、「水質分析、「土污實習」等課程規劃 」 」 。 因此，學生在微機電元件相關學識及設計與製造能力的充實加強之後， 可以增加學生就業機會，增強學生之信心。良性循環之結果，可以使技職 教育的訓練無論是在學理或是技能方面，均能獲得產業界之肯定。學生受 產業界之肯定之後，自然改變社會大眾對於技職教育之看法，因此可使技 職教育與一般教育能平衡發展，給下一代之青年學子有一更好之選擇，使 國家技職教育能夠更落實的推展。 89
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    拾參、觀摩與展示活動規劃 一、校外觀摩活動： 第一季的時間將安排相關教師及技術員，參觀國科會北區微機電系統中心、 工研院機械所微機電中心、國科會中區微機電系統中心、國科會南區微奈米 科技研究中心、金屬工業研究發展中心、勝華公司、晶宇生物科技、金車員山 研究所、晶基生物科技、亞新科技等產研單位。另學期中將安排學生到提昇 微機電元件製造技術相關設備及設計製造公司參觀。 二、校內成果發表會： 1. 在本計畫執行到一定程度時，將會安排各種短期訓練課程 （workshop）以展現並擴散成果。並且在計畫執行完畢時將舉辦成果 發表會，以利業界與學術界的觀摩、討論與切磋，並作為日後改進的參 考。 2. 在學生碩士論文、專題製作、及實習（驗）課程告一段落時，將舉辦各 式成果發表會，邀請相關領域之業界與學術界專家來評鑑，以作為進一 步成長改進的參考。 三、本校對執行成效之管考機制： 本校對重大案件之進行皆有追蹤管考機制，此計畫是本校之超大型計畫， 因此擬廣邀產官學研各界專家、學者籌組「指導委員會」 「諮詢委員會」 或 進 行計畫有效之重點管理。 90
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    A.計畫執行中之管考查核點(一年內，已完成) a.以列管方式，對儀器採購完成、安裝、設定、測試、驗收等列出時間表。 b.管理實驗室設置執行各項工作進度表。 B.計畫執行成果之管考查核點(滿一年，已完成) a.管理實驗室各區完成驗收並能開始運作。 b.公開發表各新增課程之教材大綱及內容，邀請國內大學院校知名相關 專長教授指導改進。 c.擬定成立「微機電元件設計與製造技術」學程計畫。 d.舉辦各種成果觀摩會，讓本校及外校相關系所參觀交流。 C.計畫執行中之管考查核點(滿兩年) a.以列管方式，對儀器採購完成、安裝、設定、測試、驗收等列出時間表。 b.管理實驗室設置執行各項工作進度表。 D.計畫執行成果之管考查核點(滿兩年) a.管理實驗室各區完成驗收並能開始運作。 b.公開發表各新增課程之教材大綱及內容，邀請國內大學院校知名相關 專長教授指導改進。 c.擬定成立「微機電元件設計與製造技術」學程計畫。 d.舉辦各種成果觀摩會，讓本校及外校相關系所參觀交流。 E.計畫執行後之管考查核點(三年內) a.建立全校共通實驗室之操作規範及使用規則。 91
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    b.考核、追蹤參與教師三年內研發成果發表件數。 c.考核、追蹤參與教師三年內提出各種產學、建教輔導案及專題計畫案。 d.考核、追蹤參與教師三年內微機電元件設計與製造技術關鍵技術移轉 案。 e.考核、追蹤及檢討共通實驗室營運狀況及業績。 f.考核、追蹤產學合作教育訓練及推廣、服務等業務之成績。 g.考核、追蹤工學院系際間之整合成效。 h.建立實驗室網站(首頁)，並與其他相關單位網站連結，促進資源共享。 附錄一：微機電元件設計與製造應用特色實驗室管理辦法 一、教育訓練: 儀器購入第一年由管理老師負責開授儀器之原理、構造與 安全須知八小時，由各研究室派研究生上課。第二年起由 各研究室做好經驗傳承，經指導教授認可後，方可由新手 操作以維護精密儀器之妥善率。另相關專題之大學部之學 92
  • 93.
    生，亦須經管理老師與指導教授認可後，並在接受八小時 之實際操作訓練後，始可獨立作業。 二、使用方式: 1.採預約制或排定教學時段，使用前先至儀器放置地點登記預約， 同一研究室每次預約不得超過三天，但管理老師有權彈性調整預 約時間，以維護他人使用之權益。 2.預約使用時間為上午八點至下午五點，遇例假日恕不開放。 3.使用完畢後必需登錄儀器使用狀況，包括使用之日期、起訖時間、 操作者姓名、儀器妥善狀況等。 三、收費: 1. 排定教學時段，由排定課程之系、所負責繳納使用維護費。以每 樣品數或是每鐘點暫定 800 元為收費標準。 2.所收費用必須做為儀器維修與消耗品支出之基金，管理老師不定 期向圖儀委員會報告基金運作情形。 四、儀器維修: 由管理老師負責，以樣品或鐘點收費之基金支應儀器維修 與消耗品支出。 五、表簿冊: 在儀器放置地點建立預約登記簿與使用狀況登記簿，使用 者請依規定填寫。使用者若填寫不實，管理老師有權拒絕其 預約與使用。 六、安全規定: 不得於實驗室內嘻鬧、也不得攜帶食物及飲料，並注意遵守 相關之安全防護措施與規定，若有違反規定者，管理老師 有權拒絕其預約與使用。 七、其他: 其他使用與管理規定依實際需求狀況隨時修訂或補充之。 93
  • 94.
    附錄二、微機電元件第一年研究團隊研究成果 本計畫「微機電元件設計與製造教學暨研究特色實驗室」的第一年計畫中，主要是以建 構實驗設備及理論分析為主，因此所參與的共同主持人之背景以機械類居多，但所參 與的共同主持人相當的踴躍，其中含車輛工程系的戴昌賢教授、林秋豐教授、蔡健雄副 教授、陳勇全副教授及陳立文副教授，機械系吳德和教授，材料所陳文照教授、盧威華 助理教授及傅龍明助理教授，以及外校中山大學機電系林哲信助理教授、 大葉大學機械 與自動化系李佳言助理教授、 樹德科技大學室內設計系周伯丞助理教授及成功大學建築 系江哲銘教授等。 2005 年至今（2006/4）我們團隊所發表有關微機電元件的國際期刊 從 已刊登及被接受的文章有 SCI:17 篇、 EI:4 篇、審查中的有 7 篇(皆為 SCI)、專利申請有 2 件，其詳細資料如下的參考資料，從參考資料中可以發現上述所列的所有共同主持 人皆有參與此計畫之執行，而在當初計畫書中所列的共同主持人有 17 位，目前有研究 成果的有 13 位，而其餘的共同主持人並非沒有參與此計畫，而是因為其專長較適合計 畫執行的第二與第三年度。 而在專題計畫及產學合作部份，大部分的共同主持人皆有申 請 1 至 2 個計畫，但因 95 年國科會計畫尚未供佈，因此此部分也無法完整說明。 參考資料(2005~2006/4) Accepted paper Chien-Hsiung Tsai( 蔡健雄), Chang-Hsien Tai( 戴昌賢), Lung-Ming Fu ＊ ( 傅龍明) and Fu- Bin Wu, “Experimental and Numerical Analysis of the Geometry Effects of Low- Dispersion Turns in Microfluidic Systems,” Journal of Micromechanics and Microengineering, 15, 377-385, 2005. (SCI) Chien-Hsiung Tsai(蔡健雄), Ruey-Jen Yang, Chang-Hsien Tai(戴昌賢) and Lung-Ming Fu ＊ ( 傅 龍 明 ), “Numerical Simulation of Electrokinetic Injection Techniques in Capillary Electrophoresis Microchips,” Electrophoresis, 26, 674-686, 2005. (SCI) Lung-Ming Fu(傅龍明), Ruey-Jen Yang and Che-Hsin Lin＊(林哲信) and Yu-Sheng Chien, “A Novel Microfluidic Mixer Utilizing Electrokinetic Driving Forces under Low Switching Frequency,” Electrophoresis, 26, 1814-1824, 2005. (SCI) Che-Hsin Lin( 林 哲 信 ), Chien-Hsiung Tsai( 蔡 健 雄 ), and Lung-Ming Fu ＊ ( 傅 龍 明 ), “A Rapid 3-Dimensional Vortex Micromixer Utilizing Self-Rotation Effect under Low Reynolds Number Conditions,” Journal of Micromechanics and Microengineering, 15, 935-943, 2005. (SCI) 94
  • 95.
    Y. N. Wang,Chiu Feng Lin( 林秋豐), S.T. Wu, C.L. Chang, H. T. Chen, Chien-Hsiung Tsai ＊ ( 蔡 健 雄 ), Che-Hsin Lin( 林 哲 信 ) and Lung-Ming Fu ＊ ( 傅 龍 明 ), Experimental Investigation of High-resolution Injection Technique in Microfluidic Chips,” 95
  • 96.
    Materials Science Forum,Vol. 505-507, 409-414, 2006. (SCI) Chia-Yen Lee(李佳言), Chin-Feng Lin(林秋豐), M.F. Hung, R.H. Ma, Chien-Hsiung Tsai(蔡 健 雄 ), Che-Hsin Lin( 林 哲 信 ) and Lung-Ming Fu ＊ ( 傅 龍 明 ), “Experimental and Numerical Investigation into Mixing Efficiency of Micromixers with Different Geometric Barriers,” Materials Science Forum, Vol. 505-507, 391-396, 2006. (SCI) Lung-Ming Fu( 傅 龍 明 ) and Che-Hsin Lin ＊ ( 林 哲 信 ), “Fabrication Techniques and Computational Simulations in Micro Capillary Electrophoresis Chips,” Current Analytical Chemistry, Accepted for Publishing, 2006. (SCI) C.H. Tai( 戴昌賢), C.L. Chang, C.F. Lin( 林秋豐), C.H. Tsai( 蔡健雄), C.Y. Lee( 李佳言), C.H. Lin( 林 哲 信 ) and L.M. Fu*( 傅 龍 明 ), “Numerical Analysis into the Mixing Performance of Electrokinetically Pulsatile Microfluidic Mixers,” Journal of the Chinese Society Mechanical Engineers, Accepted for Publishing, 2006. (EI) Chia-Yen Lee( 李佳言), Chien-Hsiung Tsai( 蔡健雄), Li-Wen Chen( 陳立文), Lung-Ming Fu( 傅龍明) and Yung-Chuan Chen ＊ ( 陳勇全), “Elastic-Plastic Modeling of Heat- Treated Bimorph Micro-Cantilevers,” Microsystem Technologies, Accepted for Publishing, 2006. (SCI) Chia-Yen Lee( 李佳言), Che-Hsin Lin( 林哲信), Po-Cheng Chou, Lung-Ming Fu( 傅龍明), Ping-Ru Hsieh and Che-Ming Chiang*( 江 哲 銘 ), “MEMS-based Formaldehyde Gas Sensor Integrated with a Micro-hotplate,” Microsystem Technologies, Accepted for Publishing, 2006. (SCI) 李佳言) ＊ 林哲信) Chia-Yen Lee( , C. M. Chen, Guan-Liang Chang, Che-Hsin Lin ( and Lung- Ming Fu ＊ ( 傅 龍 明 ), “Fabrication and Characterization of Semicircular Detection Electrodes for Contactless Conductivity Detector – Capillary Electrophoresis Microchips,” Electrophoresis, Accepted for Publishing, 2006. (SCI) Chang-Hsien Tai( 戴昌賢), Che-Hsin Lin( 林哲信), Ruey-Jen Yang, Min-Zhong Huang, C. ＊ 蔡健雄) 傅龍明) W. Liu, Chien-Hsiung Tsai ( and Lung-Ming Fu ＊ ( , “Micromixer Utilizing Electrokinetic Instability Induced Shedding Effect,” Electrophoresis, 96
  • 97.
    Accepted for Publishing,2006. (SCI) Chien-Hsiung Tsai( 蔡 健 雄 ), M. F. Hung, Li-Wen Chen( 陳 立 文 ), Chin-Lung Chang and Lung-Ming Fu*( 傅 龍 明 ), “Optimal Configuration of CE Microchip with Expansion Chamber in Separation Channel,” Journal of Chromatography A, Accepted for Publishing, 2006. (SCI) Chien-Hsiung Tsai( 蔡健雄), Yao-Nan Wang, Chiu-Feng Lin( 林秋豐), Ruey-Jen Yang, and Lung-Ming Fu*( 傅 龍 明 ), “Experimental and Numerical Analysis of Leakage Effect for Injectors in Microfluidic Device,” Electrophoresis, Accepted for Publishing, 2006. (SCI) Lung-Ming Fu(傅龍明), Chang-Hsien Tai(戴昌賢), Chine-Hsiung Tsai(蔡健雄), Che-Hsin Lin( 林哲信) and Chia-Yen Lee*, “Fabrication of Micromixers Utilizing Shedding Effect Induced by electrokinetic Instability,” Journal of Physics, Accepted for Publishing, 2006. (EI) Chia-Yen Lee( 李佳言), Che-Hsin Lin( 林哲信) and Lung-Ming Fu*( 傅龍明), “Design and Fabriaction of Contactless-Type Detector for Microchip Capillary Elecrophoresis,” Journal of Physics, Accepted for Publishing, 2006. (EI) Chien-Hsiung Tsai( 蔡健雄), Y. N. Wang, H. T. Chen, Che-Hsin Lin*( 林哲信) and Lung- Ming Fu ＊ ( 傅 龍 明 ), “Capabilities and Limitations of 2-Dimensinal and 3- Dimensional Numerical Methods in Modeling the Fluid Flow in Sudden Expansion Microchannels,” Microfluidics and Nanofluidics, Accepted for Publishing, 2006. (SCI) D.H. Wu( 吳德和), H.H. Chen, C.S. Chen, “Resonant Frequency Analysis for a Fixed-Free Single-Walled Carbon Nanotube based Mass Sensor,” Sensors and Actuators: Physics, Accepted for Publishing, 2006. (SCI) D.H. Wu( 吳 德 和 ), W.T Chien, Y.J.Tsai, “Applying Taguchi dynamic characteristics to robust design of piezoelectric sensor,” IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Accepted for Publishing, 2006. (SCI) D.H. Wu( 吳 德 和 ), “Coupled-field analysis of piezoelectric beam actuator using FEM,” Sensors and Actuators: Physics, Accepted for Publishing, 2006. (SCI) 97
  • 98.
    D.H. Wu(吳德和), Y.H.Lin, “Directional response analysis of tractor-trailer with multi-axle- steering carrying liquid load,” SAE Technical paper 0415, 2005 (EI) Submitted paper Che-Hsin Lin( 林哲信), Lung-Ming Fu ＊ ( 傅龍明) and Min-Zhong Huang, “A Novel Fast DNA Digestion System,” submitted to Nucleic Acids Research, 2006. (SCI, IF =7.26) Chia-Yen Lee( 李佳言 ), Chien-Hsiung Tsai( 蔡健雄), Che-Hsin Lin*( 林哲信) and Lung- Ming Fu ＊ ( 傅 龍 明 ), “Interactively Time-Pulsed Microfluidic Mixers in Microchip,” submitted to Chemical Engineering Journal, 2006. (SCI) Lung-Ming Fu( 傅龍明), Che-Hsin Lin ＊ ( 林哲信), Yu-Sheng Chien and Tsung-Yao Chang, “A Novel Pinched-Switching T-form Mixer for Fast DNA Digestion,” submitted to Lab on a Chip, 2006. (SCI) Che-Hsin Lin( 林哲信), Chien-Hsiung Tsai( 蔡健雄) and Lung-Ming Fu*( 傅龍明), “Rapid Circular Microfluidic Mixer Utilizing Unbalance Driving Force,” submitted to Biomedical Microdevices, 2006. (SCI) Min-Zhong Huang, Ruey-Jen Yang, Chang-Hsien Tai( 戴昌賢), Chien-Hsiung Tsai*( 蔡健 雄 ), Lung-Ming Fu*( 傅 龍 明 ), “Application of electrokinetic instability flow for enhanced micromixing in cross-shaped microchannel,” submitted to Biomedical Microdevices, 2006. (SCI) Rong-Hua Ma, Chia-Yen Lee( 李佳言), Yu-Hsiang Wang, Lung-Ming Fu( 傅龍明), Chien- Hsiung Tsai(蔡健雄), Po-Chen Chou(周伯丞), “A Pt-based Piezoresistive Gas Flow Meter Utilizing a Micro-cantilever Structure,” submitted to Biosensor sand Bioelectronics, 2006. (SCI) Chien-Hsiung Tsai( 蔡健雄), Chin-Lung Chang and Lung-Ming Fu*( 傅龍明), “Design of High-resolution Analysis Technique for Capillary Electrophoresis Microchip,” submitted to Applied Physics Letters, 2006. (SCI; IF =4.308) 98
  • 99.
    Patent “自旋微型混合器及其製造方法, Self-rotating micromixerand the method of making the same,” ROC patent pending, filed, 2005, with the filing no. 094101730. 中華民國 ROC IPO,發明人：林哲信 ，傅龍明 ，林岳鋒，蔡建雄 “ 一種以電滲透流驅動之微流體混合器 ” Filed on February, April 20, 2005 with the filing no. 093111002, 中華民國 ROC IPO,發明人： 林 哲 信 ， 傅 龍 明 ，簡育 生 (已獲準 ) 99
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    附錄三、計畫第一年所購置之儀器設備說明 此計畫第一年所購置之儀器設備說明如下 設備名稱 經費來源 購置日期 組裝情況、 與現有設備配合情況及使用課程 電子槍蒸 教育部 94/7 1. 整體組裝測試於 94/9 月底均完成 鍍機 2. 配合學校現有之微影設備可完整製作微 感測器 3. 使用課程含微機電導論、生物晶片製程 技術、微感測器製程技術、 薄膜製成與應 用、半導體製程技術及微機電製程技術 熱分析儀 教育部 94/9 1. 整體組裝測試於 94/10 月底均完成 DSC 2. 可配合材料所現有之檢測系統完成微元 件之熱分析 3. 使用課程含生物晶片製程技術、微感測 器製程技術、電子構裝技術、 複合材料及 微機電製程技術 化學抽氣 教育部 94/12 1. 整體組裝測試於 94/12 月底均完成 櫃（2 台） 2. 使用課程含微機電導論、生物晶片製程 技術、微感測器製程技術、 薄膜製成與應 用、半導體製程技術及微機電製程技術 快速真空 教育部 94/10 1. 整體組裝測試於 94/10 月底均完成 退火爐 2. 配合機械系半導體製程實驗室之儀器可 應用於微元件及材料上 3. 使用課程含微感測器製程技術、薄膜製 成與應用、半導體製程技術及微機電製 程技術 去離子水 教育部 94/12 1. 整體組裝測試於 94/120 月底均完成 機 2. 應用於現有之黃光室中 3. 使用課程含微機電導論、生物晶片製程 技術、微感測器製程技術、 薄膜製成與應 用、半導體製程技術及微機電製程技術 SEM 試片 教育部 94/11 1. 整體組裝測試於 94/11 月底均完成 鍍金機 2. 應用於機械系現有之電子顯微鏡上 3. 使用課程含電子顯微鏡學、微感測器製 程技術、薄膜製成與應用、 電子構裝技術、 半導體製程技術及微機電製程技術 多通道電 教育部 94/12 1. 整體組裝測試於 94/12 月底均完成 位阻抗測 100
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    試系統 2. 配合材料所微流生醫晶片實驗室之檢測 系統 3. 使用課程含微機電導論、生物晶片製程 技術、微感測器製程技術及微機電製程 技術 雷射光學 教育部 94/12 1. 整體組裝測試於 94/12 月底均完成 系統 2. 配合材料所微流生醫晶片實驗室之微晶 片製作設備 3. 使用課程含微機電導論、生物晶片製程 技術、微感測器製程技術及微機電製程 技術 掃描探針 校配合款 94/9 1. 整體組裝測試於 94/9 月底均完成 顯微鏡 2. 配合半導體製程實驗室之儀器可應用於 微元件及材料上 3. 使用課程含電子顯微鏡學、微機電導論、 生物晶片製程技術、微感測器製程技術、 電子構裝技術、複合材料、薄膜製成與應 用、半導體製程技術及微機電製程技術 101
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    附錄四、微機電元件設計學程之規劃 微機電元件學程規劃包括規劃表、開授課程、以及課程內容大綱。 學程規劃包括規劃表 對象 █_四技四,二技二,碩一_學生(四技、 大學、 二技、碩士生) █ _車輛系、 _機械系_、 生工系、 環工系、材料系學生 □_______年級學生(二專、五專) □先修_______、_______、_______課程者 □進修部學生 □選修_______學程學生 修習本學程(模組課程)可從事之職類職種 1. __電子,電機業__人員 2. ___生物科技業__ 人員 3. __機械,精密機械業人員 學(課)程特色 ▓跨領域學(課)程 ▓第二專長學(課)程(如技術轉應用) □專業證照學(課)程 □創業學(課)程 □國家證書學(課)程 ▓進階學(課)程 □競賽學(課)程 □國際化能力學(課)程 本學程特色、目標 微機電系統(Micro-Electro-Mechanical-Systems, MEMS)製程 技術具有將傳統大型生化分析或檢測設備微小化之能力，除縮小其尺寸外，更 可增加其分析速度與簡化人為操作程序，因此在分析化學與生物醫學方面之應 用深受矚目。 利用微系統技術將分析儀器微型化並整合於一小面積之生醫晶片上， 不但可大幅降低檢測之成本、 增加檢測分析之速度，另外也大幅增加偵測之靈敏 度，因此微機電系統製程技術是未來深具發展潛力的一種關鍵性科技。 本課程的主要目的在於利用屏科大現有的設備(機械系無塵室及 MBLab 的測試設備)及微機電相關軟體(Fluent, CFDRC and ANSIS)，設計一套 完整的微機電製程技術學程，讓學生能親自設計、 分析、 製造及測試生醫晶片及 微感測器等微機電相關成品，讓學生能成為微機電及半導體製程技術方面的專 業人才，一畢業就符合職場上需求。 本課程的主要特色在於微機電製程技術的實物操作與理論分析的整合與應 用。本學程的課程內容包括微機電導論、 生醫晶片製程技術、 電腦輔助微熱流及微 固力分析與微感測器製程技術，為使理論與實務互相結合，學員在修課過程中 均需配合實作方面的訓練，因此，本課程的學員均能熟習職場上的微機電及半 導體製程技術與分析所使用的工具。 在課程規劃中將朝向兩種業者的專家來配合此就業學程的推動，一為商用 軟體業者的專家(已經接洽的有:虎門科技、 智泰科技、 勢流科技、 美商綺城科技.. 等公司)，另一為微機電及半導體製造業者的專家(已經接洽的有:鳴峰工程、宏 碁電腦、 奇美電子、大地光纖及華立企業等公司)。 而在學界中本課程也規劃兩位 在生醫晶片及微感測器中獲得數項國內外專利的專家一起參與。 而整個就業學程 的初步規劃邏輯在於讓學生先了解微機電的基本概論，再學習生醫晶片及微感 測器的製程技術。 接下來的課程則是學習一些微機電的分析軟體，配合這些微機 電的分析軟體，能讓學員更了解微機電的設計與製作。 習得這個就業學程的學生，均有微機電及半導體製程技術及分析的專業能 102
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    力。其就業的管道則無論是生物科技產業或是半導體、顯示器、光電產業、消費性 電子產業、精密機械產業、商用軟體業均能夠從事。 開課時 課程名稱 開設系所授課 學分 課程大綱 時數 間 / 教師 數 上課 實習(作) 小計 學制/年 (校內外) 級 傅龍明 上學期 微 機 電 導 論 車輛系,機 3 詳見附件 36 18 54 三學分 械系,材料 系,生工系 傅龍明 上學期 生 物 晶 片 製 車輛系,機 3 詳見附件 36 18 54 程 技 術 ； 三 械系,材料 學分 系,生工系 林秋豐 上學期 微 感 測 器 原 車輛系,機 3 詳見附件 36 18 54 理；三學分 械系,材料 吳德和 系,生工系 開授課程 上學期 電腦輔助設 車輛系,機 張金龍 詳見附件 27 27 54 計(Auto 械系,材料 CAD 含實習)；系,生工系 三學分 3 下學期 產 業 界 常 用 車輛系,機 戴昌賢 3 詳見附件 27 27 54 微 機 電 及 微 械系,材料 流 體 軟 體 實 系,生工系 蔡建雄 習；三學分 業界教 師 下學期 微 感 測 器 製 車輛系,機 傅龍明 3 詳見附件 27 27 54 程 技 術 ； 三 械系,材料 學分 系,生工系 李佳言 下學期 微機電製程 車輛系,機 傅龍明 詳見附件 27 27 54 技術；三學 械系,材料 分 系,生工系 業界教 3 師 下學期 有限元素分 車輛系,機 陳勇全 3 詳見附件 27 27 54 析導論 械系,材料 103 系,生工系
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    課程內容大綱 課程名稱 微機電導論；三學分 課程內容大綱 本課程介紹微機電基本設備及相關的製程技術，為此學程之初 學課程。本課程包含微機電概要、設備、渡膜、加工方法、光刻法、濕式 蝕刻法、乾式蝕刻法及接合方法等。 課程名稱 生物晶片製程技術；三學分 課程內容大綱 本課程之主要介紹生物晶片的應用及其各項實驗的實際操 作。內容包括簡介生物學及生物技術，基礎的微機電製程，生物 感測器之基本原理及生物微機電、生醫晶片。 課程名稱 產業界常用微機電及微流體軟體實習；三學分 課程內容大綱 本課程主要讓學生了解商業軟體在微機電及微流體上的應用， 並讓學生熟悉這方面常用之商業軟體，包括微流體及流固整合上常 用之 CFDRC、STARTCD、Fluent、ANASYS 等軟體。使學生了解一些微 機電之商用軟體之操作步驟與實際問題之解析，以獲得實際上機實 習之經驗。 課程名稱 微感測器製程技術；三學分 課程內容大綱 本課程主要內容為微感測器原理及製程技術，此課程仍以以實 作為主，讓學生從畫光罩、渡膜、蝕刻、接合到微感測器成品及測試都 親自參與，真正的學習到微感測器製程技術。 課程名稱 電腦輔助設計(Auto CAD 含實習)；三學分 課程內容大綱 本課程要旨為介紹目前及未來將廣泛地應用於產業界的電腦輔 助設計。著重於介紹分析方法之基本原理，理論及求解方法之推導， 同時介紹如何使用軟體，使學生由實例分析了解設計與分析之架構， 包括前處理、求解及後處理程序，使學生具備由理論分析到數值求解 之實際經驗，技術，最後達到電腦整合製造之境界。 課程名稱 微機電製程技術；三學分 104
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    課程內容大綱 本課程之目的：在介紹微機電製程技術中之主要流程及使用之 機械設備，以供相關科系有興趣之同學修習，以便對國家重要產業 有所瞭解。內容包括：了解微機電系統之製程，討論微型感知器及致 動器的製程及工作原理，真空技術，參雜方法，光刻術，薄膜技術， 製程規劃，實例探討。 課程名稱 有限元素分析導論；三學分 課程內容大綱 本課程介紹有限元素方法之基本原理，理論及求解方法之推導 ， 同時介紹使用有限分析軟體，使學生由實例分析了解有限元素模型 之架構，包括前處理、求解及後處理程序，使學生具備由理論分析到 數值求解之實際經驗，課程著重於有限員素分析之基本概念之建立 與應用，作業涵蓋結構靜力、熱傳及動態分析等問題。 105