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2007年7月2日Ｓｌｉｄe 1

２００７年７月２日富士通株式會社系統微電子事業部

台日RFID技術與其應用研討會

FRAM技術與最新RFID應用 .

１.何謂 FRAM

２. FRAM的材料與製造技術

３. FRAM的特色

４. RFID應用

５. 富士通FRAM的簡介


１.何謂 FRAM


３. FRAM的特色

４. RFID應用




揮發揮發性性((Volatile)Volatile)

非揮發非揮發性性((Non Volatile)Non Volatile)

RAM RAM (Random Access Memory) (Random Access Memory)

ROMROM(Read Only Memory) (Read Only Memory)

DRAMDRAMSRAMSRAM

FlashFlashEEPROMEEPROM

＋＋

＋＋

＝＝

＝＝

非揮發非揮發性性((Non Volatile))

RAM RAM ((Random Access Memory) ) ＋＋＝＝

資料揮發資料揮發性性((需要需要電源電源))

☆☆““FRAMFRAM””具備了具備了RAMRAM與與ROMROM兩者的優點兩者的優點☆☆

ＦＲＡＭＦＲＡＭ

非揮發非揮發性性RandomRandom--AccessAccess(Read/Write)(Read/Write)

寫入速度慢寫入速度慢（（需要升壓＋刪除動作需要升壓＋刪除動作））

資料寫入有限資料寫入有限（時間、（時間、次數次數））

何謂Ferroelectric ＲＡＭ？


何謂FRAM（Ferroelectric ＲＡＭ）？

PZT結晶結構

(lead zirconium titanate /Pb(Zr,Ti)O3)FRAM 電容器Capacitor

利用強誘電體薄膜（Ferroelectric）材料來保存資料的非揮發性RAM

TEL:上部電極FER: PZT膜BEL:下部電極

電場

PZT結晶的磁滯Hysteresis特性

：Pb ：Zr/Ti ：O

下部電極電壓

分極量

“1” Data

“0” Data

Qsw

(1)載入電場後會產生分極現象。（Zr/Ti原子在結晶内部上下移動）

(2)停止載入電場後，分極仍會殘留。（殘留分極）

(3)將２分極方向當作「０」「１」來儲存數據。→非揮發性

※富士通稱 FeRAM為 FRAM


１. 何謂FRAM


３. FRAM的特色

４. RFID應用




強誘電體材料的比較 (PZT/SBT/BFO)

PZT [Pb(Zr,Ti)O3](lead zirconium titanate )

SBT [SrBi2Ta2O9](strontium, bismuth, and tantalum )

BFO [BiFeO3](Bismuth Ferrite )

強誘電體

結晶結構

優點

缺點

・可低溫製造・量産性高

(富士通量産中)

・反轉電壓稍高。

（優點：資料不易形成亂碼）

・反轉電壓在1.8[V]以下・由於電壓低、疲勞特性會改善

・Qsw小

・Ｑｓｗ為180～220[uC/cm2]是PZT的大約５倍。

・是新材料，仍在研發中

(☆與東京工業大學共同研究☆)・製程處於高溫

：Sr ：Bi ：Ta ：O：Pb ：Zr/Ti ：O ：Bi ：Fe ：O


0.18um FRAM 剖面圖(Stack)0.35um FRAM剖面圖(Planer)

多層配線：AL 5層Ferro 2層Poly Si 1層結構

多層配線：AL 3層Ferro 2層Poly Si 1層結構

CMOS 傳統大量製程Bulk Process

CMOS 傳統金屬配線製程

FRAM 製程

ＦＲＡＭ的結構

具有與傳統CMOS製程與周邊電路最高的相容性!


１. 何謂FRAM


３. FRAM的特色

４. RFID應用




Display

☆寫入時間☆

ＥＥＰＲＯＭＦＲＡＭ

寫入時間（Cycle Time）

10-7

10-5

10-3

10-1

[sec]

ＥＥＰＲＯＭ的 1 / 42,500 倍

覆蓋速度快覆蓋速度快

1秒鐘寫入FRAM的資料量( 3,418 [Byte/秒] )

FRAM

1秒鐘寫入EEPROM的資料量( 126 [Byte/秒] )

EEPROM

ＦＲＡＭ跟ＥＥＰＲＯＭ相比覆蓋速度

約為27倍＠１ Mbps, SPI I/F

温度感應器

FRAM寫入速度 EEPROM寫入速度

能高速寫入出貨前的初期資料能高速寫入出貨前的初期資料有利於有利於Through Put UpThrough Put Up的應用的應用

温度温度Sensor Demo PortSensor Demo Port

温度感應器

Temp.Read I/O(SPI) Data Write

FRAM

EEPROM

TimeFRAM：MB85RS256(富士通製, 256Kbit FRAM, SPI I/F)EEPROM：M95256W6(STM製, 256Kbit EEPROM, SPI I/F)


☆覆蓋次數☆

存取次數幾近存取次數幾近無限無限（（100100億億次次))

100

102

104


106

108

1010

1012

[次]

ＥＥＰＲＯＭ的 100,000 倍

覆蓋次數(Endurance)

適用於須周期性適用於須周期性,,大量採集數據之應用大量採集數據之應用

Drive Recorder

感應器等的顯示器


☆消耗電力☆

耗電量(64Byte寫入時)

0.1

1

10

100

1000

[mW.ms]


ＥＥＰＲＯＭ的 1 / 1,000 倍

有利於通訊距離較長的有利於通訊距離較長的UHFUHF標籤寫入應用標籤寫入應用

EEPROM

3 [m]

3 [m]

I cannot write by 3m.

低低耗電耗電((覆蓋時不使用高電壓覆蓋時不使用高電壓))FRAM

I can read within 3m !

I can read within 3m !

I can write within 3m !


實現EEPROM做不到的高速性實現EEPROM做不到的高速性・提升輸送帶搬運速度・減少所需R/W數量

⇒降低系統成本

・提升輸送帶搬運速度・減少所需R/W數量

⇒降低系統成本

所有命令

①縮短記憶體寫入時間FRAM高速性

收訊１寫入記憶體所需時間收訊２傳輸

①

其他廠牌(EEPROM)

FJ(FRAM)(~5倍高速)

FRAM HF/UHF Tag的特色 (通訊速度)


☆免用電池Battery Free （Green Memory）☆CO2排放量[Kg/Chip]

0

0.2

0.4

0.6

BBSRAM FRAM

Printed Circuit Board

Li Battery

Materials

Process Energy

減少CO2 排放量６５％

減少減少ＣＯＣＯ２２排放排放//免用電池免用電池

具有環保概念的具有環保概念的Green MemoryGreen Memory＋

(No Battery)(No Battery)

(( ))

ＦＲＡＭ生產時的ＣＯ２排放量減少６５％，是一種綠色記憶體Green Memory


☆輻射線耐性☆

可承受伽瑪射線照射可承受伽瑪射線照射

適用於醫療管理適用於醫療管理、、醫藥用品醫藥用品,,包裝殺菌等應用包裝殺菌等應用

在外太空等特殊環境也可使用在外太空等特殊環境也可使用

不會因為輻射線的照射而

產生不良的情況（不會有亂碼）

參考：輻射線單位

SvGyBq符號

對人體產生影

響的單位被吸收的能量單位

顯示輻射線強度的單位

西弗葛雷 gray 貝克勒爾becquerel單位

參考：輻射線量

１ [uGy]

１０ [uGy]

１００ [uGy]

１ [mGy]

１０ [mGy]

１００ [mGy]

１ [Gy]

１０ [Gy]

１０ [ｋGy]

１００ [Gy]

１ [ｋGy]

１００ [ｋGy]醫療用γ線殺菌(20～30 [kGy])

人體被照射量2.4 [mGy/年]

CT掃描(X光)6.9 [mGy/次]

胸部X光50 [uGy/次]

預防馬鈴薯發芽(150 [Gy])

致死量(～10 [Gy])

NoError

α線 α線 α線


１. 何謂FRAM


３. FRAM的特色

４. RFID應用




ＨＦ/ＵＨＦ標籤的使用案例

庫存管理

圖書出租管理商品標籤（薄型金属對應標籤、軟式鑰匙環狀標籤）

工廠自動化進出管理


Reader/Writer端控制端

如果各個產品都標上了標籤的話、無須拆封就可以確認內容。

標籤/物流管理/資訊確認示範 .


搭載搭載ＦＲＡＭＦＲＡＭ之之ＵＨＦＵＨＦ--ＴＡＧＴＡＧ（（病患病患看護看護//高齡高齡者者看護看護））

可搭載各種可搭載各種sensor,sensor,自動傳送生體情報之照護型自動傳送生體情報之照護型RFID RFID ICIC

大容量化温度sensor 聲音sensor ３軸加速度sensor

>

被動型（晶片尺寸約2.5mm）

電波接收範圍範囲：３～４ｍ

當病患、高齡者體溫急劇改變 /跌倒時,可迅速發信至遠端系統,以提供必要看護

R/W 基地台


使用使用３軸３軸感應器與感應器與FRAMFRAM--UHFUHF TAGTAG的方向辨識示範的方向辨識示範

３軸感應器

FRAM-UHF TAG

UHF 天線

『温度感應器』、『聲音感應器』、『3軸感應器』等、

將各種感應器加以組合之後，可做各種狀態之監視


業界首創業界首創 ! ! FRAMFRAM UHF UHF TagTag,,移動中可同時讀取移動中可同時讀取１００１００枚枚!!

R/W天線數目：８片搬運通過速度：１［m/秒］讀取：８byte（容器ＩＤ）寫入：４byte（盤點日期・Gate編號）

100枚標籤於移動中可一次讀取

裝在折疊容器中通過gate的情況

標籤/物流管理/資訊確認使用範例


UHFUHF帶帶RFIDRFID生產線生產線零組件管理系統零組件管理系統

～創造零組件即時供應鏈模式～(訂單處理,存貨管控,貨況追蹤全

面自動化)


１. 何謂FRAM


３. FRAM的特色

４. RFID應用




富士通ＦＲＡＭ的簡介 (ＦＲＡM產品發展)

ＳｍａｒｔＩＣ

８位元微控器

HF/UHF - Tag

單一記憶體

COT (GDS interface)

Costume IC

HF (ISO15693)大容量化(～64KB)

UHF (ISO18000-6)Sensor付(温度,加速度,聲音,壓力等)

安全性產品

汎用型微控器/ All FRAM 微控器

～２Mbit (Parallel, SPI)

0.5um, 0.35um, 0.18um (單一記憶體, Transportation, 太空用(Hard Radiation)等

Logic rich 的客製品有増加趨勢


開發ISO/IEC 15408 (EAL4+安全性對應)之FRAM商品

搭載了FRAM的LSI被FeliCa方式的IC卡採用

～在ＣＥ中實現最高程度的安全性～

搭載富士通株式會社(以下簡稱富士通)FRAM(的IC卡用LSI，此番受到SONY株式會社(以下簡稱SONY)的非接觸技術IC卡"FeliCa＂採用。

由於搭載了FRAM，比傳統卡片更具有高速寫入、高覆蓋耐性、低耗電以及高安全性。此外，本LSI搭載最新的安全性技術，並在2006年12月取得安全性國際標準ISO/IEC 15408之ＣＥ部門最高認證EAL4+。

FeliCa卡片樣本(右邊是透明圖示，可以看清晶片和電路、天線等)

秘秘

秘秘


ＥＡＬ４＋安全性程度 Security LevelＥＡＬ（評估保證程度）

Attack Potential

No rating Low Moderate High

EAL１：一般民生

EAL7：軍事用途

EAL6：軍事用途

EAL3：一般民生

EAL2：一般民生

EAL4：一般民生

EAL: Evaluation Assurance Level ISO15408國際安全性評估標準以EAL 的程度來將IT產品/系統的安全性保證範圍做國際標準化。

EAL5：一般民生/軍事用途

EAL4＋：一般CE（ICカード）

受到採用的FRAM搭載LSI之安全性程度


ALL FRAM微控器

富士通開發出將ＲＯＭ/ＲＡＭ全數改為ＦＲＡＭ的ＡＬＬＦＲＡＭ微控器ＬＳＩ(可用來開發F2MC-8FX FRAM微控器系列的OS)

(F2MC-8FX FRAM微控器規格)

將ROM･RAM區域改為FRAM，可不受Memory Map侷限,提升編寫程式之自由度。

最小執行命令 300 [ns] (3.3[MHz]動作時)

動作電壓 3.0～3.6[V]

CPU F2MC-8FX

CPUバス 8 bit

ROM 無

RAM 無

64 [Kbyte] (512Kbit)

(其中, 程式記憶體(最大)=60 [Kbyte]

UART/SIO(1ch)

LIN/UART(1ch)

I2C(1ch)

I/O Port(最大; 89個)

16bit PPG輸出(3ch)

8/16bit PPG輸出(2ch)

8bit複合計時器(4ch) or 16bit複合計時器(2ch)

Time Base Timer(12bit)

15bit Free Lan Counter

A/D Converter(10bit x 16ch)

外部切入(16ch)

低耗電動作(停止、睡眠、次狀態、時間模式)

LCD控制器(最大160畫素)

Debug Unit

封裝 PFBGA-224P(16.0mm□)

通訊功能

其他的周邊功能

FRAM

D/A Converter(10bit x 1ch)


寫入速度比較示範寫入速度比較示範

☆FRAM微控器的優勢-與傳統的FLASH微控器相比，資料覆蓋的時間大幅度改善。-因為程式/資料的區域無境界之別，所以軟體開發的自由度更為提高。

【示範流程】●FRAM微控器：刪除 ⇒將資料寫入資料區域(1000h～F7FF) ⇒ 以LED顯示寫入中的區域 ⇒重複

●FLASH微控器：刪除 ⇒ 將資料寫入資料區域(1000h～3FFF) ⇒以LED顯示刪除／寫入中的區域 ⇒重複

1個LED是512位元單位

>>


FRAMFRAM微控器的優點微控器的優點

>

同樣的同樣的FRAMFRAM微控器可以自由變更程式區域微控器可以自由變更程式區域

P：程式區域D：資料區域


Certification of ucode Tag

UbiquitasID中心長坂村健工學博士

Product Name Certification

MB89R116 2004.03.19

MB89R118 2004.03.19

MB97R7020 2005.07.07

MB89R119 2005.07.07


謝謝各位謝謝各位

fram技術與最新rfid應用tnst.org.tw/ezcatfiles/cust/img/img/20070702cp_32.pdf2007年7月2日...

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