長庚大學馮武雄院長＿工學院介紹
| WeGenius第8刊‧2003年 |
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長庚大學電子工程系暨研究所
馮武雄教授 |
Q.長庚工學院除了有優良的軟、硬體和師資之外，與企業結合的實務性產學合作更是一大特色，能不能請院長說明一下貴院和企業互動模式為何，有哪些大型產學合作計畫？並且如何藉此增加學生實務能力與就業機會？
Q.長庚工學院當初是有怎樣的想法會要特別挑幾個研究所來成立？長庚工學院有資訊工程研究所，但卻沒有資訊工程學系，這是基於什麼樣的考量？未來是否會增設資訊工程學系？
Q.貴院有生化與生醫工程研究所、醫療機電工程研究所，從名稱上看來兩所的研究方向比較偏向醫學，而這兩所跟資訊工程所一樣，並沒有系，請問院長這兩所研究的內容以什麼為主？
Q.除工學院外，長庚醫學院也是長庚大學著名學院之一，兩院之間是否有跨院合作計畫，而合作計畫的內容為何？
Q.院長您的研究專長其中一項為〝奈米超大型積體電路設計布局與測試〞，當電路的大小縮到為奈米級時，會有什麼不同於原來電路的效應出現，布局與測試的難度是否相對增加？
Q.請問什麼是積體電路設計？院長您其中一項專長為射頻與混合訊號積體電路，請問射頻與混合訊號積體電路主要功能及應用為何？
長庚大學原名為長庚醫學院，民國82年設立工學院，乃改為長庚醫工學院，民國86年設立管理學院，並改名為長庚大學。工學院現有電機工程學系、機械工程學系、化工暨材料工程學系及電子工程學系四個學系，每個學系皆設有碩、博士班研究所，另外還有資訊工程、光電工程、醫療機電及生化與生醫四個獨立的研究所，其中資訊工程於今年開始招收大學部的學生。為了有效使用學校資源，91學年度電機系開始增為兩班，92學年度電子系亦將增為兩班，爾後各系亦逐年增加，預計到了民國96年，工學院學生人數將從現在的一千餘人增加到三千餘人，老師也會從現在的68位專任和十幾位兼任教師，逐年迅速增加。在領域整合學習方面，目前長庚大學工學院，設有半導體學程及化工材料學程。同時為配合產業發展及在職學生需求，設有兩個領域之碩士在職專班。
長庚大學位在林口體育園區內，空氣清新環境優雅，鄰近有華亞科學園區，內有廣達電腦、南亞科技、中環等許多高科技公司。周邊有三重、新莊、五股、泰山、樹林、龜山及桃園等傳統新興工業園區，提供學生暑期實習及實務練習的最佳場所。
Q.長庚工學院除了有優良的軟、硬體和師資之外，與企業結合的實務性產學合作更是一大特色，能不能請院長說明一下貴院和企業互動模式為何，有哪些大型產學合作計畫？並且如何藉此增加學生實務能力與就業機會？
我們的學生通常在大三升大四的時候，會安排一個暑期實習的課程，讓學生們到台塑體系或鄰近園區的工廠實習一個暑假。對於一、二年級的學生，若是也想要暑假時從事實習的課程，係屬一種工讀，非正式的課程。大三升大四時的暑期實習則是必修的，一個暑假算兩個學分，二到三個學生一組。實習結束後比賽，驗收工學院學生在暑期的表現，隨即展開由系的競賽到院的決賽，由於英文能力的要求越來越重要，所以到院之後是以英文發表競賽。
在長庚的學生，畢業後可以選擇台塑體系的公司或工廠，電機系的學生分系統與通訊兩班招生，教學領域有通訊、電力與控制、電路與系統、醫工及醫療影像等方面發展。電子工程學系將於92年8月起招收兩班學生，教學研究領域有半導體製程與元件、超大型積體電路軟硬體設計、通訊電子及光電工程等教學研究領域。電子方面可以往南亞半導體科技或是台塑、南亞的光電科技等發展，這些台塑體系頗具研發成果，直接反映建教合作成效。有些學生會覺得外面的公司也不錯，因此許多同學也會到科學園區去發展，基本上就業市沒問題的。
就跟台塑體系互動而言，有些對於醫療方面發展有興趣的同學，會到長庚醫院的醫療與儀器部門服務；而台塑主要是從事塑膠工業及重電機械產業發展，因此化材系許多同學會走向台塑石化業；機械工程方面有部分是和電機重疊的，就是機電方面的設計與應用，這部分的同學可以在發電廠及汽車製造上發展。電子工程方面的話，剛剛有提過的就是南亞科技和南亞電路板，還有如在林口的TFT製造工廠，在樹林製造發光二極體的工廠，在三峽已有專門製造PDP（電漿顯示器Plasma Display Pannel）的工廠，彼此之間在教學與研究方面有交流及合作研究計畫進行，所以選擇機會很多，學生就業的機會相對增加。一般而言，仍有一半以上的學生會選擇繼續升學，進入國內外研究所就讀。
Q.長庚工學院當初是有怎樣的想法會要特別挑幾個研究所來成立？長庚工學院有資訊工程研究所，但卻沒有資訊工程學系，這是基於什麼樣的考量？未來是否會增設資訊工程學系？
一般而言先成立研究所，再成立系，係因研究所之比較簡單，招生名額比較少，所以只要幾位老師就可以管理，而大學部不一樣，不只要有專業領域的課程，還有通識課程，很多其他基本的科目都要齊全。所以通常是會從研究所開始設立，再成立學系。不過學校成立的時候，當然會先有幾個系，國內所有大學都是這樣的；譬如說電機工程學系，早期電機只有電力及控制，在那樣的時空環境下，就只有電機工程，如台大、成大。隨著半導體這類電子科技的進步，電子工程就跟著出現了，電子工程領域的出現較為明顯的就是交通大學，因此交通大學設有電子系而不是電機系。另外就是政府規定一個班只能有四個老師，所以就出現了很多研究所，每一個所當作一班，這樣整個組織就擴大了。而長庚大學工學院成立時也是一樣，是先成立電機、機械、化材等學系，然後成立電子系。
電子系所之設立乃當時工學院有感於半導體產業將是我國及世界未來的主流產業，所以需要更進一步提供半導體科技系之教學，以及半導體科技研究所，但是教育部認為半導體科技學系領域太窄了一點，因此建議改為電子工程學系，而研究所則是保留半導體科技研究所，所以雖然半導體科技研究所看起來是獨立的，其實跟電子系是同一個系統。不過90學年度校務會議通過將半導體科技研究所改名，藉此擴大半導體的研究領域，加上電子工程學系也需要自己的一個研究所，所以把半導體科技研究所改名為電子工程研究所。另外為擴大III-V族化合物及半導體白光照射與雷射研究，成立光電工程研究所。當初四個系就有四個研究所，而現在每個系各再增加一個研究所，如機械系增加醫療機電研究所，電子工程學系增加了光電工程研究所，電機系增加了光電工程研究所，電機系成立了資訊工程研究所。
92年8月資訊工程研究所開始招收大學部學生，當初成立各系所的動機，不是為了增加老師，而是為了要跟醫學院增加交流，強化工學院的研究領域區隔，建立一些研究特色，發展優質的教學績效。該系所研究重點為（1）生物資訊、（2）電腦系統暨網路、（3）智慧型資訊處理等三大領域。近年來遺傳工程技術的進步，基因體研究計畫的進展，使生物科技被公認為最有潛力的明日之星。為因應此項趨勢，該系所積極與醫學院及醫院進行生物醫療資訊與基因體的整合研究，建立該系所研究特色發展。
因為以長庚大學醫學院來說，師資跟設備都是相當不錯的，學生程度也很高，未增加跨院合作機會，所以成立醫療機電研究所，以及生化與生醫研究所。資訊工程是因應國家科技發展及基因體資訊研究的趨勢，所以成立資訊工程研究所及資訊工程學系。而光電所也是配合政府發展重點之光電科技而設立，國家型計畫中有白光計畫，目的係以半導體的白光照明逐步取代傳統的鎢絲及日光燈等照明設備，以及進行前瞻性的光通訊元件及系統之研究，所以成立光電工程研究所，初期該所接受白光計畫許多的資助，並設立許多相關實驗室。
Q.貴院有生化與生醫工程研究所、醫療機電工程研究所，從名稱上看來兩所的研究方向比較偏向醫學，而這兩所跟資訊工程所一樣，並沒有系，請問院長這兩所研究的內容以什麼為主？
本校係先有醫院，才有長庚醫學院，以及隨後工學院及管理學院的成立。因此，醫學院及醫院的設備與研究成果豐碩，又為建立工學院或管理學院與其他大學較具有特色的前提下，所以較偏向醫學有關的研究。生化與生醫研究所主要是發展生物醫療方面，包括基因體的整合研究、人工細胞根組織的培養、生物高分子材料，以及人工器官方面的研究。本所發展重點，將規劃以生物程序工程、生物反應器工程、生醫材料及生物電子與感測為主的四大研究核心領域。其實生化與生醫工程研究所還做了很多研究，如純化分離和結晶成長。醫療機電工程研究所主要研發領域有醫療機電整合系統開發技術研究、科技輔具與福祉器具開發技術研究、醫療光電及微機電工程技術研究、網際網路醫療工程應用技術研究及醫療逆向工程技術研究領域。
生化與生醫工程及醫療機電工程研究所招生的學生，主要分為兩個背景組別，一個是生物醫療背景的，另一個則是工程背景的學生。這兩個組別考的科目雖然不一樣，但進來之後是一起合作，從事生化生醫工程方面的研究。另外在修課方面也會有所不同，醫學背景的同學選修偏向工程方面，而工學院背景的同學則選修偏向醫學方面的課程，這兩個研究所的規劃都是這樣為導向。
Q.除工學院外，長庚醫學院也是長庚大學著名學院之一，兩院之間是否有跨院合作計畫，而合作計畫的內容為何？
工學院與醫學院正進行數個合作計畫，包括生物基因體方面的合作、生醫檢測的國家型計畫、醫療輔具設計計畫及生醫奈米科技研究等。規畫研究發展重點如下
1.醫療機電整合系統開發技術研究領域：
本校工學院成立以來與長庚醫院合作，已完成多項醫療照顧自動化、復健設備及醫療機電整合系統之開發。
具體成果：如多功能自動病床、遠端操控尿便感測器、無人搬運沐浴設備、EMG監控牽引機、身理回饋站立平衡設備、動態站姿穩定度評估訓練設備、轉身平衡設備等，研究成果也已供長庚醫院臨床使用當中。因此醫學與機電工程之整合、本土化醫療機電整合系統之開發以及機電整合系統關鍵技術（如感測器、致動器、控制器）之研究，將是未來醫療機電所的發展重點。
2.科技輔具與福祉器具開發技術研究領域：
科技輔具與福祉器係指結合電子、電腦、機械等技術所設計之老年人或殘障朋友日常生活所需的照護和生活輔助器材，本校工學院過去和國內殘障團體，如：第一兒童福利基金會、中華民國無障礙環境協會等合作，已有多項合作研究成果，如多功能站立輪椅、輪椅上下車裝置等。
因此配合國內老年社會之到來，開發老年人和殘障朋友日常生活所需之科技輔具與福祉器具（如無障礙環境機具、環境控制機電系統、人工義肢控制系統、自動化照顧系統等）也是本所發展之重點。
3.醫療光電及微機電工程技術研究領域：
光電及微機電系統(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)為二十一世紀重要產業之一。醫療機電工程研究所著重於光電及微機電系統在醫學臨床應用之技術開發，相關技術可應用於外科最小侵入性手術、內視鏡手術、雷射血管成形術、出血性潰瘍之治療、制與刺青之去除、手掌多汗症、經表皮雷射椎間盤減壓術、癌症早期診斷之應用和癌症之光動力療法等。
4.網際網路醫療工程應用技術研究領域：
網際網路為E世紀科技發展之重要趨勢之ㄧ。以醫療網際網路為核心技術，結合分散式監控技術以及影像儲存與傳輸，進行遠距醫療、網際醫療資訊交換平台、以及電子化醫院、虛擬醫院、無線通訊技術在醫療之應用等方向之研究。 這些技術將有助於醫療影像(如CT、MRI) 芝傳輸、處裡、更可應用於外科醫師頭顱模型模塊設計、手術規劃與模擬、手術路徑導引之臨床應用。除此之外，網際網路醫療工程應用技術亦可發展個別化套裝醫用軟體設計、醫療設備/器材網路化、即時資料交換互動、遠距網路服務及醫療資訊網路整合等。
5.醫療逆向工程技術研究領域：
逆向工程技術在工業界之應用已經相當廣泛，其可以縮短產品設計時程及增加產品設計品質。在醫療領域中，應用此項技術將包括醫療影像掃描、醫療影像曲面重建、誤差比對，進而應用於3D影像崇組與逆向工程、快速成型技術整合。其應用範圍如人工心臟之研發與製作、顏顱整形捕快製作、義耳製作與定位、骨科骨頭捕快製作、醫療影像導引手術定位系統、醫療均壓鞋墊製作以及醫療快速成型專用機之研發等
6.長庚醫學院醫學系已是全台醫學系前幾志願，不知工學院未來有什麼計畫讓晶片設計、奈米電子、化學材料、奈米材料等各領域研究發展和台、清、交三所大學相關領域並駕齊驅？
台、清、交三所大學均屬公立大學，有政府經費補助加上建校歷史悠久，在公法人未施行前，此項優勢仍存在。雖然如此，在美國私立大學例如史丹佛大學及麻省理工學院優於許多著名大學，因此長庚大學工學院也可利用其優勢，與台、清、交並駕齊驅。如長庚大學有全國最大的長庚醫院，長庚決策會提供充足資金，長庚醫學院有優秀教師及學生，與完善設備等，有助於與工學院合作提升工學院的研發成果。雖然台大也有醫院及醫學院，但私立大學比公立大學來得密切合作。清大、交大並無設立醫學院，故無此優勢。
因此，長庚大學工學院擬逐步增加與醫學院合作獲得國科會SOC國家型計畫之生醫檢測SOC晶片設計。在奈米電子方面，也因與醫學院合作獲得國科會奈米科技核心設施國家型計畫等，這些成果均已與台清交並駕齊驅，甚至優於他們。至於化學材料領域，在蒸餾純化與海水淡化等方面，均獲豐碩成果。本院對於奈米材料方面研究，與一般奈米碳管等研究有別，較注重於半導體製程之奈米材料及奈米元件製作與測量研發為重點，並與醫學院合作開發。至於奈米碳管及奈米碳球之研究，尚屬起步階段。
Q.院長您的研究專長其中一項為〝奈米超大型積體電路設計布局與測試〞，當電路的大小縮到為奈米級時，會有什麼不同於原來電路的效應出現，布局與測試的難度是否相對增加？
當電路大小縮到為奈米級時，電子在元件中的運行已不能用群組理論分析，也就是傳統使用的愛因斯坦關係式須加以修正，重新考慮原子之間引力及電位後，更正數理方程式。未來在晶格電子及晶格電晶體的等效應的是奈米電子結構由二度空間走到三度空間，也就是數位電路的邏輯閘複雜度增加，類比電路中除功能增強外，也伴隨著干擾問題日益嚴重。在奈米VLSI電路布局與測試中，均需要加以考慮。
相對於奈米級，以前製作的半導體元件都是很大的，元件裡面含少量雜質是不會有很大的影響。如果元件做到奈米級大小，晶格與晶格間電子通過的時候，易受到晶格四周的影響，雜質的存在對於電子運行有極大的影響，如此一來便達不到我們想要的狀態。再來就是設計上的問題，哪些東西需要以奈米級尺寸來製作，需考量成本上最有利的。所以很多電路的設計行為需要再態討，設計製造完成後，就是電路的測試。如何達成所設計的電路的功能，這也是需要重新思考設計的，因為傳統的電腦設備無法處理龐大的電路，即使測試涵蓋率無須百分之百，但仍有許多數理技巧需要深入研究的。
Q.請問什麼是積體電路設計？院長您其中一項專長為射頻與混合訊號積體電路，請問射頻與混合訊號積體電路主要功能及應用為何？
為達成特定功能的應用，一個電晶體的功能是有限的，如果把很多電晶體組合設計在一起完成此項功能時，我們便稱它為積體電路。當然這個功能有大有小，小的只是把一個訊號放大，大的話可以執行一個遊戲或複雜資訊處理，所以積體電路可以是從好幾個到千萬顆元件整合在一起。它就像一個積木一樣，每個零件組起來，可以形成許多不同的東西，因為積體電路是非平面連接，當簡化為平面的組合時可視為平面，因此也像個拼圖。然而製作尺寸到了奈米級後，行程幾乎為完整化的相互連接，不易切割為平面，便真的像堆積木，因為尺寸很小，故需立體化的考慮，所以最大的行為是整體性。傳統的積體電路還是平面式的，且目前立體電路布局的部分還在研發當中，尚未達到奈米級的層次。
積體電路中信號的傳輸分為有線與無線兩種方式，射頻積體電路主要在探討無線傳輸之發射端及接收端的積體電路設計為主，強調電路及電晶體的接收發射或干擾設計技術，它的頻率小於1週期到數百億週期，不顧前研究數十億週期以上或高頻及微波電子電路設計為主。混合訊號積體電路的工作頻率再數億週期以下，由外界輸入至收發射端之前的類比及數位電路組合為主，強調數理邏輯演算法及電子電路設計。
到奈米級的時候，就連晶格都要考慮進來了，因為它整個材料做得很小，最小單元是由一個或四個原子在一起，電子從裡面經過。假設四個矽立體排列的狀況下電子通過是對稱的；若把一個矽拿掉，換一個磷上去的話，電子會偏離磷；若是換上一個硼的話，則會向硼這邊靠，所以電子在裡面的行為就要考慮。當然現在尚不需要如此考慮，整個當作一個群組。
在奈米國家型的計畫中，我們提出來生醫檢測的計畫，醫學院對這項研究也很有興趣。所以生醫奈米科技是我們和醫學院正在開始的活作，我們都覺得將來科技勢必會朝這樣的方向發展，如同目前使用化學醫療及精密電子儀器，使人類平均壽命從二十世紀初的三十五歲增加到六十七歲。同樣的，二十一世紀的奈米科技配合DNA的研發，將使人類的平均壽命倍增，因此往後三十年將是奈米醫療發展的重點。
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