半導體製程用之有機材料技術
半導體是支撐臺灣經濟成長的重中之重產業，其產業鏈整體產值於2022年約新台幣4.8兆元，位居全球第二；其中材料之需求約新台幣6千億元(製程前段材料4千億元，製程後段材料達2千億元)，占全球材料產值22%。但是目前受到管
制之材料項目有碳化矽、原子層沉積材、深紫外光光阻、氫氟酸、聚醯亞胺等，除氫氟酸國內已有生產外，其餘仍需要外商供應，而管制外之材料項目也有諸多仍尚未在國內生產，因此，培植臺灣國內廠商自主化發展及生產半導體關鍵材料是目前及未來重要的課題。材料是產業創新及發展的原動力，在經濟部之半導體產業材料開發及推動相關計畫專案支持下，工研院材化所在半導體產業中已建立了一些有機材料之技術及其相關驗證平台，可協助國內材料業者投入半導體產業材料開發及驗證，以期順利進入半導體材料之供應鏈中。
從日常生活的各種家電、手機、電視、汽車到AI、5G、物聯網都離不開半導體元件。在產品小尺寸且同時須具高性能、低功耗、低成本的需求下，製程微縮變成現階段提高晶片生產效率、降低生產成本的主要方式，也就是把電路做得更細小，在一片晶圓上產生更多的晶片。隨著晶片尺寸持續微縮，各項技術挑戰提升，包括製程架構、元件整合、材料、先進封裝與設備等。藉由重新佈線I/O位置、MCP(多芯片封裝)和SiP(系統級封裝)的整合將提供解決方案，也帶來線路重組層(RDL)強大的市場需求。「半導體之重組層材料技術」概述半導體後段製程用之負型感光性聚亞醯胺(PSPI)，為因應元件尺寸微小化、堆疊設計、低熱應力翹曲、高絕緣及低介電損耗等特性之需求，材化所開發一款低溫成型PSPI，以取代現有高溫成膜的PSPI，應用於多層RDL結構中，可降低因熱應力造成的翹曲，並通過製程中的抗化性，具有良好的銅密著性。
隨著半導體領域逐漸往小尺寸及3D結構邁進，對於鍍膜沉積的覆蓋率及均勻性要求亦同步提高，傳統的化學氣相沉積(CVD)及物理氣相沉積(PVD)等技術漸漸無法滿足需求，而原子層沉積(ALD)具有高階梯覆蓋率(幾乎100%)、高厚度均勻性及原子級膜厚控制，有著明顯的優勢以及不可取代性，現今已廣泛應用在半導體、有機光電、能源工程等領域。「原子層沉積之前驅物技術」一文報導，ALD製程中，前驅物分子會於基材表面反應形成單層薄膜，因此在分子的設計上需要有高反應性、高熱穩定性、低副產物殘留等要素，才能有效應用於ALD領域。ALD前驅物由中心原子與配體所組成，不同種類的配體會影響前驅物的反應性與穩定性等化學性質，以及蒸氣壓及揮發性等物理特性；而製程中所產生之副產物能否有效移除也是需要考量的因素之一。因此在前驅物的設計上需要完整的規劃以符合實際需求。
微影製程解析度的臨界尺寸，是半導體製程中最具指標性的規格，主導各種晶片元件與電路的整合設計與製造。光阻是微影製程最關鍵的材料，「半導體光阻材料技術」介紹各種半導體光阻材料的主要組成、作用機制及市場現況與未來展望。根據TECHCET市場研究報告分析，2020年全球半導體光阻市場產值約為18.33億美元，預估2025年將成長至24.66億美元，平均年複合成長率約為6%。相較於2021的市場占比(G/I Line光阻14.7%、KrF光阻34.7%、ArF/ArFi光阻48.0%、EUV光阻2.6%)，預估至2025年，G/I Line光阻的市場產值波動不大，大致維持在2.9億美元。KrF光阻產值，則可望受惠於3D NAND製程的強勁需求，市場的平均年複合成長率預計可達6%。ArF/ArFi光阻市場的年複合成長率雖較平緩約為2%，但產值占比仍為首位。而EUV光阻由於目前基期較低，伴隨著未來各種高階晶片開發，對半導體先進製程需求的激增，平均年複合成長率預估將高達50%。
剝離膠材技術常被廣泛用於半導體與光電產業，在無需機械外力下可將兩片貼合基材分離，能作為同質或異質基板材料複合疊構拆解，如減薄後矽晶圓與玻璃基板的異質材料拆解或面板框膠材料易拆解工藝，是液晶面板可回收利用的重要製程。其中，貼合膠材在雷射剝離時必須對雷射波段能量高吸收，可大幅降低雷射使用功率與產生多餘的熱，而避免拆解晶圓時造成元件損壞。「剝離膠材料技術開發應用」介紹以矽晶圓與玻璃基板整合工研院材化所開發的膠材，構成三層結構來說明雷射剝離膠材技術在半導體中運用的成果。雷射剝離膠在貼合過程中將以高溫(>320˚C)進行膠材貼合，相對也提高膠材在製程中的耐溫性，符合半導體後段製程需求。
油墨減碳 生活低碳
淨零排放是全球目前最重要的努力目標。為加速邁向2050年淨零排放，行政院於2022年通過修正《溫室氣體減量及管理法》，並更名為《氣候變遷因應法》，預計最快將在2024年開徵碳費，以「先大後小」、「分階段」的方式，第一階段徵收對象鎖定年排放量逾2.5萬公噸二氧化碳當量(CO2e)的「排碳大戶」。印刷油墨應用廣泛，包含文創、民生應用、工業製造產業及光電電子產業等。目前國內印刷仍以溶劑型油墨為大宗，有機溶劑經燃燒塔會形成二氧化碳，造成大量碳排放，雖然目前油墨或印刷產業並未被列為第一階段徵收碳費的產業，但近年來不論來自品牌商壓力或是超前部署，已有越來越多油墨或印刷廠開始發展減碳技術，包括溶劑油墨轉水性或UV油墨以及傳統印刷方式轉數位印刷，也因此，油墨材料技術須有重大發展與突破。
水性墨水與溶劑型墨水相比，最少可以降低55%的CO2排放量，為因應減碳議題，多數廠商積極往無VOC、低碳排、低毒性之水性墨水發展，低碳排的低極性基材也成為未來趨勢。低極性基材因其表面能低、潤濕不易，導致印刷性與附著性不佳，因此通常在進行印刷前，會將低極性的基材進行表面處理，提高材料的表面能，來改善其潤濕性和印刷性。水性墨水在基材潤濕、墨乾性及墨膜物性有許多困難點，尤其是低極性基材用的水性墨水在原料的選用上更為重要，其將影響後續的應用物性，因此如何選用原物料和水性墨水配方設計皆是關鍵技術。「低極性基材用水性油墨技術」介紹低極性基材用的水性墨水相關資訊，包含表面處理、樹脂、密著促進劑等，提供水性墨水配製上的參考。
水性樹脂在各種產業之中使用量日漸增長，與溶劑型樹脂相比，其不含揮發性有機物，可以大大減少對環境的污染及對人體的傷害；但也因為水性樹脂高表面能特性，對基材要求對比溶劑型樹脂更加具備挑戰性，特別是民生相關的產品，在越來越多國家重視其環保及安全性下，如軟包裝材、化學纖維織物或人造皮革等，皆需針對基材之表面能加以著墨改良。「低極性基材用水性樹脂技術」以實例介紹業界針對低極性軟包裝材，透過密著理論中之投錨理論、化學鍵結、靜電吸附等特性，成功開發出適用於PET、OPP/CPP膜之樹脂技術，並成功分散於色墨中完成展色性、密著性等測試，在水性樹脂的應用領域中，於低極性材料上再跨越一大步。
節能減碳已是印刷產業刻不容緩的目標，部分高汙染的溶劑型油墨漸被環保型UV噴印油墨給取代。織物用高撓曲油墨以往亦多是以溶劑型油墨為大宗，面對轉換卻因噴印油墨的黏度限制，使其無法具備高撓曲的特性。近年來，UV樹脂不斷推陳出新，如新型高柔韌性低黏度超支化壓克力樹脂的開發，促使UV噴印油墨的性能提升，足以滿足高撓曲性的規格需求。「織物用高撓曲光硬化噴印油墨技術」介紹印刷油墨減碳的環保趨勢及柔性UV噴印油墨配方中的常用材料，以作為提供研製新UV油墨的參考應用；並介紹工研院材化所成功合成新型低黏度超支化壓克力樹脂，將其導入織物用高撓曲UV噴印油墨中，墨膜於織物基材的附著性良好，並通過嚴苛的耐撓曲性試驗，相關的應用物性符合業界規格標準，成功跨越軟性UV噴印油墨的研發障礙。
近年來隨著環保、減碳和循環經濟意識抬頭，溶劑型塗料已漸漸往水性化發展，回收料源循環再利用的產品也備受重視。「碳粉循環再製低碳塗料技術」介紹回收碳粉匣碳粉及其再製水性黑漿和塗料的新應用技術。回收碳粉匣碳粉表面有別於純碳黑，其大部分組成為樹脂(70~80 wt%)，表面極具疏水性不易分散於水中，粒徑大約5~10微米，即使分散後又有易沉降產生硬沉澱的問題。工研院材化所藉由粉體界面改質和混合分散的技術，選用合適的分散劑，與碳粉表面能產生強吸附力，藉由分散劑的立體障礙和靜電排斥力使碳粉可均勻分散於水中。配製成的水性黑漿(回收碳粉≧50 wt%)符合GRS申請規範，並透過黏度的調控，使水性黑漿可分散安定化。後續搭配合適的樹脂和助劑，可再製成水性黑色塗料(回收碳粉含量~12 wt%)，並符合RCS的申請規範，開發出回收碳粉再製黑漿和塗料的新應用技術，達到循環經濟的效益。
「AI輔助油墨減碳技術」介紹以AI輔助開發可用於數位印刷製程的高安定性分散液之技術。AI輔助可快速提供研磨分散製程條件，減少開發過程造成的材料與時間成本、提高開發效率，達到基本的減碳效益；且高安定性分散液可幫助印刷油墨轉往數位印刷製程應用，數位印刷製程相對於其他印刷製程方式可將油墨利用率提高，擴大印刷油墨減碳成效。本文亦介紹AI輔助的智能配色系統在油墨印刷減碳之應用，智能配色系統可幫助非數位印刷製程的疊色印刷，減少油墨材料使用及縮短印刷時間並減少耗電，協助印刷油墨產業落實節能減碳。
主題專欄
台灣近年來乾旱頻率增加，面對歷年嚴峻的水情，政府提出許多解決方案及配套措施，經濟部已於今(2023)年1月6日公布自2月1日起開徵耗水費。未來產業在乾旱期間若是被限供或要求實施自主節水5~20%的情況下，除需面臨缺水對營運生產帶來之衝擊外，如何因應每年枯水期耗水費徵收應有之做法，已為產業所正視且亟需積極尋求有效方案。水處理科技專欄「耗水費徵收產業因應做法」一文建議產業在短、中、長期上的因應做法：在短期上應加速落實用水效率管理，積極提升初級數據比例；中期則須提升水資源使用效率達到或超過同業水回收率基準值；長期則應逐步提升替代水源使用比例≧50%，加強缺水抗旱韌性。於執行過程中，工研院材化所可提供相關技術服務，以協助產業應變乾旱措施並降低耗水費徵收之衝擊。
光電/顯示專欄「翻轉臺灣面板產業之micro-LED顯示技術」一文介紹榮獲2022年全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)及工研院「產業化貢獻獎」金牌獎之micro-LED顯示技術，源自於2009年的紅色供應鏈崛起，也是臺灣LED及面板產業面臨轉型的重要時刻。為協助產業轉型，在經濟部技術處大力支持下，工研院從無到有建置micro-LED專屬實驗室與研發平台，布局下世代新技術—micro-LED顯示技術，並結合學術界與產業界的力量，跨產業創新建構全球唯一micro-LED「聚落型」產業鏈，解決新興顯示產業供應不完整之關鍵問題，促成micro-LED擴散至TV/室內顯示屏、車用面板、穿戴裝置及擴增實境(AR)顯示模組等利基型應用，奠定臺灣顯示產業未來十年的全球領先地位。
可冷凍解黏光學膠提供不傷偏光片且可便利回用顯示面板的解決方案，但觸控面板與玻璃蓋板的殘膠仍是觸控面板廠在貼合重工製程中的一項困難點。工研院材化所已研發可以從觸控面板與玻璃蓋板簡便除去殘膠的方案，期望能縮短觸控面板與玻璃蓋板的重工回用時程。「使用於觸控顯示裝置之光學膠的解黏技術解析」一文，探討各種光學膠的冷凍解黏技術，先彙整與瞭解各廠技術的特色與缺點，除了可以避免誤蹈專利地雷，還能在實驗驗證前的材料設計導入正確的方向。期望能提供面板廠一套完整的光學膠貼合重工製程，同時便利且快速又有效率地回用顯示面板、觸控面板與玻璃蓋板，而且可以幫助廢棄顯示裝置的拆解與回收，以達到減廢與資源循環使用的目標。
專文篇篇精彩，歡迎賞閱！凡對以上內容有興趣的讀者，歡迎參閱2023年4月號《工業材料雜誌》或參見材料世界網，並歡迎
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