功率電子用關鍵材料與製程技術專題
近年來，功率電子市場快速增長，在高電壓、高速度和高電流產品廣泛應用的驅使下，未來的元件設計不僅體積要更小，且必須具備更強的功能與低耗功率特性。根據富士經濟調查報告，2020年功率半導體市場將為2010年之2.2倍，達到4兆4,837億日圓之規模；其中預估SiC半導體市場可成長22倍，達到1,260億日圓。因此，為提升能源轉換效率，國際功率元件與模組大廠，如科銳、羅姆、三菱電機、東芝、賽米康、阿肯色電力與英飛凌等，均積極投入碳化矽元件與模組化封裝技術開發。為了加速台灣電子產業轉型，並積極投入綠能節能應用所需功率模組封裝與製造技術開發，七月號工業材料雜誌特別企畫「功率電子用關鍵材料與製程」技術專題，針對散熱材料、高溫焊錫、環保高耐熱基材及封裝製程技術等四大方向，介紹現今國際技術發展趨勢、技術現況及未來可能開發的方向，提供業界參考。
由於電子元件的小型化與高能量等需求，高溫操作的耐受性已成為日趨重要的議題。下一世代的功率半導體(Power Semiconductors)如SiC、GaN，以及相對應的封裝材料如AlN、Si3N4等，即是回應電子產品高溫運作需求而開發的產品。焊錫技術(Solder)或稱黏晶技術(Dieattach)在電子構裝中應用的歷史極為悠久，然而焊錫材料的選擇與焊接方法則一直到表面黏著技術成為主要的元件接合技術後，才成為研究的重點。「高溫焊錫材料技術簡介」一文將以高鉛含量焊料、高溫無鉛焊料替代品及其它替代技術等面向，說明高溫焊料的未來發展除了在材料特性的展現外，成本因素亦成為考量的重點。
為因應「無鉛製程」及「無鹵基板材料」的綠色環保趨勢，整個電子系統朝向輕薄短小、高耐熱性、多功能化、高密度化、高可靠性、提升電氣特性且低成本化方向發展。基板材料的選用已成為極重要的設計方向。良好的基板必須具備高熱傳導性、高耐溫性、低熱膨脹係數。隨著環保法令的訂定，基板材料朝向環保無鹵方向的設計開發已是不可抗拒的趨勢。「高耐溫無鹵基板材料技術簡介」一文將針對現行使用有機高耐溫基板材料之開發做一介紹。
在各種應用領域中，材料開發者莫不致力於追求高的導熱係數，在普遍設計過程中，只單方面要求具有高熱導值材料，並未將散熱途徑之介面熱阻值影響列入考量，這將無法正確且完整地提升電子產品熱管理的散熱效能。由於整個散熱元件間是由數個不同材料介面所構成，因此具有高導熱及低熱阻值之熱介面材料在熱管理技術中扮演相當關鍵的角色。根據BCC Research的市場調查（圖一），高分子組成物(Polymer Composite)、金屬(Metallic)及相變化材料(Phase Change Materials)等三種主要熱介面材料組成物，直到2016年，仍會以高分子組成物（如Silicone 、Epoxy or Rubber 等）為最大宗。「導熱材料於功率元件之技術應用」一文針對目前導熱材料市場資訊，及各學術單位或研究機構的最新發展現況做一說明，期望台灣企業能加速發展熱管理材料技術，建立關鍵性材料技術之自主能力，以提升零組件熱傳系統設計的自由度。
圖一、BCC Research預測各種材料於熱介面材料中之占有率
為提升能源轉換效率，國際級功率元件與模組大廠紛紛積極投入碳化矽元件與模組化封裝技術之開發。而下世代碳化矽模組之操作溫度可能高達250°C，為滿足其對高溫耐受性與長期可靠度的要求，包括固液交互擴散接合、銀膏燒結與鋅基合金銲接等技術，陸續被導入模組化封裝製程應用，一時間百家爭鳴，各大廠傾注所有研發能量，積極爭取其主導之技術成為主流。為加速台灣電子產業轉型，投入節能綠能應用所需功率模組封裝與製造技術開發，「碳化矽功率模組封裝用耐高溫接合技術」一文將針對上述三種耐高溫固晶接合技術之量產可行性、發展現況，以及未來可能的走向加以論述，提供產業界參考。
有機太陽光電技術專題
有別於一般的無機型太陽電池，具發展潛力的第三代太陽電池技術－有機太陽電池(Organic Photovoltaic; OPV)使用有機高分子材料為吸光發電的主動層材料，具備低成本、易大面積製造、質量輕、可撓曲等技術特徵。全程使用低溫（製程溫度<150°C）濕式電池製程，因此在電池生產的能耗方面有極佳的表現(Energy Payback Time < 3 Months)，配合Roll-to-Roll快速量產技術，加上材料技術開發完善（效率及穩定度的提升），將極具量產與技術成本優勢，並有機會成為新興太陽能產業。工業材料雜誌本期另一「太陽光電」技術專題特別邀請專家學者，以深入淺出的方式介紹此項新興太陽光電技術，內容包括「有機太陽電池簡介及應用展望」、「有機太陽電池元件和特性」、「低能隙共軛高分子/奈米碳球衍生物複合型太陽電池之應用發展」、「有機太陽電池之模組化技術發展」等四篇專文。OPV具備技術價格低廉、質輕、環保又可撓等優點，未來若能整合國內學界與研究單位在材料方面的研發能量，再配合國內化工、電子、光電等強勢產業鏈，進行元件與系統整合技術的建立，可望於最短時間內落實OPV技術，並擴及新興能源產業之應用。
綜觀各類太陽電池發展，目前光電轉換效率最高者，首推III-V族半導體無機材料系列。相較之下，有機太陽電池(Organic Photovoltaics; OPV)的發展，目前小型元件已達市場應用效率目標的10%以上。在應用上，質輕又無破裂之虞的全塑化有機太陽電池，除價格降低外，更適合可攜式電子產品的需求，且在室內或陰天均能正常使用（這是矽質太陽電池所無法達到的），使實用性及市場應用廣度更加提升。未來配合有機太陽能模組效率提升及其穩定度得到驗證，將有機會成為新一代的新興太陽電池產業。「有機太陽電池簡介及應用展望」一文將介紹有機太陽電池及其應用展望，並針對目前的材料及製程技術發展做一簡介。
有機半導體材料以其原料成本低、製程簡單、可撓曲、大面積、有良好的光電效應等優點，日益被人們所重視。與傳統矽太陽電池相比，有機太陽電池不但更輕薄，且在同體積下，展開後的受光面積也更多。「有機太陽電池元件和特性」一文將以材料中形成之微觀結構介紹有機太陽電池的種類，以及說明有機太陽電池所應用的材料和提升元件穩定性的另一結構的應用。
目前新型共軛高分子應用於太陽電池，經過元件的優化製程並搭配串聯結構已可達>10 %的轉換效率。在材料結構設計部分，如何有效調控共軛高分子的光電物理性質，與碳球混摻系統時的奈米尺度混摻相位，透過共軛高分子的合成設計獲得最佳化，已成為未來開發新型共軛高分子於太陽電池應用的重點。「低能隙共軛高分子/奈米碳球衍生物複合型太陽電池之應用發展」一文，藉由高分子太陽電池工作原理及結構型態，說明未來新型共軛高分子材料結構開發的發展方向。
工業蓬勃發展導致石油危機與環境污染，能源與環保已成為21世紀全球共同迫切有待解決的兩大議題。而太陽能是地球上最重要且最豐富的綠色能源，亦為人類唯一用之不盡、取之不竭的自然資源，每年在地球上的光照能量即達全人類年能源消耗量之數千倍以上。因此，發展具有競爭性價格與效率之太陽能技術實為重要課題之一。而近年來具有低成本、易大面積製造、質量輕、可撓曲之有機太陽電池技術吸引了各界的高度重視與研究興趣。「有機太陽電池之模組化技術發展」一文即針對有機太陽電池模組之設計、製造與當前之研究趨勢做一基本的介紹。
主題專欄
除了兩大技術專題之外，其他精采內容尚包括『全球觸控材料市場趨勢』；隨微軟的Windows 8支援多點觸控功能的帶動，觸控面板可望導入NB、AIO(All in One) PC中，預料觸控面板將有另一波的成長，本文將針對觸控面板主要使用的材料分析未來市場趨勢。『白光LED用螢光材料發展現況』一文將介紹產業現況、螢光材料及白光LED製作基本原理，最後對幾種目前市場上廣泛使用的綠、黃及紅光螢光材料特性進行介紹。『2012台灣LED製程設備現況與未來發展』一文將由LED元件市場概況及產業趨勢談起，而後針對LED製程設備進行簡介，分析各國LED製程設備發展動向，同時也介紹了台灣目前LED設備的發展現況，以供讀者參考。『LED在農業領域的應用與展望』一文將重點介紹LED的光源特性、優勢、市場及其在植物栽培、組織培養、植物工廠和其他應用，如蔬果保鮮等方面的進展，並說明LED光源應用於農業領域的困難點及可能的技術突破。『觸控面板設計及製造趨勢』一文將介紹投射式電容觸控面板設計的原理與發展趨勢，說明單片式觸控面板的最新設計，同時關注製造技術的發展，並介紹大氣壓電漿技術於觸控面板製造的應用，符合國際環保公約的規範。『影響有機太陽電池的環境劣化因子研究』一文嘗試分析OPV材料劣化機制，企圖找出OPV材料劣化與環境劣化因子之關聯性，分析結果將可用於改善加速壽命測試(Accelerated Aging Test)與其檢測條件，以及提升OPV新材料結構及製程之可靠度。
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