日本東京LIGHTING JAPAN & NEPCON JAPAN & AUTOMOTIVE WORLD 2013 特別報導系列(三)

刊登日期:2013/1/21
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專門技術研討會 導熱材料最發燒
接續Nepcon Japan 2013第二天技術國度探索之旅,導熱材料於第三天會議主題中仍持續發燙。除了導熱材料加碼演出外,也針對導電、Low Dk / Low Df及Low CTE等技術帶領大家深入瞭解各大廠商發表的最新材料技術發展情況。
1. 導熱材料:
關西大學原田教授為了提升一般樹脂之導熱係數,藉由導入Liquid Crystal之平面結構與π-π stacking來控制環氧樹脂(~0.2W/m*K)硬化後的網狀微結構。在無加磁場條件下,其導熱係數為0.43W/m*K (大約提升為2倍);在加磁場條件下,其導熱係數為0.89W/m*K (大約提升為4.5倍)。而Denka今年積極推廣導熱材料於EV & HEV、IMS、Ceramic substrate、Electric railraod等應用,以不同無機粉體種類與形狀進行材料導熱性質與加工製程探討。若以環氧樹脂系統為主,其複合材之導熱係數可達到8W/m*K。日本TSS corporation也發表大電流用散熱基板技術,例如LED照明用散熱鋁基板,如圖一所示。除此之外,也用在汽車、功率元件、可撓式燈條上。

 
圖一、TSS公司所設計大電流用散熱基板結構

CMK也發表汽車、功率元件及LED模組之大電流用高導熱基板技術,其鋁基板結構設計與特性如圖二。此鋁基板已實際應用於LED照明與LED TV產品上;而銅基板已實際應用於車頭燈照明、電子式煞車控制系統及CMOS模組產品上,其銅基板結構與規格如圖三。

 
圖二、CMK公司之鋁基板結構設計與特性

 
圖三、CMK公司之銅基板結構與規格

2. 導電材料:
因應環保法規、低成本及高可靠度等載具系統設計原則,導電材料主要開發方向包含無鉛製程、低銀含量、耐高溫、高導熱或透明等,廠商發表產品主要有溶劑、膏狀或薄膜等型式。主要發表的日本廠商有Harima、富士電機、Shikoku Chemical、Kyocera、Taiyo Ink等。

Harima發展多款用途導電膠材料,包含低銀含量導電膏、銅膏及無鉛錫膏等,例如雙層板貫通孔用銅膠(CP-700),與其它銀膠、電鍍製程比較,具有低成本與高可靠度之優點。另外,Harima也開發多款汽車用solder材料,以無鉛、細線化、低銀含量等為開發主軸。因應Inkjet printing process,於會議中發表奈米銀油墨NPS-J,其粒徑約為8~15nm、固含量為62~67wt%、黏度為7~11mPa*s,於220℃@60min條件下,電阻率約為3μΩ-cm。

 
圖四、導電膠與電鍍製程比較

 
圖五、Harima開發之汽車用solder材料

Shikoku Chemical開發銅錯合體solder,於氮氣環境下180℃/10min,其電阻率小於10μΩ-cm;將銅錯合體solder塗佈於PET film上,於氮氣環境下120℃/10min,具有不錯之接著性。

 
圖六、Shikoku Chemical開發之銅錯合體Solder燒結條件與電阻率關係圖

 
圖七、Shikoku Chemical開發之銅錯合體於PET film上

Kyocera開發LED模組用無鉛die attach材料,其具有高導熱(126W/m*K)、高可靠度、加工性佳等優點。


圖八、Kyocera開發之Die Attach樣品與材料特性表

Taiyo Ink開發Touch Panel可黃光蝕刻之導電銀膠材料,具有高解析度、低溫製程、接著性佳等優點;其解析度可達L/S = 20/30μm,於130oC條件下,其電阻率<104μΩ-cm。

 
圖九、Taiyo Ink開發之銀膠Pattern與材料特性表

3. Low Dk / Low Df材料:
為了因應半導體封裝技術往高密度、高頻、高速及高功率等功能發展,對於材料之訊號傳輸需求越來越嚴苛,並往GHz頻段發展。Mitsubishi Gas以BT樹脂為系統,開發各式高頻基板因應,相關基板開發藍圖如圖十。其耐燃樹脂系統由鹵素往無鹵素基板開發,Dk值由4.3下降至3.5;而Df值由0.01下降至0.002。目前現場發表各式高頻基板彙整如圖十一,於10GHz測試條件下,其雛型品之Dk值為2.8,Df值0.0025。


圖十、Mitsubishi Gas高頻基板開發藍圖

 
圖十一、Mitsubishi Gas各式高頻基板特性表

Hitachi Chemical因應下世代高階封裝基板,以semi IPN樹脂為系統,開發Low Dk & Low Df基板,於1GHz測試條件下,其雛型品之Dk值<3.0,Df<0.005。

4. Low CTE材料:
針對IC封裝基板,其要求高可靠度、低翹曲性及薄型化等,因此Sumitomo Bakelite公司於會場發表兩款無鹵系材料來因應,為ELC-4785GS-B (core)與LAZ-6785GS-FG (prepreg),其CTE分別為αXY = 11 ppm/oC,αZ = 16 ppm/oC與α1 = 12~13 ppm/oC,α2 = 15~16 ppm/oC。兩款無鹵系材料特性規格如圖十二與十三。Hitachi Chemical於會場發表AS-Z5材料,其CTE為αXY = 15~18 ppm/oC。Mitsubishi Gas以BT樹脂為系統,為了達到細線化、降低CTE mismatch及減低IC基板翹曲問題,開發各式Low CTE基板因應,相關基板特性彙整如圖十四~十五。於會場發表HL832-SP材料,其CTE為αXY = 6~8 ppm/oC,而現行開發中雛型品預計會達到CTE為αXY = 4~6 ppm/oC;HL832-NSI材料,其CTE為αXY = 1.5 ppm/oC,而現行開發中雛型品預計會達到CTE為αXY = 1.0ppm/oC。

 
圖十二、為LC-4785GS-B材料特性規格

 
圖十三、LAZ-6785GS-FG材料特性規格

 
圖十四、Mitsubishi Gas開發Fine Line用基板材料特性規格

 
圖十五、Mitsubishi Gas開發IC Substrate用基板材料特性規格

5. 節能議題:
三菱化學展示利用太陽能板架設於冷凍運輸車頂,保持溫度於-10oC條件下,待車狀態每小時減少柴油1.8公升消耗;行駛中柴油消耗減少1%;發電機柴油消耗每年減少100公升。因此,一輛冷凍運輸車每年可減少柴油1,600公升消耗,相當於4,200公斤CO2排放量。


圖十六、具有太陽能板冷凍運輸車之節能概算圖

另外,三菱化學也提出將OPV架設於汽車車頂與引擎蓋上,在OPV轉換率為10%、面板面積為5m2條件下,以每千瓦小時可行駛10公里時,每年大約可行駛3,260公里。


圖十七、架設OPV之汽車結構圖

LED材料新趨勢
根據Frost & Sullivan研究指出,LED照明若要從居家住宅用途進入商業用途,甚至到工業或公共場所用途,則必須具備更大功率與更長壽命。


圖十八、LED在不同應用市場的功率與壽命要求

日本Axia公司於展場中展示LED照明取代水銀燈的比對。中間是425W的水銀燈,最左邊HG400是80W LED照明、HG500是95W LED照明;右邊HG600是130W LED照明、最右邊HG700是150W LED照明。讓參觀者體會LED照明與水銀燈的照明在相對亮度與色溫上的比較,以及從水銀燈更換成LED照明所能達到的節能(75%以上)效果。


圖十九、Axia公司讓參觀者比對LED照明與水銀燈的差異

LED照明雖是高發光效率,但依然會有熱累積導致照明元件溫度逐漸升高的問題。為讓LED具備更大功率或維持更長壽命,需要有更高效率的散熱(導熱)材料導入LED照明。因此,今年LED照明應用材料、基板材料與相關模組,大部分的材料相關廠商展覽更高導熱材料來解決更大功率LED照明散熱問題。

Panasonic展示”ecool”系列高放熱基板材料。Panasonic以1W熱產生為例,比較”ecool”系列基板材料與傳統FR-4基板材料相比。目前該公司最新的高放熱多層基板材料已經從傳統FR-4的10 oC/W以上熱累積降低至”ecool-M”的0.5 oC/W以下;這個結果有助於LED照明導入車燈應用市場。


圖廿、Panasonic展示LED應用之高放熱基板材料(ecool 系列)

日本Daicel公司展示高亮度LED照明應用透明封裝材料、LED照明應用高性能epoxy封裝材料。因LED照明已經從居家住宅用途進入工商業用途,因此LED照明也須面對更嚴苛的環境。Daicel公司展示水蒸氣阻隔性優異的LED照明應用封裝材料,該材料在60oC/90%RH的高溫高濕環境下,水蒸氣穿透率已經降低至100g/m2˙day以下等級。


圖廿一、Daicel公司展示高水蒸氣阻隔性LED照明應用封裝材料


Kisco (Epifine)也是展示LED照明應用次世代封裝材料,並強調水蒸氣穿透率(在40oC環境)< 0.5g/m2˙day與氧氣穿透率約2-5 cc/m2˙day。該公司也展示LED照明應用之Styrene改質壓克力材料之導光板。


圖廿二、Kisco公司展示LED照明應用之Styrene改質壓克力材料之導光板

以Silicon為產品核心的日本信越公司主要展示LED照明應用封裝材料與導熱材料。另外日本Hitachi Chemical主要展示的是LED照明應用高導熱基板與高導熱接著劑材料。

LED與OLED於車燈之應用
日本市光工業公司於研討會中指出,至去年為止,全球主要汽車廠商總計已有27種車款使用LED照明於車頭燈。2012年LED照明應用於車頭燈的普及率已經達到2%,市光工業預測趨勢會持續成長。到2020年LED照明應用於車頭燈的普及率可望達到15%以上。LED照明除了應用於車頭燈,也同時應用於車尾燈與結合兩側照後鏡的變換車道方向指示側燈。LED照明導入車尾燈可以提升設計的美感。


圖廿三、主要汽車廠商已經將LED照明導入車頭燈


圖廿四、LED照明應用於車頭燈的普及趨勢


圖廿五、 LED照明導入車尾燈可提升設計的美感

該公司也指出,因應未來汽車更美感的設計要求,OLED照明(特別是flexible OLED照明)也是被高度期待的產品。唯目前OLED照明的發光效率仍不足、價格太高、照明元件在汽車嚴苛環境的穩定性等因素,都尚待進一步提升。

該公司指出,OLED照明在汽車的應用發展,將會先從內裝開始、接著導入車尾燈,最後才有機會導入車頭燈。


圖廿六、OLED照明應用在汽車尾燈之DEMO

看OLED展品 見商品化趨勢
Konica Minolta在展場展示出134mm*134mm發光面積的OLED照明元件,其中標示規格:亮度均一性達到91%,而陽極的表面電阻是1Ω/□。


圖廿七、Konica Minolta展示134mm*134mm發光面積的OLED照明元件

不同於一般OLED照明元件展示強調發光效率或壽命,Konica Minolta特別標示亮度均一性與表面電阻,因為該公司研究發現亮度均一性與發光面積大小、發光效率、陽極的表面電阻等有關。

為提高亮度均一性,需降低陽極的表面電阻。Konica Minolta在陽極有機導電材料上塗佈自家特殊專利材料,以塗佈較厚的有機導電材料塗佈層來完全覆蓋電極線。


圖廿八、Konica Minolta塗佈自家專利有機導電材料讓陽極的表面電阻達到1Ω/□

此外,因OLED照明發展,Ra>90之光演色性指數(CRI)特性是OLED照明最重要的特點之一。為發展Ra>90,甚至95以上的OLED照明,必須採用deep blue的藍光材料。但過去的藍色磷光材料所呈現的就是發光波長愈短,材料相對元件壽命也愈短。

Konica Minolta在關鍵藍色磷光材料開發已經有重大突破(跳出傳統的框架),在light blue材料上的emitter-1與New emitter-2的壽命相對於傳統的藍色磷光材料有大幅度的提升。而Konica Minolta接下來的材料開發目標將朝長壽命的deep blue藍色磷光材料發展。如果未來deep blue藍色磷光材料能有所突破,OLED將可以達到Ra>90,甚至95以上之長壽命的照明元件。


圖、廿九 Konica Minolta藍色磷光材料發展現況與未來目標

LG Chem是韓國廠商中最積極投入OLED照明技術開發的公司。這次LG Chem於研討會上展示了Flexible OLED照明元件,而Flexible OLED將是OLED技術在照明產業領域最具獨特的優點。依據LG Chem的規劃,預計2015年可以投產Flexible OLED照明元件。


圖三十、LG Chem於研討會上展示Flexible OLED照明元件

另外LG Chem在OLED照明元件成本分析中特別指出,目前OLED照明價格很高是因為廠商大都以基板尺寸G2的實驗線試量產。依據LG Chem規劃未來基板尺寸G5的量產線,預計OLED照明元件的製造成本可以降低20倍以上。

從今年Lighting Japan 2013 OLED各廠商所發表的成果綜合來看,溶液塗佈型OLED照明元件壽命已經大幅提升、藍色磷光材料也有突破性的發展(可發展高光演色性指數的OLED照明)、OLED照明元件的製造成本於正式量產後可被期待快速達到可以和其他照明產品競爭的位置、Flexible 基板與Flexible OLED可望在近幾年內商品化。

展會多元且整合度高 技術趨勢即時掌握
2013年元月這場東京展會盛事是結合了擁有全亞洲最大規模的電子技術展(NEPCON JAPAN)、逐漸成熟的LED/OLED照明展(LIGHTING JAPAN)以及發展迅速的先進汽車技術展(AUTOMOTIVE WORLD)等三大展同期舉辦,加上超過30場以上的專門技術研討會,其所含蓋的面向既深且廣,而這些每年主題的延伸皆是主辦單位REED展覽公司透過訪查、問卷等方式,了解廠商的需求後,逐一找出每年產業間的需求關聯性及技術發展趨勢,最後再以點線面的方式呈現在展會及專門技術研討會中,所以這也就是為什麼每年的展覽中皆會加入不同的主題,讓相關產業也能即時的藉由這個展會平台做進一步的交流或合作的原因。例如今年的NEPCON JAPAN特別增設“Boards & Components for Smart Phone Zone”,讓包括不管是智慧型手機、桌上型電腦或其它手機裝置等需要設計或研發的產品,都能在此專區找到所需要的相關材料或技術。

另外,在LIGHTING JAPAN的部分,隨著日本家庭對LED的高度認知及進入商品化階段,主辦單位特別成立第一屆東京照明設計展,希望結合設計領域來創造一個規模更大的LED/OLED照明市場,今年還特別邀請到台灣的袁宗南照明事務所、十聿照明設計中心參與開幕儀式。

根據REED展覽公司集團副總裁鈴木一在訪談中表示,今年LIGHTING JAPAN 2013主要鎖定在技術、設計、器具等三大主題,與每年三月所舉辦的LIGHTING FAIR並不相同,後者主要以器具為主軸且對象為日本的經銷商。主辦單位有鑑於目前LED/OLED照明技術的逐漸成熟,相對在器具方面的需求度也會逐漸增加,今年台灣的LED廠也針對器具這個主題加以著墨,鈴木副總裁同時歡迎未來能有更多的台灣廠商共同加入與交流,促進中日合作的機會。

另外,今年的參展攤位數成長大約10%左右,鈴木副總裁相當有信心地表示,2014年LIGHTING的展場規模預計會比今年擴大25%的展出面積,電動車的展場規模則預計有50%的成長,為因應此需求,明年的AUTOMOTIVE WORLD將會移至西館。由於展覽的規模大、整合性也高,據REED國際推廣處處長大道雪表示,三大展會同期開辦不僅有益於參觀者的便利性及豐富度,其不同領域互相交流的加乘效果更是驚人。所以未來REED的展覽將依應用端來發展多元化的主題展會,例如未來將會把LED家用(LED HOUSE)增加至三月能源展舉辦、而辦公室照明(LED OFFICE)則會整合在7月的OFFICE WORLD舉辦,。另外,REED也規劃在2014年將結合印刷電子技術,與四月的高性能薄膜、高功能塑膠整合增設成高機能材料WORLD。透過REED展覽的靈活多元整合,參訪者能非常方便且快速地掌握到全球各領域技術、產品的各項趨勢。


圖、三十一、REED集團副總裁鈴木一及國際推廣處處長大道雪強調:「技術」、「設計」、「器具」為LIGHTING JAPAN 2013的三大主軸

LIGHTING JAPAN 2013同期舉辦第一屆的東京照明設計展,REED集團副總裁鈴木一及國際推廣處處長大道雪誠摯邀請台灣設計師、建築師、營造商等各界共同加入LED/OLED照明的開發

材料世界網編輯群一連三天在日本東京有明國際展覽現場為您進行現場報導,我們期待透過材料世界網的即時報導,能夠拉近國內讀者、廠商對LIGHTING JAPAN 展及NEPCON JAPAN展等的認識與熟悉,進而對國內的產業發展有所助益。許多更詳細、精彩的內容將會刊登在3月號的工業材料雜誌上,敬請期待。

以上資訊由材料世界網編輯群邱國展、張敏忠、康靜怡寄自日本東京LIGHTING JAPAN 2013、NEPCON JAPAN 2013及AUTOMOTIVE JAPAN2013Live 現場報導


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