LIGHTING JAPAN & NEPCON JAPAN & AUTOMOTIVE WORLD 2014 特別報導系列(二)

刊登日期:2014/1/17
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黃淑禎、陳凱琪、廖鎔榆、陳品誠、蕭暐翰、洪銘聰、曾寶貞、高惠娟寄自東京

根據主辦單位統計,2014年LIGHTING JAPAN、 NEPCON 和 AUTOMOTIVE WORLD三大展會的參展廠商由1597家成長至1770家,比2013年增加了170家。其中來自台灣的數十家廠商正在各不同展區卯足勁,開疆拓土。

台塑關係企業,過去素以”織布”為本業的福懋興業公司從2008年起,開始投入碳纖維相關織物的生產,這回在Automotive World展會現場展出該公司與下游廠商合作創新應用的多項產品。一架利用該公司碳纖材料製成的無人載具裝置高懸在攤位上方,可活用在照相測量、遙控感測等領域。據云每部售價120萬日圓。還有一部外殼由玻纖、其他主要構件由碳纖組成的遙控飛機也充分發揮碳纖高強度、輕量化的特性,在現場相當受到矚目。另外,福懋也積極開發如碳纖皮夾、碳纖皮帶、手機外殼等日常生活用品,專攻金字塔頂端市場,希望能成為精英分子的最愛。


圖一、福懋興業展出多款碳纖材料應用商品

另外,在NEPCON展區,旭立科技展出百分百在台灣研發生產製造的系列散熱材料。該公司透過獨家Li-POLY研發出的特殊散熱矽膠彈性體、散熱矽膠凝膠、散熱油脂等系列產品深受市場好評。產品品質已取得ISO9001:2008、ISO14000等國際標準認證,同時擁有多項專利。旭立準備以品質媲美日本製,而價格更具競爭優勢的熱對策產品,進軍日本市場。


圖二、旭立科技展出系列散熱材料

LED用透明封裝材料
擁有88年歷史的信越化學公司在LED透明封裝矽膠技術方面,近年來一直針對加強阻氣等特性進行開發。其主要新產品系列,如下圖所示。在材料選擇方面,信越提出三個要素:第一為長期高溫耐黃化特性,要選擇可耐多高溫度的封裝材料與元件使用功率有關,基本原則為甲基型矽膠優於苯基矽膠優於改質型矽膠;第二為阻氣性,高阻氣型的封裝材料可以有效的保護螢光粉及銀或金屬電極等,避免不純氣體或水蒸氣等的腐蝕,其推薦的產品為SCR及ASP系列;第三為硬化後材料的硬度,高硬度(shore D type)材料可以有較佳的機械強度,除了可以保護金線,亦可避免沾染灰塵。而低硬度的材料則具有低應力的特點且黏著強度較佳,可以避免封裝材料與介面剝離及防止膠裂現象發生,其推薦產品如下圖所示。


圖三、信越LED用封裝矽膠材料產品及產品選擇要素

另外一家廠商DAICEL,原是脂環族環氧樹脂原料廠,近幾年除了將自家環氧樹脂拓展到LED用透明封裝材料,包括W0700及W0900系列之外,近來也擴展到矽膠封裝材料,包括甲基型T5000系列及苯基型T2000系列。除了保有傳統矽膠的高耐熱特性,該公司的矽膠產品也同時強調高阻氣特性,如下圖所示。


圖四、DAICEL 矽膠阻氣特性比較

另外,與封裝材料息息相關的分散除泡設備廠商THINKY,這次除了在會場展示各式分散除泡設備之外,也在會場展出奈米粉碎分散機NP-100。除了利用與先前設備一樣的自轉、公轉分散機制之外,利用冷凍保護裝置來達到高速旋轉不會產生高溫,而可以分散粉碎粉體材料到100nm的規格,如下圖所示。


圖五、THINKY 奈米粉碎機NP-100粉碎分散實例

OLED相關材料
OLED照明展區幾個燈具大廠,如Panasonic、Lumiotech、Philips和LG Chem.均有展出OLED產品,並且都結合燈具設計來呈現OLED燈源的高演色性、薄型化及低溫等優勢。OLED的效率也都有進一步的提升,目前已可達到30~50lm/w的水準,而且都是在高演色性、高亮度的標準下達成。

另外,與光效率相關的部份還有光取出材料商的展出,如日本電氣硝子的高折射率玻璃基板,將折射率從1.5提升至1.63,此法再搭配外部取光結構或膜片,可讓OLED元件大幅提升其效率,且平整性也優於大部份的內部取光技術。


圖六、日本電氣硝子的高折射率玻璃基板

DAICEL公司提出一種高折射率材料,折射率落在1.7~1.73,可用於封裝OLED元件或是作為內部取光用的壓印材料,以製作出高折射率的結構來取光。


圖七、DAICEL公司所開發的封裝膠材

至於調味料知名公司日本味之素(Ajinomoto Fine-Techno;AFP)則提出兩種光取出材料,分別為外部取光膜及高折射率材料。其中,外部取光膜應該也是擴散膜型式,擴散粒子以Hybrid的方法製作,主要強調的功效在取光及低色偏的效果,高折射率材料的折射率範圍在1.5~1.8,成膜厚度為1~20μm。

還有外部光取出的封裝膠,高折射率(1.5~1.8)填平材料的耐溫約150 oC,軟性OLED整面型封裝材料Thermal Cure溫度略高110 oC,需冷凍保存,室溫下膠材壽命約3天。



圖八、Ajinomoto Fine-Techno公司開發的OLED用取光及封裝材料

另外,一家提供雷射切割設備的公司LEMI,利用該公司的雷射切割極薄玻璃(0.03~0.1 mm),由於邊緣沒有破碎的裂縫,所以極薄玻璃不容易碎裂,表現得如同塑膠基材一般可隨意彎曲,藉由不易碎裂的極薄玻璃同樣可以製作軟性OLED元件。


圖九、LEMI公司雷射切割極薄玻璃,使極薄玻璃在撓曲時不易碎裂。

印刷配線板相關材料
一般PCB版上會做一些表面處理,通常是為了防止受酸度或是濕氣影響。四國化學針對OSP板(Organic Soldering Preservative,有機保護膜)開發出新的銅表面防鏽處理劑,在銅表面形成一薄膜,除了保有原本成本低、表面平整,焊接性良好的優勢之外,更加強了其對有機酸的抗腐蝕性,提供了使用OCA(Optical Clear Adhhesive)膠接著的可能。此外,四國化學也正在開發銅錯合物(Copper-complex)導電膠,其中有低溫燒結並且因為是錯合物而沒有氧化的問題,期望能應用在電子電路、太陽能電池等產品上。


圖十、四國化學開發之導電銅錯合物與表面防鏽處理薄膜

Panasonic針對大尺寸觸控板(大於40吋)開發了電容式觸控面板,其主要是利用蝕刻銅製作成微細配線電極(super micro circuitry film),其中銅線寬5微米,此電極穿透度87 %,霧度2 %,面阻值為0.5 Ω/,此一商品已進入量產階段,最大已可成功做成85吋的觸控螢幕。


圖十一、Panasonic製作之大尺寸觸控螢幕

MATSUDA SANGYO原主要業務為回收各種貴重金屬,如金、銀、鈀、鉑,或是一些稀有金屬如銠。近年來除了回收之外,也將這些貴重金屬重新製作成金錠或是各種靶材,提供業界金屬沉積的原料。其目前正致力於金的電鍍液的開發,最常使用的電鍍液含有氰化物(K[Au(CN)2]),其電鍍效果佳並且保存容易,被廣泛的使用。然而氰化物是一高毒性的物質,對環境有害,目前已嘗試開發亞硫酸金溶液以為取代,然而其各種測試,如安定性與電鍍效果等則仍在研究開發當中。


圖十二、MATSUDA SANGYO展出的金錠與金的電鍍液

高頻基板材料相關
最新材料的發展趨勢主要是對應電子產品往輕薄、高密度、高頻、高速以及高功率發展的趨勢,其中又以Low Dk / Low Df 以及高耐熱與尺寸安定性佳的材料為主。近年來,隨著智慧型手機、平板電腦以及筆電的普及化,「上網」已經變成普羅大眾每天必要的行程之一,而這樣的現象,已經急遽的改變無線通訊技術的發展,對於伺服器的需求只會增加,這對於高頻基板的需求將會大幅成長。Prismark預測,伺服器用的PCB產值將由2010年的7,581百萬美元成長到2015年的9,014百萬美元,因此基板材料朝向高頻方向的設計開發已經是不可抗拒的趨勢。

目前市場上主流的low Dk、low Df基板材料為松下電工(Panasonic)推出的Megtron 4 / Megtron 6系列的產品,下表為其產品的主要特性。


圖十三、松下電工Megtron 4 / Megtron 6系列產品的主要特性

Hitachi Chemical除了原本用在高頻載板的FX-2之外,在展場又發表了三款可以應用在高速傳輸的Halogen-free材料(下圖),該材料具有優異的Transmission Loss( Ultra low loss)。綜合來看,介電常數小於3.7、介電損失小於0.005應該是目前市場上的主流規格。為了應對未來雲端市場的大幅度成長,相對應伺服器所需之基板材料除了需要保有高Tg及低吸濕外,在高頻高速的需求下,低介電損失將是主要訴求的重點。從高頻、雲端對於相關伺服器材料的需求逐漸擴大來看,此材料的應用市場商機值得期待。


圖十四、Hitachi Chemical展場發表了三款可以應用在高速傳輸的Halogen-free材料

LED Flip Chip構裝技術趨勢
Nepcon Japan 2014規劃有多場精采的研討會,第二天登場的是:Now and the Future of LED Packaging- From Flip Chip to Wafer Level Packaging;分別由Grand Joint Technology的大西哲也、香港科技大學的S. W. Ricky Lee教授和APIC YAMADA公司的小林一彥等三位演講者針對LED Flip Chip相關構裝技術現況與趨勢做分析。

Grand Joint Technology為微電子構裝技術顧問公司,可針對IC構裝、LCD構裝或LED構裝等進行問題解析。大西哲也此次針對Flip Chip LED元件構裝、Wafer Level LED (WL-LED)構裝以及LED構裝發展趨勢進行演講。S. W. Ricky Lee教授則進行相關LED-WLP的技術趨勢探討。LED市場中Flip Chip LED晶片的製造商有Cree、 Genesis (新世紀光電)和 San’an (三安光電)等公司。Flip Chip LED元件模組製造商則有Philips Lumileds、 Cree、 Nichia、 Apt (晶科電子)、 TSMC和 Nationstar (國星光電)等。在傳統LED封裝技術已日趨成熟的今日,為了能在既有,甚至更小的構裝體積下達到更高發光效能的LED元件,Flip Chip LED以及LED Wafer Level Packaging (WLP)的封裝技術在最近幾年也受到相當重視。下圖即為一般LED構裝與WLP的比較。這樣先進的構裝技術包含許多重要環節,例如模組結構、基板與Interposer設計、Phosphor螢光粉的選擇添加方式、封裝材料與模封型式以及環境測試與失效分析等。


圖十五、一般LED構裝與Wafer Level Package之比較

TSMC曾在SSL China 2013的研討會中發表過LED WLP,在8吋晶圓上進行高亮度LED的封裝,這個模組具有低成本、良好的散熱性、解決CTE Mismatch問題,可適用在街燈照明、室內照明或是攜帶式電子產品。著名的模封設備製造商TOWA也開發Compression Molding封裝製程,可精準的將混有螢光粉的透明封裝材料均勻的壓合成型在晶圓上,模封厚度範圍可以在50~200μm、演色性佳、平坦度達±10μm,並且可以達到Voids Free 的高信賴性。Ricky教授研究室發展了俗稱”Takoyaki (章魚燒)”的LED-WLP,由自行研發的模具將螢光粉利用Compression Molding方式均勻地塗佈在Silicone Encapsulant的外層。此次發表的技術為4×4 Waffle Pack Array型式,這樣的螢光粉塗佈方式不僅可以讓LED光場分佈更為均一,出光效能也提升許多。最後由APIC YAMADA公司進行LED WLP構裝技術在設備上的研發成果報告。APIC YAMADA公司成立於1950年,專精於精密元件、模封、自動化設備等,近年更成立LED構裝設備部門。APIC YAMADA公司認為高亮度LED需求日益明顯,相對應的LED構裝方式也趨向於高信賴性、小體積化、製程容易等特性要求。因此,大尺寸封裝,甚至晶圓級封裝技術因而產生。而相對應的模封製程有二:一是在半導體構裝常見的Transfer Molding Process;另一則是針對液態或是粉狀(powder type)材料的Compression Molding Process。APIC YAMADA的Molding設備分別可以針對液態樹脂及傳統Tablet固態模封材料(EMC)進行Transfer Molding 的模封製程,如下圖所示。


圖十六、Transfer Molding轉注成型

在LED反射杯材料射出成型上也有了一定的成效,分別可與Silicone或是Epoxy樹脂進行LED封裝,如下圖所示。


圖十七、Transfer Molding轉注成型LED反射杯

APIC YAMADA發展的模封技術則是Compression Molding Process,使用同一技術可以分別完成反射杯材料、螢光粉與Lens(透鏡)的製程,如下圖所示。目前該公司已經開發出300mm的晶圓封裝以及300mm見方,大尺寸面積(Large Panel Package)封裝技術,未來也計畫朝400mm,甚至到600mm等大面積模封技術繼續開發,如下圖所示。


圖十八、Compression Mold 製程開發LED-WLP


圖十九、大尺寸封裝及晶圓封裝面積發展趨勢

以上是材料世界網/工業材料雜誌編輯群:黃淑禎、陳凱琪、廖鎔榆、陳品誠、蕭暐翰、洪銘聰、曾寶貞、高惠娟來自東京LIGHTING JAPAN & NEPCON JAPAN & AUTOMOTIVE WORLD 2014現場的Live 報導

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