日本東京NEPCON JAPAN & LIGHTING JAPAN & AUTOMOTIVE WORLD 2015特別報導系列(二)

 

刊登日期:2015/1/16
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黃淑禎、陳凱琪、張敏忠、陳品誠、邱國展、林晉聲、游勝閔、吳禹函、曾寶貞寄自東京

1月15日,一早的東京開始下起雨來、溫度驟降,但寒風冷雨並沒有阻擋一波波湧入Big Sight的人潮。今天的Lighting Japan/NEPCON研討會現場有幾場精彩的演講,展會現場亦有特派員深入的觀察,大展直擊,請看我們以下的報導。

展會現場觀察 
Jenax Inc.公司/軟性鋰離子二次電池
近年來,穿戴式裝置商機龐大、需求日增,為達到符合穿戴的高舒適度,因此需打造出整體可彎曲的電子裝置。除了可撓式基板以外,還得先製造出可彎曲的電池,雖然已有其他數種彈性鋰離子電池被開發出來,但在運作穩定性上,尚未有一種表現足以使其被應用到商業化產品中。Jenax Inc.公司在本次Wearable EXPO.中展出一款可在不斷擠壓下仍能持續穩定供電的鋰離子二次電池(圖一),可搭配運用在醫療感測器材、電子紙、智慧型手機、智慧型手錶與智慧型眼鏡等產品上。

未來這些穿戴式電子裝置,由於系統設計空間吃緊,且缺乏鋰電池擺放位置的彈性,因此對可撓式電池的需求將更加強勁,可撓式電池的商品化將可使得外觀設計不再受到硬體的限制。由於Jenax Inc.公司所開發的電池小自3.5公分,大到300公分*20公分都可以製作(厚度最小0.5公分),實際電壓可達3.7伏特,並且具有低介面阻抗、快速的鋰離子傳導、高電容及高能量密度,因此可承受從任何角度及任何方位進行彎曲超過10萬次以上,當然作為可環繞手腕的錶帶型電池更不是問題,甚至可如同紙張般的將電池對折再對折,仍然不影響其放電效能(圖二)。除了穩定性以外,安全性也是考量重點之一,當電池通過安全測試後,他們還將電池丟入洗衣機清洗及烘乾,仍可持續供電47分鐘,並且無過熱的現象產生。


圖一、可承受從任何角度及任何方位進行擠壓的鋰離子二次電池


圖二、軟性鋰離子二次電池可如同紙張般摺疊

Moff / 腕帶式裝置
Moff是一家兒童玩具公司,針對兒童開發一款腕帶式裝置(圖三),手的動作會被傳輸至智慧型手機並發出相對應聲音。例如彈鋼琴動作,手機便會發出琴音;打網球動作時,手機便會發出球拍擊球聲音。該公司目前正朝向監測運動不足等健康管理輔助用品方向開發。


圖三、Moff的 Smart Wearable Toy

Kopin / 頭戴式電腦用品
Kopin原本是一家相當具有歷史的公司,專門針對軍品、消費者及工業等用途進行頭戴式電腦用品開發,現在將相關技術與能量轉為頭戴式產品開發,其中整合Ultra-small Displays、 Innovative Optics、 Speech Enhancement Technology、Head-gesture Command、Low-power ASICs、Packaging and System Reference Designs等,以加速原本客戶產品開發。例如,其中一項產品Golden-I 3.8 Concept System,即是整合多種技術而來,包含Display、Optics、Ergonomics、Packaging、Software、Speech Enhancement、ASIC等。


圖四、Kopin的Golden-I 3.8 Concept System

Walts Co. / IC測試載具
由於半導體封裝材料的開發由研發階段到Proto Type,進而到產品量產常常需要相當冗長的時間,這時候簡易、快速、有效的小型驗證測試載具,能快速回饋材料開發者在應用端所面臨的挑戰,以增加研發效率就來得相當重要。Walts Co. 是家位於九州福岡的公司,能夠提供IC測試載具的設計、製作,圖五與圖六分別是該公司展出的12吋Cu Piller與8吋的WLP測試載具,圖七則是Flip Chip 測試載具。


圖五、Walt’s Co.: 12” WLP測試載具


圖六、Walt’s Co.: 8” WLP測試載具


圖七、Walt’s Co.: FC測試載具

Micro-Module Technology株式會社/ 接合技術
類似於Walts Co.的還有另一家Micro-Module Technology株式會社,該公司具有各種的接合技術,如Stud-Bump Bonding (SBB)、 Epoxy Encapsulated Solder Connection (ESC)、 Gold to Gold Interconnection (GGI)、 C4接合,甚至ACF/ACP/ NCF/ NCP等,可提供半導體材料研究者小型、薄型化、高密度等的構裝技術。

APIC YAMADA公司 / 靜電塗佈設備
為了因應電路圖形化之需求,APIC YAMADA公司推出靜電塗佈設備,可以廣泛進行金屬、樹脂、氧化物之噴塗,透過靜電力與噴嘴頭的配合控制,可形成平均霧滴大小僅100nm左右的散布噴霧,如此可以進行10nm厚的精準控制成膜。據云該公司鎳金屬的成膜可達成10nm厚之連續薄膜。此外,也可控制噴嘴噴出形成液滴大小僅5微米的單液滴,可利用此液滴進行圖形化點陣塗佈或是細線化塗佈,現場即展出塗有6微米大小銅凸塊(Bump)陣列的試片(圖八)。靜電塗佈設備相較與一般塗佈設備最大的優勢是在靜電力的驅使下,噴霧反彈行為大幅降低,如此對噴塗成膜的控制性可大為提升,因此可進行更為精密的特殊塗佈。


圖八、APIC YAMADA公司之靜電塗佈設備技術與相關應用展品

TOSMO公司 / 風力與太陽光電混合供電模組
目前LED取代傳統燈具的趨勢不變,而TOSMO公司則推出高效率、高亮度大型LED燈組以取代現有大型場館常使用的水銀燈,一年的用電僅為水銀燈的五分之一,並且不會有水銀燈延遲開關的問題。此外,LED燈具重量也僅有三分之一,此產品在會場受到不少人詢問。在展場中另外放置有一風力與太陽能混合型模組,如圖九,由於其創意巧思並且不會增加太多成本,加上風力的驅動使得模組得以二十四小時持續發電,全年發電量大幅上升,此產品也吸引不少參觀者關注。不過,風力發電設備的穩定性與維修成本可能會是安裝上需要考量的部分。


圖九、SolarMill風力與太陽光電混合供電模組,實現模組二十四小時持續發電

HZO / 抗水功能應用
今年的展場中也有不少廠商提出智慧型手機應用上的解決方案,如HZO的創新技術係將整片電路板浸泡在水裡仍能維持功能,如圖十所示。此外也展示手機泡水仍能進行工作的測試,其原理是利用噴塗或是浸泡一種特殊疏水膜材料於手機或是電路板之上,即可形成抗水膜層。實際觀察展品可以看到,受塗佈的電子產品在邊緣會有一些半透明白邊,類似乾燥膠水膜的形貌,此技術實用性不低,並且效果已經受到證實,相信不久之後可以在國內看到其產品。


圖十、HZO公司針對電子產品之防水推出的解決方案

NITRIDE SEMICONDUCTORS / 空氣淨化裝置
NITRIDE SEMICONDUCTORS Co.展示將UV-LED與奈米光觸媒結合,作為空氣淨化的裝置,如圖十一所示。將水銀燈光源轉為使用LED,原因是壽命提升100倍、電力耗費降低70%、沒有水銀的汙染等好處。依照該公司的預估,目前365 nm UV-LED市場價格約為3,700日元/w,預估到2017年將降低至1,000日元/w,會讓UV-LED的商業應用更加普及。


圖十一、Deep-UV LED為奈米光觸媒的光源

研討會精摘
展會第二天,Lighting Japan登場的研討會主要包括LED/OLED照明的市場趨勢、Deep-UV LEDs的應用、軟性OLED照明電極應用的奈米金屬銀線、OLED照明光取出應用的高折射率奈米塗料、不含貴重金屬Iridium的溶液型OLED材料開發技術等。

市場趨勢研究公司Fuji Chimera 的Hideki Ieshima對LED/OLED照明趨勢的報告指出,相對於OLED照明市場的成長緩慢,LED照明的市場則是成長快速。全球每年約有14億照明元件需求量,而LED照明元件滲透率如圖十二所示,預估將從2013年的12.3%成長到2020年的46%;而LED照明銷售額滲透率將從2013年的28.6%成長到2020年的58%。各區域LED的導入速度與發展如圖十三所示,日本對LED照明推廣最快,在2014年已經達70%;歐洲與美國約30〜40%。市場預測指出,南亞國家(如印度)與中國大陸市場仍有很大成長空間。


圖十二、LED照明元件與銷售額市場滲透率趨勢


圖十三、全球各區域採用LED照明的發展趨勢

這幾年LED在Deep-UV的發展也進展很快。Deep-UV LEDs的應用如圖十四所示,RIKEN的Hideki Hirayama指出,主要應用於醫療殺菌用(皮膚照護或癌症治療)、照明、空氣淨化、藍光光碟機讀取頭等用途,預估市場規模每年超過10億美金。


圖十四、Deep-UV LEDs的應用發展

在OLED研討會方面,德國CYNORA公司發表關於OLED第三代發光材料的相關發展現況,該家公司成立於2008年,只專注於開發具有TADF效果的銅錯合物(Cu complex)材料,其TADF的概念與日本九州大學Adachi教授相似,均是回收原本會損失的能量而重新發光,進而提升元件效率。從CYNORA公司的發展Roadmap來看(圖十五),這兩年來的研發成果逐漸可追上磷光類型的元件效率。


圖十五、CYNORA公司發展Roadmap

早期雖然發現銅錯合物具有TADF的效果,卻遲遲無法實現,直到雙核銅錯合物的設計概念出現,解決了銅錯合物會在激發態損失能量的缺點及配位基能穩定銅(+1價)的存在,因此使得銅錯合物不僅具有高量子效率(PLQY = 96 %),同時也具備高熱穩定性質(熱裂解溫度為290 ℃),並強調銅錯合物材料在昇華純化的產率比磷光材料優異。

銅錯合物根據CYNORA公司的說法,由推電子或是拉電子的配位基來決定光色,光色範圍涵蓋了藍光至紅光,並且皆具有相當優異的量子效率。相較於藍色磷光發光材料目前的困境,銅錯合物更容易得到純藍色的光譜,有機會在藍光範圍取得領先的地位。

CYNORA公司與佛羅里達大學的Franky So教授合作下,製作綠光元件,驅動電壓僅只2.7 V,最大能量效率達到62 lm/W,已經具備綠色磷光材料的效率水準。不過當與會者問其元件壽命時,講者則表示仍需繼續努力改進。

至於藍光的部分,屬於天空藍的元件有12 lm/W的最大效率,而深藍光的元件目前則只有2 cd/A的效率,這是CYNORA公司積極努力的關鍵目標。

以”High-efficient OLED Material and its Key Devices”為主題的專題演講中,Cambrios和Pixelligent的講者分別介紹了該公司開發之OLED Lighting相關材料。Cambrios公司的Rahul Gupta報告其奈米銀線在OLED Lighting之應用,目前產能因為Touch的需求已擴增至2013年的八倍之多,而奈米銀線相較於ITO的好處在於低溫製程下即可獲得更好的導電特性且仍保持高穿透率,其撓曲性也遠優於 ITO,在軟性、可撓的應用上會有絕佳的優勢。與OLED Lighting更相關的部份在奈米銀線會有些微的散光特性,因此不會有ITO膜的”Micro-cavity”效應,對於厚度誤差造成的光譜變化較小,未來在進入大面積製程時操作範圍較大,容忍度較佳。此外,微散射特性對於角度造成的色偏也能有效改善,產品的外取光膜就能採用較便宜的方案來實施。最後講者提到,奈米銀線的低溫製程可讓取光層採用選擇性較多的有機材料,可大幅降低取光層的製作困難度。不過,奈米銀線製作完其表面粗糙度較ITO大,故需要多塗佈一層導電的平坦層才能進入有機發光層的製作,這部份可能增加奈米銀線導入的困難度。

Pixelligent公司的Shree Deshpande則報告其高折奈米複合材料在OLED Lighting之應用,講者特別強調該公司的優勢在於可精準地合成及控制ZrO2粒子的形狀及大小(std. size 5 nm),並且有效地改質其表面,以對應不同的材料及用途,目前係應用在OLED Lighting內取光用的填平層,折射率可提升至1.8的水準,並且在高溫處理後仍能保持高穿透及平坦性。利用此填平材料製作之OLED元件皆可提升效率達200%以上,是相當有用的高折填平層。未來該公司還會朝向將散射的功能整合至此高折層,但須兼顧多種粒子的分散及調控,會是相當有挑戰性的研發目標。

該公司在會場也展示內部型光取出層塗料如圖十六所示。添加ZrO2奈米粒子可以將高分子薄膜的折射率從1.56 (550nm波長)提升到1.63 (50 wt% ZrO2)、甚至1.72 (80 wt% ZrO2)。


圖十六、Pixelligent展示高折射奈米塗料可應用於提升OLED照明亮度的內部型光取出層

在Nepcon Japan 2015的研討會方面,今天的半導體基調演講分別邀請全球半導體領導廠商Intel與台積電分享下世代半導體的技術發展趨勢。第一場由Intel的江田麻季子社長分享目前非常熱門的話題: IoT物聯網的潮流趨勢以及Intel的戰略。由於行動裝置的日益普及,已成為許多人日常生活中不可或缺的用品,物聯網的發展即延續著行動技術而立,主要由連結(Device元件)、系統(雲端智慧)以及巨資(Big Data)所構成。社長分享了一段Intel的影片來告訴大家物聯網的建立,從一個人開車出門看球賽開始,開車時、車內的系統會告訴你前方的道路是否塞車、目的地天氣如何;抵達停車場時,系統立刻幫你計算離你最近的停車場空位在哪裡;準備排隊進場看球賽時,智慧型手機上的訊息顯示了前方持有票卷的人數為何,由此可見物聯網的建立實在與生活緊緊相連。社長亦舉例Mitsubishi Electronic運用物聯網的管理於保全系統上,為該公司節省了每年11億日圓的支出。物聯網所應用的產業包括汽車、製造業、健康醫療相關產業、交通物流以及智慧居家生活等等。Intel主要為CPU的製造商,當然也不會在IoT的時代中缺席。

TSMC分享了該公司近年在WLSI (Wafer Level System Integration)晶圓級系統構裝的研發策略與成果。半導體產品的沿革從先前的電腦追求快速運算、高效能,到目前的智慧型裝置,除了高效能之外,更需著重價格以及人性化使用介面。未來的IoT趨勢有巨資、雲端、輕小的需求,這些應用的沿革也影響著IC構裝技術的發展趨勢。TSMC的WLSI技術平台可依不同需求提供不同的構裝解決方案(圖十七),CoWoS可以提供高速運算、高效能以及包含多個晶片的高密度構裝;而InFO-POP構裝則是輕薄、價格具有競爭力,同樣能進行含多個晶片的高密度構裝。圖十八說明3D堆疊式構裝的比較,FC_PoP主要產品為DDR,構裝元件厚度約在1.0~1.3mm;TSV 3DIC應用在廣域I/O數的DRAM產品,運用了TSV製程,構裝元件厚度約>0.8mm;InFO_PoP技術可以將構裝更薄型化到低於0.8mm的厚度。TSMC將致力於將Silicon往System延伸,提供全面性的WLSI技術平台。


圖十七、WLSI構裝技術


圖十八、3D堆疊式構裝比較

以上是材料世界網/工業材料雜誌編輯群:黃淑禎、陳凱琪、張敏忠、陳品誠、邱國展、林晉聲、游勝閔、吳禹函、曾寶貞來自東京NEPCON JAPAN & LIGHTING JAPAN &AUTOMOTIVE WORLD 2015 現場的 Live 報導 。

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