工業材料雜誌十月推出「3D列印粉體材料與應用設計」及「先進印刷電路板」技術專題

刊登日期:2015/10/7
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3D列印粉體材料與應用設計
近期各種3D列印材料與技術持續推陳出新,配合全球工業4.0與產業科技智慧數位製造的趨勢帶動,進展更為神速。從傳統鑄造業砂模模具,到航太用渦輪發動機零組件,以及醫療器材的義肢、植體與人造器官等,無所不用。但因入門門檻高、取材受限,目前仍算是起步階段,許多研究雖然有初步的結果,但真正達實際應用仍有很長一段路。

雖然國內已有幾家公司投資設備規畫生產,但相較於其他國家對金屬材料3D列印的投入,台灣金屬與機械產業則仍多處於觀望階段。有鑑於此,工研院與多家國內廠商組成主題式研發聯盟,希望讓3D列印技術能在台灣產業界有更多的技術創新與新興應用。在本期10月號工業材料雜誌「3D列印粉體材料與應用設計」技術專題中,將以3D列印相關材料與應用發展為主題,介紹「3D列印設備與金工飾品應用發展」、「3D列印(積層製造)產業發展現況分析」、「3D列印用金屬粉體材料技術與應用發展」以及「客製化3D列印醫材技術之發展趨勢」等內容,期望對國內有興趣的業者能夠有所助益,並協助廠商掌握全球技術發展動態與迅速就位,以創造龐大產業應用商機。

在「3D列印設備與金工飾品應用發展」一文中,主要介紹雷射金屬積層製造應用於珠寶產業的發展與金屬3D列印設備發展動向,希望藉此協助業者能對利用此技術成型的金屬飾品有進一步的認識,並利用此技術創造更多高值化產品。

而「3D列印(積層製造)產業發展現況分析」一文,除了介紹3D列印的定義、特色與七項製程技術外,也分析3D列印未來市場發展趨勢,發現部分市調廠商對於未來年成長率的估計太樂觀,並且分析台灣廠商投入3D列印產業的現況以及3D列印產業面臨的挑戰。

3D列印的主要材料分為塑料和金屬二大類。然而多種填料與複合材料也可使用,例如高分子–陶瓷和陶瓷–金屬複材。令人印象深刻的是越來越多金屬粉末可用在3D列印系統,設計人員可以選擇的範圍就更廣。許多研究已經證明,客製化的微結構可以用3D列印製程來產生,此為傳統金屬成型製程所做不到的,並在某些情況下,這種能力可大幅地提高金屬部品的性能。「3D列印用金屬粉體材料技術與應用發展」一文將詳細介紹高性能金屬粉體的製備方法,以及國內、外金屬粉末3D列印技術的最新發展狀況。

最後,在「客製化3D列印醫材技術之發展趨勢」一文中,將說明如何結合醫學影像及3D列印技術來開發客製化醫材。客製化3D列印醫材的流程包含了取得醫學影像檔、建構3D解剖構造模型、虛擬手術規劃、醫材設計及3D列印製造等步驟。客製化3D列印醫材能完全符合患者解剖構造,達到良好的臨床效果,同時可以幫助醫生預先評估可能的風險並準備應對措施,降低風險。另一方面,此一技術雖然面臨了法規未明、材料應用限制等挑戰,也因全球均大力投入而逐步取得進展。

先進印刷電路板
台灣電子產業在發展初期,投注在材料上的開發資源相對較少,以致國內業者在技術的發展上始終處於在國際大廠之後苦苦追趕的狀況,即便國內相關產業鏈相對完整,但在產品面上,仍較難賺到較高毛利的第一波應用。近年來,相關業者由於關鍵原料仰賴進口、下游產品低價化的趨勢發展,導致生存日漸困難,加上中國大陸逐步建構自主供應鏈並加強產業競爭力,而嚴重影響整體產業的發展。

在全球產業環境變化下,整體產業如何建立自主的上游關鍵性材料及零組件,以強化下游電子產業之國際競爭力,進而擴大產品在國際市場之占有率,已成為當務之急。而在電路板產業中,如何掌握下一波產業的發展趨勢,跟上國際腳步,甚至掌握相關材料的競爭力更是刻不容緩。本期專題將針對近期整體電路板材料市場的發展及未來國內產業發展契機加以說明,在「PCB材料技術發展現況與應用」一文中將介紹目前PCB材料的發展及趨勢,而「IC光互連研究對有機光波導材料發起新一輪挑戰」一文探討光互連技術在IC互連技術上應用的可能;「內埋式功率模組封裝技術」一文將針對內埋式系統構裝技術於功率晶片模組化之應用;另外,「從蛻變中的IC載板製程技術看國內材料產業之機會」將從中探討載板製程與材料搭配的演進並討論其結構變化與規格趨勢;最後則是由「台灣電路板產業二次成長契機」一文深入台灣電路板產業未來發展關鍵議題與瓶頸之探討,期盼透過本專題的討論,能提供國內電路板產業相關技術發展上的參考。

目前PCB的產業技術不管軟板或硬板都是往高頻、高速以及高密度構裝的方向發展,對應電子產品輕、薄、可攜式、多功能化的發展趨勢,對於材料以及製程的需求會越來越嚴苛,加上資/通訊行動化所帶來資料傳輸的蓬勃發展,因此相關製程與材料往高頻段(~GHz)發展將是一門顯學,「PCB材料技術發展現況與應用」一文將介紹目前PCB材料發展的趨勢以及應用方向。

隨著資料量的不斷倍增,高速電腦已發展到需要從晶片直接對晶片進行光傳輸才能有效降低耗電量。要實現IC光互連必須要使用有機光波導協助連接光纖與光晶片,早期設計在電路板內使用的有機光波導材料並不適用於更密集通道數,耐熱性要求更高的IC載板上。面對舊應用未起,新應用又更具挑戰的有機光波導開發商該如何因應,「IC光互連研究對有機光波導材料發起新一輪挑戰」一文將簡要介紹國際開發現況並針對國內材料及電路板廠商提供適當建議。

由於材料與技術漸臻成熟,且量產可實施性與可靠度在消費性電子產品應用端的成功驗證,部份高階電子元件,如功率晶片及穿戴式電子應用亦開始嘗試使用內埋式系統構裝達成體積微小化與可撓曲等目的。然而從可靠度觀點來看,此種採無凸塊互連的構裝體,其接點必須輔以化學鍵結力,方能滿足行動通訊、綠能、車用以及穿戴式電子對長期使用壽命的需求。因此「內埋式功率模組封裝技術」一文就內埋式系統構裝技術於功率晶片模組化之應用,未來可能面臨的問題進行論述,同時提供工研院解決方案供產業界參考。

數十年來IC除了尺寸越來越輕薄短小外,也因前段製程越來越微縮,更加速後段構裝對於細線路載板的需求,現階段載板材料能否因應下世代先進構裝製程的需求是本文探討的重點。「從蛻變中的IC載板製程技術看國內材料產業之機會」一文中,將從載板製程與材料搭配的演進討論其結構變化與規格趨勢,並比較新舊技術與材料的規格與挑戰,進而探討我國相關材料產業的新機會。

由於台灣電路板產業在2000~2009年之年複合成長率達10%,然而在2010~2013年之年複合成長率降為只有2.2%,顯示台灣電路板產業成長動能漸失。在「台灣電路板產業二次成長契機」一文中闡述如何逐步完成台灣PCB產品結構升級、改善生產環境自動化、提升綠色製造能力和調整客戶及應用市場布局的目標,兼顧善盡產業社會責任,以提升台灣PCB產業具有下世代競爭力的產業地位。

主題專欄
設備要配合產品變化的發展,包含模組化更新、智慧化學習,建置訊號傳遞模組讓工廠端的單位操作數目能提升,並同時不會影響品質,這些都是生產力4.0在設備端能扮演的角色,結合生產力4.0的3D ICs設備,將會是未來台灣半導體設備發展的重要方向。「3D ICs設備零組件與生產力4.0發展趨勢」一文將分為兩部分進行討論,藉由針對生產力4.0與3D ICs議題進行討論,和技術與設備零組件的介紹,讓讀者更了解半導體發展近況與趨勢。

近年來,隨著各式各樣的粒子開發,用於提升光學元件性能的散射結構也越趨複雜,再加上元件薄型化的趨勢,各種複合型的散射結構也逐漸問世,因此,利用模擬來縮短製作研發時程是一個重要的課題。「多尺度光學散射系統模擬計算」一文將針對表面散射系、體散射系及複合型散射系(體散射結合表面散射),使用ASAP軟體來建立其光學模型,並與實際樣品的光學量測結果作對應,來確定此模型之可信度。

LED照明除了節能、壽命長、技術成熟和價格逐漸低廉而取代傳統燈具成為照明市場主流外,更因為LED電子元件具備容易操控的特性,讓LED照明的開關、調光、調色等功能可以藉由低成本的硬體達成。「LED智慧照明之現況與趨勢」將介紹LED智慧照明現況與未來發展,並整理LED智慧照明無線控制規格與趨勢,提供業界及研究先進對LED智慧照明設計的參考。

由穿戴式裝置需求看軟板技術對應」一文將探討為了發揮穿戴裝置的功能,薄型化、高密度化、高頻高速化、功能化及彩色化技術是今後軟板必須對應的技術,這些對應技術的成功發展將是決定穿戴式裝置是否掀起另一波風潮的關鍵要因之一。而我國軟板產業也可在原有建置的優勢產業平台上,結合最新的終端應用與設計,提升自身產品技術能力,除了Catch到市場外,也做到技術升級及價值創造的雙重目的。

從早期桌上型個人電腦到現在幾乎人手一支智慧型手機,電子產品一直在追求攜帶方便、低功耗和更佳的性能表現,大眾的需求促使電子產業一直朝這個方向前進,例如晶片微小化和性能的提升。除了晶片微小化之外,為了配合更先進製程製作出來的晶片,封裝方式也要能配合提升,才能跟上晶片的運算速度,讓產品發揮最好的效能。「3D IC封裝簡介」一文將概略介紹TSV的3D IC製作流程,以及未來可能的封裝技術走向。

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