高含量陶瓷粉體調控技術於高導熱絕緣材料之應用

 

刊登日期:2016/4/5
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由於可攜式電子產品的蓬勃發展,帶動半導體 IC 構裝元件朝向高密度化、薄型化封裝等多樣性的趨勢,而隨著 3D IC 構裝等構裝技術的引入,順應了產品內部元件體積尺寸越趨近於輕薄短小化的需求。光電構裝材料技術不斷地提昇來達到高密度性、高效率化及低成本等要求,材料廠商也竭盡全力提升自我研發能力,以期有效掌控核心技術與專利,進而開拓高附加價值產品市場。本文將介紹絕緣導熱材料應用趨勢與導熱粉體分散技術,以及工研院材化所積極開發建置之光電構裝材料相關驗證平台。
 
光電構裝用導熱材料市場發展趨勢
傳統散熱產品以採用金屬散熱材料為主,雖然有良好的散熱效果,但加工困難、成本高昂、材質重,且其材料性質在加工及生產製程上均相當複雜且缺乏彈性,有鑑於此,高導熱塑膠材料近年來已成為各國際大廠研發重點。

根據 IEK 從光電構裝材料市場進行之調查分析(如圖三所示),發現全球光電構裝材料市場在 2014年約有 190億美元市場規模,我國產值約 38億美元,佔全球 1/5 市場。而除了線材、導線架以及 IC 載板外,光電構裝材料主要又可區分為:固態模封材料、液態模封材料以及底部模封材料等,此三者加總起來比重大約佔了 12.7%;另外還有固定晶片用的黏晶材料以及可電導通用錫球各佔了 3.4% 與 1.4%(如圖四所示)。



圖三、全球光電構裝材料市場規模
 
絕緣導熱材料與導熱粉體調控技術介紹
絕緣導熱材料用途相當廣泛,其中最主要功能用途為具有黏著性、低熱阻、高熱傳導以及機械強度等特性,部分則具有光反射特性,可將晶片黏著於支架或指定區域形成導熱通路,而絕緣導熱材料的選用仍需考量到許多因素,其中包含長期儲存特性、不沉澱相分離、黏晶推力、耐熱性、耐老化性、散熱及加工特性等。

以 LED構裝元件為例,隨著更高功率晶片發展及高亮度 LED晶片製備技術的開發,伴隨產生更多的散熱需求,其中散熱能力對可靠度及壽命的影響尤其深遠,目前市場上主要絕緣導熱材料供應者仍為美日國際矽膠供應大廠,如信越及道康寧,其絕緣導熱黏晶材料約有九成市佔率,且其價格相當昂貴,國內雖有完整的光電高階組件與產品產業架構,然而,上游材料廠商仍無法導入此產品供應鏈,最主要的原因是國內未具有光學級樹脂合成與純化製程技術,以及導熱粉體分散技術,使得相關關鍵技術原料均仰賴進口,材料特性也因此受限,無法與國際技術競爭。


圖五、導熱粉體填充量與導熱係數之變化曲線

導熱粉體調控技術在導熱絕緣複合材料之研究
本研究透過實驗設計選用了兩種不同粒徑分布之 Al2O3 導熱粉體,兩種導熱粉體之平均粒徑比值約為 9,就粒徑分布而言,選擇較廣之粉體粒徑分布,可以提升粉體充填率,使得材料黏度和流動性較佳。透過單一粒徑之 Al2O3 導熱粉體與兩種大小粒徑混合之比較,來了解粉體分布對黏度與導熱係數之影響,分別將不同粒徑分布之 Al2O3 導熱粉體添加量添加至……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
作者: 詹英楠、林志浩、黃淑禎、陳凱琪 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」352期,更多資料請見下方附檔。

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