2016 FINETECH JAPAN /高功能材料展 Live報導系列二

刊登日期:2016/4/8
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林顯光、盧俊安、游勝閔、莊凱翔、蕭暐翰、趙志強、謝葆如、劉怡君、林正軒、劉嘉倫、劉燕妮、葉子暘、曾寶貞

工研院與東特塗料公司簽定合作備忘錄
搶攻電動車馬達散熱關鍵材料

展會第二天,在Big Sight西館三樓的Matel Japan會場,一場隆重的簽約儀式再次見證了中日合作成果;工研院與全球第二大漆包線塗料生產廠商---東特塗料株式會社,簽訂電動車馬達散熱關鍵材料合作備忘錄。雙方將展開跨國高導熱絕緣樹脂技術合作,開發電動車馬達用高導熱樹脂及高導熱漆包線絕緣塗料配方,以因應高電流、高電壓而造成耐熱問題的電動車馬達,提供優異散熱效果,並可提昇電動車效率,加速雙方在電動車馬達市場的開發(圖一)。


圖一  工研院與日本東特公司簽訂MOU,將合作開發電動車馬達用高導熱樹脂及高導熱漆包線絕緣塗料配方,搶攻電動車馬達供應鏈關鍵材料(左:東特塗料株式會社池田聰社長;右:工研院材化所彭裕民所長)

工研院材化所彭裕民所長表示,工研院長期與日本有密切合作,結合雙方技術開發,已累積很多成功經驗,如與三井化學合作電池高安全鋰電池STOBA技術、與小森機械(KOMORI)開發One step量產型卷對卷金屬網格技術、與菊池製造所及早稻田大學合作高敏銳觸覺感知穿戴式輔具等技術,不僅彼此建立良好夥伴關係,更加速對台灣產業提供良好發展機會。

東特塗料池田聰社長表示,東特塗料公司歷史悠久,已經邁入第67個年頭,從2010年起開發高導熱漆包線塗料技術及相關產品。因應油電兩用車及電動車馬達小型輕巧化趨勢,使用的電流密度提高,因此馬達內部也產生高溫問題,市場上正努力進行散熱處理的改善。東特此次跟工研院共同開發高導熱漆包線AI絕緣塗料,比以往的漆包線具有更佳散熱效果,此外,銅損耗的問題也可大幅降低,可改善馬達效能。

工研院開發的「高導熱AI絕緣樹脂」不需添加粉體,即具有極佳導熱效果,為目前一般AI材料導熱係數的2倍。結合東特塗料的「高導熱漆包線絕緣塗料配方」技術,將開發成電動車馬達用的高導熱漆包線與高散熱模組封裝材料,可為電動車馬達提供良好散熱效果,大幅提昇馬達效率,讓電動車更節能,未來更將組成研發生產聯盟,協助材料技術在地國際化,創造雙方技術產業高值化效益。

展場直擊
知名電子陶瓷廠商muRata公司參加了Reed公司今年新推出的高功能陶瓷展。muRata本次參展主軸為積層陶瓷電容器(MLCC),分別針對未來發展趨勢之兩大方向高電壓及超小型陶瓷電容器進行展出。在高電壓應用上,主要展示其介電材料之解決方案,開發新型非鐵電相陶瓷材料系統做為MLCC之介質材料,提高整體電容器之直流電壓操作性,依此推出DC25V-630V, X7系列電容量0.1μF-68μF之陶瓷電容器,主要提供車載及相關高功率元組件之電容器應用(圖二)。

 
圖二 muRata非鐵電相陶瓷介電材料(左)及X7T/S DC25-630V 0.1μF-68μF陶瓷電容器(右)

另外,在超小型積層陶瓷電容器開發上,做為被動元件領導廠商,muRata推出世界最小之陶瓷電容器,元件尺度有效達JIS0201(0.25x0.125mm),元件總厚度小於0.125mm之電容量達10,000pF之X5R陶瓷電容器,其關鍵技術在於muRata成功達到超薄0.3μm之陶瓷生胚,且燒結後介電層收縮僅20%之陶瓷積層化技術(圖三)。

 
圖三 muRata成功推進陶瓷生胚製程技術薄化至0.3μm

對應muRata推出JIS0201之陶瓷電容器,日本印刷機與被動元件生產設備大廠Micro-Tec展出世界最小之元件切割設備(圖四)。

 
圖四  Micro-Tec展出之世界最小元件切割設備

粉末陶瓷射出成形已是目前製造高階陶瓷材料產品的尖端製程,結合粉末冶金與塑膠射出成形兩大跨領域技術而發展出的新世代材料技術,在此次展會有多家粉末射出成形廠商參加,如COHO(光弘生醫/台灣)、Lovapac、atect等。其中光弘佈局生醫陶瓷材料許久,此次參展也發表獨家技術粉末射出陶瓷牙根。

另外,展會中的陶瓷粉末射出成形製造商也展出許多目前需要高端機械工具機才能製作的形貌複雜陶瓷零組件,以粉末射出成形法可以輕易縮短製造工時,提高產量。圖五為粉末射出法所製備之SiC與Si3N4陶瓷軸承用的瓷珠,軸承瓷珠需要有高度的真圓度,以粉末射出成形法製作可以較傳統方式減少edge研磨的程序。圖六為粉末射出Al2O3與超合金713C車用渦輪(turbo)葉片,在國際汽車每公里油耗量標準不斷被要求提升的前提下,未來汽柴油車每部加裝渦輪增壓器已是必然趨勢。以傳統機械加工法製作渦輪葉片雖可有較高精度,但需要投入大量的設備與製造時間成本,加上陶瓷材料有較佳的熱穩定性,陶瓷粉末射出是目前前景相當看好之技術。 


圖五 粉末射出SiC與Si3N4軸承用瓷珠(Photo by Atect Corporation)

 
圖六 粉末射出Al2O3與超合金713C車用渦輪(Turbo)葉片(Photo by Atect Corporation)

與FINETECH JAPAN同期舉行的Plastic Japan今年已經邁入第五屆,相關的產業與加工廠今年的參展商數近200家,感覺很像塑橡膠展。差別是除了製造設備與材料廠商外,在Plastic Japan可以看到更多應用與商品化的技術。例如,由日本合成化學所開發出來的水溶性3D列印用樹脂,號稱冷水就可以直接溶解,3D成型後具有良好的尺寸安定性與接著性(圖七)。用過3D列印設備的朋友都很清楚,熱融塑膠味道很重,紫外線硬化的化學味道無法消失,更不用說早期有溶劑的樹脂,而日本合成化學的這款材料則全無這些味道,推測可能是PVA改質而成。另外,目前台灣還做不出來的PVDF/PMMA多層共押出薄膜複合材料也在現場展出。PVDF為氟系高分子,與壓克力熱轉移溫度Tg幾乎差100多度,兩種高分子更是很難相容的材料(疏水/親水),由尺寸可以推斷每層為數μm厚度層層相疊,所產生的新膜材功能,除了極佳的機械特性外,耐候性也大幅提昇(圖八)。 

 
圖七 日本合成化學3D列印用水溶性塑膠材料 

 
圖八  DENKA 高難度PVDF/PMMA 115層共押出型

TORAY攤位上展出金亮亮的手機機殼,看似很普通,其實一點金屬都沒有,是如假包換的『全』塑膠。利用TORAY自豪的奈米厚度的千層共押出技術N1/N2交替就會產生金屬光澤,改變層數與材質折射率就會有不同的顏色產生,完全不需要用染料。SUMITOMO BAKELITE第一次展出生質複合材料,以植物纖維素進行生物降解後,糖類結構轉換成酚phenol分子,最後合成高分子材料,這樣的樹脂與纖維、填充劑混和壓製成零組件可以替代目前的金屬零組件,重量只有一半,會場有多家廠商也展出生質複合材料,可以看到油價的變動並不會影響日本廠商對地球友善材料的研發與使用。MACOHO公司則開發出超級細微噴砂技術,經過處理後的玻璃表面粗度僅有0.03μm,玻璃表面在不需要任何的鍍層處理下,即自然具有抗反射與超親水的功能(自然防霧),大大增加玻璃或是其他透明(壓克力、PC)產品的直接附加價值。

日本對於金屬素材(原材)的重要性徹底覺醒,並體認到高功能金屬材料是日本技術的根,推動鋼材的進展積極且蓬勃,尤其重視特殊鋼材的開發,針對中國大陸高生產量的傳統鋼,則策略性地著手進行市場區隔與布局。各大鋼廠爭相開發出各種特殊合金鋼材及鐵基材料。在今年的展會上,JFE展出了利用兼具拉伸強度及成型性的HSS板鋼,提供汽車沖壓零件,最高拉伸強度可高達1,400MPa,並進行冷壓成型,改善顯微組織與晶粒細化,將性能提升並減輕汽車重量,達成減少碳排的需求。此外,也開發出能沖壓複雜形狀且同時具高強度的高碳鋼Super Hot-F,直接利用一體成型取代原來的焊接零件(圖九)。

 
圖九  日本新日鐵住金公司的特殊鋼介紹

其他特殊鋼的開發,如:日本鑄造會社展出精密工具機用的高功能鑄造材料;新制震鑄鋼提供具有高切削性、高韌性且耐衝擊的鋼材;低熱膨脹材料依不同的應用溫度提供熱膨脹係數<2ppm的產品,可滿足工具機之精密加工性及工件尺寸的安定性與抗震能力(圖十)。

 
圖十 日本鑄造會社之低熱膨脹材料

此外, 在材料新製程設備方面,日本KDN株式會社展出SiC高溫燒結設備,相當引人注目。該設備同時具有RF與電漿加熱雙重功能,機台最高燒結溫度可達攝氏3,000度,以短時間、高密度燒結功能為訴求,可應用於陶瓷及高溫合金、複合材料之燒結成型(圖十一)。


圖十一   KDN公司燒結後的樣品

在高功能膜方面,Kitagawa Industries展出具AR/AG之產品,在硬膜層形成AG (Anti-glare)結構再覆蓋上AR層,達到視感反射率降低至0.37%,如圖十二可以比較出AR/AG PET較不會有刺眼的反光感。此外,額外的疏水層處理也讓薄膜水滴角達到113度,具抗汙效果。該公司也展出具阻水氣膜之產品,水氣透過率可降低至原本的萬分之一,達到0.06g/m2/day。現場展示如圖十三,玻璃瓶內一側裝入水,透過PET膜阻隔在中間,另一側則放入濕度計測量相對濕度,其中右側為無阻水阻氣膜PET,可見隔絕之另外一側濕度高達80%。相對的,使用具有阻水阻氣膜之PET,另外一側濕度則僅有56%,確實有顯著差異。由於使用材料為金屬氧化物薄膜,推測是原子層磊晶(Atomic Layer Deposition)設備進行金屬氧化物薄膜鍍膜而可大幅提高阻水氣性能。

 
圖十二 Kitagawa Industries展出AR/AG產品
 
 
圖十三  Kitagawa Industries展出具阻水氣膜PET產品

Chiyoda Integre展示解決熱點問題(Hot Spot)之新材料,如圖十四,透過Silica Aerogel與Polyester混和,並使用類似不織布的製作法將兩種材質熱壓成型,稱為斷熱紙,熱傳導係數僅有0.023W/m·k,略低於空氣的0.0241W/m·k,在現場也提供樣品可以攜回,如圖十五。可見不同厚度斷熱紙,可以彎折甚至有點可拉伸性,非常像一般常用的無塵紙,拉扯彎折後並不會像一般Fiber/Silica Aerogel產品容易碎裂,這樣的產品相信能提供更多可應用性。


圖十四  Chiyoda Integre斷熱紙產品


圖十五  Chiyoda Integre提供不同厚度之斷熱紙

阪東化學本次除展出各式金屬膠、金屬塗層處理之外,同時推出應用於體感偵測的C-STRETCH材料(圖十六),透過金屬粒子與橡膠之混和,製成具有極佳彈性的導電橡膠,現場也提供具有感測橡膠的布料進行體驗,感受非常輕盈,就像是一般的彈性纖維,對於拉伸非常敏感,甚至細微抖動都可透過螢幕中的電阻值變化進行了解。對於捲曲動作偵測則較不敏銳,可見僅限於長軸向拉伸,不過該公司已經針對產品特性開發出一系列智慧衣,將率先跨入運動衣物市場。

 
圖十六 阪東化學之C-STRETCH產品

Think Laboratory公司今年展出微細印刷的製板能力,應用雷射加工解析度達25,600 dpi(Dot per inch)的加工技術,製作出各種精度的印刷凹板,精度範圍可達175 LPI (深度60μm)~400 LPI(深度10μm)。所製的凹板可以應用於各種ICT的應用,包含觸控面板、擴散板、embossing用版、電極等,Roller幅寬達1,300 mm。應用於Metal Mesh方面,細線印刷解析度可達3μm,表面阻抗達13Ω/□,透光度達90%。

Nippon Carbide公司今年展出模具製作技術,可由Master Mold製作出Replicated Mold,搭配精密Tiling技術,可製得大面積Mold,目前公司可製造的Mold幅寬可達1220 mm,可利用此Mold,在熱塑性樹脂膜上製作稜鏡結構(圖十七)。 

 
圖十七 Nippon Carbide公司今年展出的模具製作技術

Nippon Carbide公司以前述的製膜方法,應用於製作Retro- reflector,並組裝成一台具有空中顯示影像的設備,此設備影像從下方往背面投射,經由背後及側面的三方向Retro- reflector,可在觀測者前形成彷彿漂浮在空中的影像(圖十八),若以手去虛擬觸摸影像,再搭配手勢感測器,可作為一種新型的控制器(Controller)。 

 
圖十八 具有空中顯示影像的設備

Teraoka公司是一家生產各種特殊Tape的公司,該公司展出一種新的雙面黏著膠帶產品。中心基材是Kapton膜,兩側分別是輕、重兩種離型性矽膠,採用矽膠的原因是因為矽膠具有高溫的穩定性,經過高溫(150℃, 2小時) 後,矽膠不會有殘膠的問題,Kapton膜仍能具有剝除或重工性。

Asada Mesh Co. ,Ltd.開發各種網印布,經由網印布的設計,可達成各種不同網印厚度需求。以AD-Screen系列為例,有type-3D與S4和S5等不同編織方式,可達到後織的效果,可使相同網印線徑下,得到3倍,甚至4到5倍的厚度。此外他們亦有製作高mesh數目的網布(795mesh),目前多應用在產業鏈過濾反應溶液等等(圖十九 )。


圖十九  Asada Mesh co. ,LTD.開發之AD-Screen系列網印布

田中貴金屬工業株式會社開發UV硬化網印用銀膠,其對應波長為310-370 nm,強度為1500 mJ/cm2,最小線寬為70微米,電性為0.8 mΩ‧cm,可印刷於軟性基材上,擁有良好的接著性(圖廿 )。 

 
圖廿  田中貴金屬公司開發之UV硬化銀膠

Union Tool公司設計一新型塗佈用線棒(UC棒),比一般金屬線棒容易清潔,且在相同規格下,其可塗布厚度比例比原本一般金屬棒高10%,其中甚至有一款UC Rod-SS系列,可以塗佈比一般線棒更低的粗糙度(Roughness),可降低至少50%塗佈成膜後之粗糙度,相對也較均勻。

Litecon 發表In-Mold Forming(IMF)次世代技術
Evonik發展聚甲基丙烯醯亞胺(polymethacrylimide , PMI)發泡材料一種交聯型硬質結構型泡沫材料,發泡成型後,內部泡孔為100%的閉孔結構,其均勻交聯的孔壁結構可賦予其突出的結構穩定性和優異的力學性能,成型步驟如圖廿一。Secar technology具有優異的模具工藝與成型技術,Evonik與Secar technology合併後成立Litecon公司,致力推動IMF材料與技術,2015年已成功導入歐洲汽車部件。此技術的特點歸納如下:
◎ 優異的耐熱特性,180~240℃
可一次成型複雜幾何形狀,不需在進行切削加工
金屬零件可Insert成型(圖廿二)
加工溫度可在130℃以下,壓力在6Mpa以下
發泡後的密度可控制在70~200 kg/m3
唯一的缺點是成型時間,需較長高壓、高溫含浸,成型時間將隨成品肉厚變大而增長。
 

 
圖廿一   In-Mold Forming製程步驟 

 
圖廿二 金屬零件嵌入 In-Mold Forming展出樣品

研討會精摘
FINETECH JAPAN與高功能材料展的展會特色除了豐富的現場展示內容外,精心設計的基礎講座與技術研討會更是吸引專業人士與會的要因。根據展會負責人Katsutoshi Tsuchiya表示,今年的研討會規劃小組首度邀請日本之外的台、韓、中等國的業內專家參與設計,讓今年的研討會內容更多元豐富。以下為幾場重要演講的重點精摘。

SEL’s Flexible OLED Technology
SEL發展以下三大技術來達到高解析度的Flexible OLED Display。
1. Transfer Technology: inorganic separation layer(high-temperature process)
這種技術是利用無機材料當離型層,優點是較不受溫度限制,從離型層利用物理方法分開玻璃,再黏上 flexible substrate。
2. OLED Technology: WTC Structure(White Tandem+Top emission+Color filter)
發光層為藍色螢光加綠色、紅色磷光材料,利用WTC結構比起一般RGB side-by-side可以製作更高解析度(>300ppi)的OLED display。
3. FET Technology:CAAC-IGZO
CAAC-IGZO是沿著C軸方向交錯堆疊而成,這種結晶性的IGZO可靠度和薄膜均勻性更佳,此技術由 SEL 開發,並由Sharp 量產。

OLED Lighting Device and Application for The New loT Era
Konica Minolta在日本的甲府市有世界最大的OLED lighting生產線,進行 roll-to-roll的製程生產軟性 OLED 照明面板,月產能可以達到約100萬片。另外,為了開發新的flexible OLED,戶外照明將是個不錯的機會,如果把室內和戶外照明市場加總在一起將可以創造更大的商機。

Metal Japan相關
JFE Mineral Co., LTD. 在今年的Metal Japan中發表了次微米級高純度鎳基粉體,粉體以CVD方式生產,粒徑可控制在100nm至400nm附近,粉體粒徑分布範圍窄且具有良好表面性質,此粉體可應用於多層陶瓷電容中的電極材料。
新報國製鐵(Shinhokoku Steel Group)發表高剛性零熱膨脹Invar IC-ZX,在零下20度之前無麻田散鐵生成,碳含量低,可供應各種形狀及尺寸,如圓棒及方形錠、板材、線材等。 


圖廿三 新報國製鐵發表之高剛性零熱膨脹Invar技術效果

Nippon Chuzo K.K.發表高制震性能的鋼鐵鑄造材,具備高強度及焊接性,塊材可立即供應,尺寸可客製化生產。

高機能膜基調演講
今年的高功能膜基調演講邀請了Sumitomo、TOYOBO以及SEKISUI三家領導廠商發表相關技術成果。Sumitomo介紹其新產品以及下世代新創意技術;其新產品包括易加工Polyethylene(EPPE)、二次鋰電池用阻熱隔離膜(PERVIO)以及二氧化碳分離膜。Sumitomo新開發的EPPE材料可以低溫加工,且因為添加劑量減少,臭味也隨之降低,符合安全食品包裝的要求。二氧化碳分離膜則可去除約50%的二氧化碳。Sumitomo預計發展的新技術包括印刷電子產品(OLED、OPV、OTFT)以及可撓式顯示器。另外,也開發OLED用圓偏光片,以增加對比,其開發重點為減少膜厚,改善Retardation Film防止色偏,以及採用塗布型偏光片。TOYOBO則是介紹自家多款包裝膜材及工業膜材。其中,位相差膜SRF取代PVA偏光片中的TAC保護膜,因為SRF具有更好的光學均勻性、機械性以及UV吸收性,同時,SRF可將LCD的偏光轉為自然光,可用於減少太陽眼鏡Black-out問題。SEKISUI介紹該公司目前幾款高機能膜材,包含車用以及電子產品用。

以上內容是材料世界網/工業材料雜誌採訪團:林顯光、盧俊安、游勝閔、莊凱翔、蕭暐翰、趙志強、謝葆如、劉怡君、林正軒、劉嘉倫、劉燕妮、葉子暘、曾寶貞在東京FINETECH JAPAN 2016現場的Live 報導,更多相關內容,敬請期待。

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