車用電子構裝及感測元件封裝材料

刊登日期:2017/4/5
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智慧車輛是未來車輛產業的一個重要的發展趨勢,而先進駕駛輔助系統(Advance Driver Assistance System; ADAS)則是使車輛朝向智慧化的重要關鍵,在此系統內包含許多先進電子構裝及感測元件,也因此帶動了半導體及感測器市場的成長。在這樣的技術發展趨勢中,應用於車用電子與感測元件的封裝材料(Encapsulant)技術也扮演著相當重要的角色。本文將分別介紹駕駛輔助系統及車用感測元件、車用電子元件信賴性測試標準和車用電子構裝元件(Automotive Electronic Package Device)及感測器(Sensor)封裝材料,以了解目前國際材料大廠在車用電子構裝件及感測元件的技術發展及材料特性需求。

先進駕駛輔助系統及車用感測元件
先進駕駛輔助系統(ADAS)主要是透過感測器所蒐集並完成分析的車內/外環境資訊及危險指數,在最短的時間內提供給駕駛進行判斷及處置,提升安全性。而感測器則是ADAS系統運作的第一步,也是很重要的車電零組件。在短距離偵測(SRR)使用CCD/CMOS影像感測器、紅外線雷達感測器及超音波雷達,用於車道偏離系統、停車輔助系統及盲點偵測等方面。中程偵測(MRR)包含24 GHz/77 GHz LIDAR及IR相機,用於緊急剎車系統、行人偵測及防止碰撞等。而長程偵測(LRR)則透過77 GHz毫米波雷達進行偵測,用於主動車距及控制巡航系統,如圖三所示。

圖三、ADAS感測器偵測範圍說明
圖三、ADAS感測器偵測範圍說明

車用電子構裝元件及感測器封裝材料
車用電子構裝元件或感測元件用封裝材料大致包括:模封材料、封裝材料及黏晶材料等。在車載用途上須具備高耐熱性、高導熱性及耐衝擊機械特性等特性,以符合各種環境條件嚴苛的信賴性需求。依材料系統來區分,主要分為環氧樹脂(Epoxy Resin)及矽樹脂(Silicone Resin)等兩大類。

在矽樹脂部分,矽氧鍵結構較一般環氧樹脂具有較高耐熱性及柔軟性,因此在車用電子級感測元件封裝材料開發上也多有著墨。知名的日本矽膠大廠積極開發多種應用於感測元件的封裝材料,包含用於玻璃及感測元件間的接著及周圍密封用的UV可硬化矽膠、高導熱矽膠固晶材料及透明封裝材料,於結構較簡單的光學感測元件封裝應用。高導熱矽膠固晶材料可分為標準型及高硬度,這兩種固晶材料,導熱係數分別為1.5 W/m·K及4.2 W/m·K,如表一所示。可根據車用IC封裝元件的功率不同而選用適當的固晶膠材料。

除了矽膠以外,也開發新型具高耐熱性及低應力的Polyimide Silicone材料,應用於感測器及IGBT功率元件等方面之封裝。此Polyimide Silicone較環氧樹脂及矽膠具有更優異的耐熱性,且螺旋狀結構的矽氧烷骨架,更可提供材料低應力特性,如圖七所示。不僅如此,針對作業環境200˚C以上需高耐熱性要求的車載元件封裝,日本大廠也開發多種具高Tg、高絕緣、高接著且高耐熱等液態封裝材料,這些材料Tg均高於200˚C以上,且熱膨脹係數約6~12 ppm/˚C,可提供封裝元件更高的信賴性保障,如表二所示。

圖七、Polyimide Silicone特性(a)高耐熱性;(b)低應力性
圖七、Polyimide Silicone特性(a)高耐熱性;(b)低應力性

工研院材化所近幾年來已建立光電元件構裝用樹脂材料改質及合成純化技術(例如:以矽氧烷改質環氧樹脂或酸酐硬化劑、有機/無機混成樹脂)及高階光電元件/半導體元件構裝驗證平台。建構從上游新型原物料結構設計製備、配方開發及整合下游應用驗證的開發模式,及其於高階光電及半導體構裝材料的開發驗證平台,如圖八所示。未來針對先端電子元件及感測器構裝用材料特性需求所面臨的課題,將以現有高耐熱、低應力的環氧樹脂(如:Naphthalene Epoxy或DCPD Epoxy)為基礎原料,進行…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

作者: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」364期,更多資料請見下方附檔。


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