NEPCON JAPAN 2019 日本東京特別報導系列二

 

刊登日期:2019/1/18
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何首毅、陳凱琪、簡仁德、王譯慧、范淑櫻/工研院材化所

NEPCON JAPAN自1972年開始舉辦至今,即密切關注亞洲和日本電子產業的趨勢脈動,不僅是電子研發、設計以及製造等領域的國際性綜合展覽會,同時也是作為瞭解“未來電子產業”最新技術的絕佳場所。因此展會邁入第2天,現場觀展人潮仍絡繹不絕,展場內互動交流熱烈,也呈現出電子產業的豐富活力(圖一~三)。

 
圖一、NEPCON邁入第二天,參觀人潮仍絡繹不絕
圖一、NEPCON邁入第二天,參觀人潮仍絡繹不絕
 
圖二、各展區參觀人潮川流不息
圖二、各展區參觀人潮川流不息
 
圖三、許多展區皆設有動態體驗區,更使整個展覽會場熱鬧非凡
圖三、許多展區皆設有動態體驗區,更使整個展覽會場熱鬧非凡
 
展場巡禮
Hitachii Chemical今年根據高功率模組散熱問題提供了一個新的解決方案,一般功率模組設計的方式,底層至晶片分別是Base Plate(Cu,Al-SiC)、焊接層、DBC(Cu-ceramic-Cu)、焊接層、晶片,然後再塗上導熱膏與散熱器(Heat Sink)結合。
 
Hitachi Chemical 新的解決方案如圖四,最底層散熱膏的部分改為垂直配向的石墨熱介面材料(圖五),相對於傳統的熱介面材料,石墨提供了更低的熱阻抗,由0.12K/W降低至0.06 K/W,且垂直配向的關係將使得熱傳導效率在Y方向比XZ方向來的大,增加熱導出的效率。再來是樹脂絕緣型厚銅基板(圖六),此基板相對於原本的DBC基板加焊錫,提供更均勻、更佳的散熱效率,基板溫度由原先的65度降至57度。
 
界面連接材料則由銲錫改為燒結銅漿料(圖七)。現今焊錫材料皆改為無鉛的合金金屬,但當合金中未含有鉛後,焊點的可靠度即降低很多,焊錫接合條件為氮氣260℃,熱傳導率為55 W/mK,最大焊點所能承受的操作溫度為150℃,改為銅燒結,在同樣不需壓力氫氣環境下連接時,熱傳導率180W/mK為焊錫的三倍多,驅動溫度上升至250℃。一般的奈米燒結漿料皆需壓力輔助使其燒結得更為緻密,以提供更好的熱導率。從圖八的SEM斷面圖可以看到,Hitachi Chemical的銅膠在無壓力的製程環境下,燒結狀況表現相當好。
 
根據Hitachi Chemical現場介紹,介面連接材料可以是銅、鎳、鈀、金、銀,介面接著強度可以達40MPa,可靠度測試在以-40~200℃為一個cycle,可以超過兩千次,相比於焊錫能提供更佳的可靠度,且同現在的無鉛銲錫,並不會釋放出鉛元素,未來亦可作為導線架間的連接材料,如圖八中間的例子。但Hitachi Chemical亦提到,目前的銅膠仍然還有些許溶劑在裡頭,所以元件的大小最大只能達面積9mm2,過大的元件將使得溶劑無法有效揮發影響相關特性及可靠度。此外,因氫氣具有還原性,可避免銅燒結的時候氧化,若要將此較危險的氣體換為氮氣,則需有壓力,大小約為10MPa。另於現場筆者亦提問Hitachi Chemical燒結型銅膠與燒結型銀膠不同之處,除了價格較便宜、特殊的燒結環境,再來是金屬連接的種類,燒結型銀膠目前只限於銀和金的界面連接。
 
圖四、Hitachi Chemical解決方案示意圖
圖四、Hitachi Chemical解決方案示意圖
 
圖五、垂直配向的石墨熱介面材料
圖五、垂直配向的石墨熱介面材料
 
圖六、樹脂絕緣型厚銅基板
圖六、樹脂絕緣型厚銅基板
  圖七、燒結銅膠及SEM斷面圖
圖七、燒結銅膠及SEM斷面圖
 
Denka今年在散熱相關也展出散熱片及散熱膏等產品(圖八)。散熱片的部分,熱導率由既有產品BFG-A的5W/mK提升至BFG-C的8W/mK,同時可撓性也提升,硬度Shorea從90降至83,耐壓測試在0.2mm下為1KV,1mm下為5KV,展現了高絕緣特性。可撓性在散熱片是相當重要的一個參數,太硬的散熱片將沒有辦法緊密貼附元件與heat sink,界面熱阻抗會有所上升,影響散熱效率;熱傳導率提升60%算是相當不錯的一個進步,Denka顯然是在粉體的改質與分散及樹脂的設計方面下了不少功夫,才能在提升固含量(導熱率)的同時還可以讓硬度下降8%。散熱膏的部分依據最小能連接的膜厚,大致上可以歸類為兩類,分別是型號FCRH和GFCZ1。GFCZ1最小能連接的膜厚為7μm、黏度450Pas、熱傳導率1.5 W/mk、最小膜厚熱阻抗為0.07℃cm2 /W、破壞電壓7KV/mm,FCRH最小能連接的膜厚為72μm、黏度500Pas、熱傳導率3.3 W/mk、最小膜厚熱阻抗為0.3℃cm2 /W、破壞電壓7KV/mm。另外,值得一提的,目前開發品熱傳導率最大可達5W/mk,但目前尚未揭露太多數據。
 
圖八、散熱片(左)、散熱膏(右)
圖八、散熱片(左)、散熱膏(右)
 
Namics的液態底部填充膠材料(underfill)在業界佔有極高的比例,不過在此次的展覽會上,Namics則展現該公司於其他應用領域的材料技術能量。其中,以穿戴裝置應用的軟性電極材料最為吸睛,它是一軟性電極材料,不僅可撓也可耐洗,並且具有可細線路化特性(圖九)。另外,Namics也展示其film type adhesive材料(圖十)於5G應用、毫米波基板(Antenna Board),在不同的頻段下即使在高頻(100GHz)環境下均展現穩定的Dk (3.1)與Df (<0.003),該薄膜具有High Tg(190℃)特性,以及在高溫下也能維持穩定的介電特性(Df~0.0015 @120℃)。
 
圖九、 Namics 可撓性電極材料
圖九、 Namics 可撓性電極材料
 
Insulating Adhesive Film for High Frequency
圖十、 Namics 低介電損失薄膜材料
圖十、 Namics 低介電損失薄膜材料
 
長瀨化學(Nagase)的半導體封裝材料目前廣泛的應用於大面積構裝模組上。有別於Hitachii Chemical、Namics紛紛展現其高頻應用下低介電特性的材料技術,長瀨此次展示的封裝材料技術有UV硬化封裝材(sealant)、液態封裝材料(Liquid Molding Compound, Underfill)與片狀封裝材料(Epoxy Sheet)(圖十一)。
 
圖十一、長瀨化學的封裝材料種類
圖十一、長瀨化學的封裝材料種類
 
圖十二為長瀨化學的大面積模封材料技術,在12吋wafer與500mm×500mm的大模封面積下,模封材料技術朝低應力、高無機粉體填充比例的方向開發,不僅有效控制模封後的翹曲(warpage),也還保有優異的流動性。圖十三為現場展示樣品。
 
圖十二、 長瀨化學大面積封裝材料
圖十二、 長瀨化學大面積封裝材料
 
圖十三、長瀨化學展示的12吋晶圓模封樣品
圖十三、長瀨化學展示的12吋晶圓模封樣品
 
三機公司發表的加熱衣產品,可改善傳統用碳纖維加熱不均勻的狀況,除了加熱均勻性佳外,也可快速加熱。在穿戴的應用上,同樣具有伸縮及柔軟特性,且兼具可水洗性,並可以利用藍芽傳輸,進行遠端操作控制,產品說明如圖十四~十六所示。
圖十四、三機公司發表的加熱衣產品
圖十四、三機公司發表的加熱衣產品
 
圖十五、三機公司的加熱衣特徵
圖十五、三機公司的加熱衣特徵
 
圖十六、三機公司發表的加熱衣說明
圖十六、三機公司發表的加熱衣說明
 
第一精工公司是一家以精密模具製造技術著稱的公司,近年來也往感測器發展,此次發表的氣味感測器,是以MEMS製作的Sensor array,一個晶片有10個元件,共搭載2個晶片,裝置大小65×70×10 mm3,與凸版印刷共同實證測試,辨識一致性可以達90%。圖十七~十八為該公司發表的產品,可應用在食品管理、疾病檢測、有害氣體檢知等領域。
 
圖十七、第一精工公司展示的氣味感測器
圖十七、第一精工公司展示的氣味感測器
 
圖十八、第一精工公司氣味感測器實證結果
圖十八、第一精工公司氣味感測器實證結果
 
同時,第一精工公司也發表尺寸世界最薄的超音波感測器,厚度僅有0.38 mm(過去世界上最薄為0.48 mm),感測元件則是採用鋯鈦酸鉛(PZT)的壓電薄膜,應用範圍如圖十九所示。
 
圖十九、第一精工公司開發的超音波感測器應用
圖十九、第一精工公司開發的超音波感測器應用
 
KRI公司展出了一項簡易汗液分析及呼氣氣體感測器,透過汗液分析可以分析汗液中的乳酸、離子濃度及出汗量,藉由汗液特定成分的顏色可視化技術,判斷其濃度量。這是一項不需電源的分析方法,而且可以柔軟貼附於皮膚上,完全不會有不舒服的感覺。未來更將結合AI技術作更精確地分析,圖二十為該公司發表的內容。
 
圖二十、 KRI公司發表的汗液分析技術說明
圖二十、 KRI公司發表的汗液分析技術說明
 
此外,KRI公司因應氣體感測在疾病檢測的開發,發表了另一項正開發中的呼氣氣體感測技術,利用QCM(Quartz Crystal Microbalance)技術,藉由特殊的感測吸附膜吸附特定氣體,造成質量變化影響頻率的改變原理來判斷特定氣體種類及濃度,圖二十一為該公司發表的技術說明。
 
圖二十一、 KRI公司發表的氣體感測器技術說明
圖二十一、 KRI公司發表的氣體感測器技術說明
 
自Google的智慧型眼鏡 Google Glass問世以來,穿戴式產品儼然成為下一波科技市場的發展主流。Google Glass之後,智慧型眼鏡蓬勃發展,目前市面上大多是單眼式為主,ENHANLABO則從2016年以來即致力於雙眼式的智慧型眼鏡技術開發,追求「舒適度」、雙眼視覺及重量之「平衡性」、HDMI影像,也顧慮到每個人臉部幅度的不同,瞳孔位置不同,設計可調變性的機制,讓配戴者有視覺延伸的感覺。另外,也具備防塵及防水性(圖二十二~二十四)。2018年開始量產,預計2019年4月開賣,在此次展覽會上詢問度相當高。
 
圖二十二、ENHANLABO展出雙眼式的智慧型眼鏡技術
圖二十二、ENHANLABO展出雙眼式的智慧型眼鏡技術
 
圖二十三、ENHANLABO智慧型眼鏡
圖二十三、ENHANLABO智慧型眼鏡
 
圖二十四、ENHANLABO智慧型眼鏡主要規格
圖二十四、ENHANLABO智慧型眼鏡主要規格
 
此外,三井化學也發表一款Touch Focus的眼鏡,只要按一下,一秒鐘可驅動電子迴路,啟動鏡片上的電子液晶螢幕,且輕巧美觀,可用USB充電,充電4小時後可連續使用10小時,其鏡片構造與實際產品如圖二十五、二十六所示。視覺上實測比較如圖二十八,開啟Touch Focus時視野較寬廣。
 
圖二十五、三井化學Touch Focus眼鏡的結構
圖二十五、三井化學Touch Focus眼鏡的結構
 
圖二十六、三井化學現場展示的Touch Focus眼鏡
圖二十六、三井化學現場展示的Touch Focus眼鏡
 
圖二十七、三井化學Touch Focus眼鏡視覺實測比較
圖二十七、三井化學Touch Focus眼鏡視覺實測比較
 
三井化學與關西大學共同開發光彈性聚氨酯材料,可運用於觸感、位置、有角度sensor、大面積片狀sensor、纖維式sensor、不受電磁波影響。受到外力引起應變時,透明彈性材料對光具有雙折射的特性,透過偏光片可清楚可見,其原理如圖二十八。一般透明材料PMMA的光彈性係數約6*10-12Pa-1;聚苯乙烯的光彈性係數約10;聚碳酸酯的光彈性係數約77*10-12Pa-1;三井化學開發的光彈性材料的光彈性係數則約3,000~13,000*10-12Pa-1 ,且有柔軟度,具可撓性,透過偏光片實體拍攝如圖二十九。
 
圖二十八、透明彈性材料對光的雙折射原理
圖二十八、透明彈性材料對光的雙折射原理
 
圖二十九、三井化學開發的光彈性材料透過偏光片實體拍攝
圖二十九、三井化學開發的光彈性材料透過偏光片實體拍攝
 
東洋紡展出了一項「TOYOBO Concept Car Project」(圖三十),結合該公司在3D Suction Blow Molding、高熱傳導材料、高剛性樹脂材料、發泡成型用材料、熱可塑性沖壓成型等相關技術特長,應用於車輪與其零組件、各式內裝與外裝橡膠/塑膠件、汽車鈑金等車身碰撞零組件的開發,會場中也實際展出「TOYOBO Concept Car」(圖三十一)。例如實心輪胎(Airless Tires)即使用了東洋紡的熱可塑性聚酯彈性體產品「PELPRENE」,具柔軟性、高衝擊能量吸收性等,擁有橡膠10倍以上的剛性,並以其蜂巢型制震板展現出優異的衝擊吸收性(圖三十二)。
 
圖三十、東洋紡「TOYOBO Concept Car Project」
圖三十、東洋紡「TOYOBO Concept Car Project」
 
圖三十一、「TOYOBO Concept Car」
圖三十一、「TOYOBO Concept Car」
 
圖三十二、東洋紡Airless Tires
圖三十二、東洋紡Airless Tires
 
Automotive World聚焦於「C.A.S.E.」概念
近年來汽車產業最重要的關鍵字即是「C.A.S.E.」,分別為C:Connected聯網科技、A:Autonomous智能駕馭、S:Services & Shared共享與服務,以及E:Electric電能驅動,同時也代表了汽車科技的未來。今年第10屆「汽車技術博覽會(Automotive World)」也聚焦於「C.A.S.E.」概念,展出汽車電子相關技術。Automotive World事務局長早田匡希在接受本刊專訪時表示,今年參展企業家數再創新高,達到1,120家,且有來自37個國家的海外企業前來參展。另一方面,Automotive World邀請到100位汽車、半導體與電子相關領域的重量級專家,以多元的高峰論壇與研討活動,提供市場與技術議題,期促進不同領域間的交流,以激盪出更多創新及跨領域思維,進而拓展更多合作與商機。再者,多展連動同時為參展廠商與觀展人士帶來複合性效益,同時也能從產業界展出動態一窺未來發展趨勢。
 
圖三十三、Automotive World事務局長早田匡希歡迎大家到日本看展
圖三十三、Automotive World事務局長早田匡希歡迎大家到日本看展
 
為期三天的展會,一天比一天熱鬧;展館內始終人潮湧動,現場互動熱絡。更多精彩報導將在下週一(1/21)的材料世界網電子報中發表,掌握更多最新資訊,敬請持續關注。---以上是材料世界網/工業材料雜誌編輯群:何首毅、陳凱琪、簡仁德、王譯慧、范淑櫻來自東京現場的Live報導。
 

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