陳凱琪、湯士源、林甘軒、莊貴貽、陳芃/工研院材化所
第34屆電子研發、製造與封裝技術展「NEPCON JAPAN 2020」,於東京時間1月15日上午10點,在東京國際展覽館(Big Sight)隆重揭幕(圖一~圖二),一連三天的展出,忠實呈現國際電子製造業最新的趨勢與脈動。
NEPCON由國際知名展會公司Reed Exhibitions Japan籌畫,為亞洲最大、全球最具指標性的電子產業綜合展覽。本次展出共由7個子展會組成,內容涵蓋元件、材料、電子製造、SMT、封裝、測試、檢測、分析,以及模具、切削、精密加工等製程,完整串聯起電子製造業各個不同領域。
同時,NEPCON更與「AUTOMOTIVE WORLD 2020」進行聯展,直接與下游可能的應用進行串聯。該展會亦有6個子展會,包括電子、EV、輕量化、車聯網、零配件、自動駕駛等,多項議題緊扣NEPCON關聯產業,車用電子已是電子產業重要出海口,更是未來智慧生活發展最重要的應用場域。兩強聯手、多展聯合不但有著盛大的規模,因相互連結產生的綜效與可能衍生的商機,也是NEPCON展最大的特色。
為掌握一流展會的第一手訊息,材料世界網/工業材料雜誌邀請工研院內多位技術專家共同執筆,自不同專業領域、多面向切入,為國內讀者在東京現場蒐集最新資訊,透過即時的電子報,讓讀友們能直擊現場第一手動態。希望瞭解最新發展與前瞻技術、洞察國際大廠動態與產業趨勢,敬請持續關注「NEPCON JAPAN 2020」從今天開始一連3天的的系列報導。
圖一、NEPCON 2020開幕盛況,為亞洲最具指標性的電子產業綜合展
圖二、同期聯展的AUTOMOTIVE WORLD 2020,為全球最大汽車專業展會
東京奧運年 電子業展現朝氣活力
日本各界對於2020年均有很大的期許,東京奧運成為全國的指標,也帶動各展會的活力升級。雖然東京國際展覽館因為奧運關係使空間有所限制,但仍無損NEPCON作為亞洲第一電子研發與製造展會的地位,整個展出將東京展覽館西館1樓、南館1樓與4樓全部包下,規模之大,著實令人讚嘆。
NEPCON 2020共有超過2,100家廠商參與,其中更有440家海外企業,將吸引超過7.5萬人次參展。在展出的策略上,NEPCON以綜合性展出的策略規劃串聯產業,本屆更一次結合7項展覽,充分展現平台特色,獲得各界專業人士的一致好評。另一方面,AUTOMOTIVE WORLD更是全球最大的汽車技術類型展覽,由現場比肩繼踵的人潮(圖三),即可看出以這兩個展會接軌全球的重要性。
在包羅萬象的展出以外,NEPCON更是國際專業技術交流的重要舞台,在三日中舉行上百場的技術研討會,有超過140位國際專家(圖四),針對AI、5G、IoT、智慧扇出型晶圓封裝(FOWLP)等議題,進行專業心得分享。
如果讀者無法親臨本次展會,在10月21日至23日,NEPCON也將於日本工業重鎮—名古屋舉辦第3屆「NEPCON Nagoya 」,同期也包括「AOTOMOTIVE WORLD Nagoya 」、「RoboDEX Nagoya 」、「SMARTFACTORY Expo Nagoya 」等展覽同期展出,有興趣的讀友不容再次錯過!
圖三、會場內人潮洶湧,在東京奧運年展現出電子業的豐沛活力
圖四、數十場專業研討會,集合140名國際專家分享趨勢
展場巡禮
隨著5G、AI人工智慧、網通、大數據等新技術的興起,未來的電子通訊在訊號傳送上也進入了全新的變革。高頻傳輸訊號在電路板上,在電感電容相互作用下所造成之串迅及訊號雜訊,因而影響訊號的傳送速度和品質,對於所用絕緣材料的介電常數(Dk)會影響到訊號的傳送速度,而介電損失(Df)會影響到傳送訊號時的品質,當這兩種因子較低時,才能縮短訊號延遲(Signal Propagation Delay Time),以及減少訊號的傳遞損失(Signal Transmission Loss),達到最快的傳送速度和維持較佳的傳輸訊號。
目前電路板針對5G用絕緣層樹脂材料,以PPE(polyphenylene ether)、PTFE和LCP為主,因此在NEPCON會場中看到許多廠商推出這三種絕緣樹脂或其他5G用相關的電路板材料。
日本PCB大廠名幸電子(Meiko Electronics)針對車載、IoT和5G用零件開發出高頻用電路板,如圖五所示。其中所用的絕緣材料分別為PPE、PTFE和LCP,其基板外觀如圖六所示。其中,以PTFE和LCP有最低訊號傳送損失特性,Df@10 GHz分別為:0.0011和0.0016,可應用在車載和毫米波基板上。另一方面,Meiko提到PPE系統因具有好的加工性,可應用在多層5G用電路板中,同時也具備低損失特性,Df @10 GHz下可達0.002。這三種在電路板在熱穩定度測試中均有優異表現,在30℃和105℃的Thermal Cycle 測試中,可達3,200次,不會有缺陷或短路產生。
圖五、 Meiko推出高頻用電路板,對應5G、車載等應用
圖六、 Meiko推出三種高頻用基板材料,分別具低訊號損耗與易加工等特性
Toyo Chem 展示Low Dk 黏著材料,如圖七所示。其特性為Df在越高頻時具有越低的數值,如在1 G時為0.0047,但在10 G時可降到0.0035,可應用在車載基板中。
另一方面,傳統軟性電路板中所用的黏著材料,主要為環氧樹脂系統,具有較高的Df,其數值通常在0.01,無法符合目前的高頻或5G用軟板材料。透過Toyo Chem所開發的TSUM 530,在10 GHz頻段下可大幅降低Df值至0.0034,如圖八所示。在高溫穩定度測試中,其開發的軟性黏著材料具有相當高穩定性,圖九為錫爐爆板測試(溫度:288℃),表面並無氣泡產生,反觀右邊其他材料則產生爆板情況。
圖七、Toyo Chem新開發之低介電黏著樹脂,越高頻時Df越低
圖八、Toyo Chem低介電之軟板黏著材料,具高溫穩定性
圖九、Toyo Chem低介電黏著材料(左)錫爐爆板測試(288℃)
日本化藥(Nippon Kayaku)在展場上推出新型低損失 Maleimide Resin(BMI),可用在電路板絕緣材料中,如圖十所示。傳統的BMI樹脂具有高耐熱和良好的絕緣性,但因其具有較高低損失係數,Df@10 GHz >0.005,不適合用在5G用電路板中。日本化藥開發出MIR-3000-70MT 低損失型BMI樹脂,達到Df@10 GHz趨近0.003,同時具備高溶解性、低吸水率和高韌性。由圖十中可以看出,在彎曲情況下,此材料仍不會折斷,具備一定撓曲能力,拉伸強度可達112 Mpa,有潛力作為5G用軟硬板絕緣材料。
日本化藥針對未來的更高頻材料或毫米波材料,則提出兩種樹脂開發方向,首先為因應在高頻高速傳送系統下的散熱問題,開發高熱傳導係數的環氧樹脂,設計概念為在主要的結構加上具有高導熱的Mesogen結構,使其導熱係數可達0.31W/m․K,同時具高韌性和高溶解能力,有助於後段的製程加工,如圖十一所示。另一個樹脂系統為更低損失係數的BMI樹脂,正在開發中的MIR-5000,具有更低的Df (0.002@10 GHz),同時保持原有的高耐熱性和高溶解度能力,未來有機會進入更高頻(beyond 5G)用電路板市場中,如圖十二所示。
圖十、日本化藥新開發之低損失BMI樹脂,具有一定撓曲性與高拉伸強度
圖十一、高導熱用樹脂,同時有利於後段製程加工
圖十二、日本化藥正在開發中的超低損失BMI樹脂,將對應5G以上的應用
東洋紡(TOYOBO)展出樹脂型電磁波吸收材料(圖十三),技術特色為將金屬膜均勻噴塗鍍在ABS等高分子基材表面,仍具有高附著性且不易變質脫落,同時具有輕量化性能。該公司開發的MU-376KD材料,其熔點可達315℃,同時能夠避免外部電磁波經由輻射干擾而影響車用內部模組的穩定作動。主要用於車載ECU裝置封裝外殼使用,並可抵擋電磁波雜訊干擾。
圖十三、東洋紡開發之樹脂型電磁波吸收材料,熔點可達315℃
TOYOBO同時也展出高導熱材料(圖十四),整合運用於塑膠散熱組件等方面,透過材料改質使其本體具高導熱性能,同時兼具絕緣、難燃及GF強化基材等功能。該公司並將材料整合於散熱結構中,且建立符合應用情境之導熱測試系統及模擬分析,有助於產品研發及快速評價。
圖十四、東洋紡開發高導熱材料與塑膠導熱測試系統
FLOSIFA株式會社則展出了GaO based SBD功率模組(圖十五),與現有電源主動元件相比,GaO氧化物具有更寬能隙 (~5.3eV),加上極低阻抗(0.1mΩcm2)及超高速逆回復時間等優勢,可降低切換損失及提高功率密度,性能指數高過於現有電源元件。目前已完成研發工作,將進入量產階段,在各種DC/DC電源模組設計及功率使用情境方面,未來深具應用潛力。
圖十五、FLOSIFA展出世界第一個GaO功率模組,即將量產
石原藥品株式會社(Ishihara Chemical)主力產品為表面處理與無鉛電鍍化學品,其錫系列電鍍液在日本國內市場佔有率第一,本次展出用於樹脂電鍍的石墨烯墨水(圖十六),乃是結合Global Graphene Group、Angstron Materials、台灣石墨烯公司共同開發,強調可以有效減少樹脂電鍍的製程。
傳統上,樹脂電鍍需要經過清洗、浸泡、蝕刻等程序,並以鉻進行處理,再透過活化與加速製程後,最終鍍鎳後再鍍銅。使用石墨烯墨水可簡化上述所有步驟,直接鍍銅即可,可節省大量工作,同時具備高附著力、耐酸、表面平滑均一等特性,並可相容於3D結構。
圖十六、石原藥品展出石墨烯墨水,可節省傳統樹脂電鍍中數道製程
在車用領域方面,AMS展出自家開發的定位感測器(Position Sensor)及測試雛形系統(圖十七)。該感測器設計主要將磁場感應線圈整合特殊形狀PCB基板,受到磁變化進而調整定位輸出。該公司也因應使用情境開發定位解碼測試雛型系統,來驗證感測器的性能及改善方向。這項產品可應用於車用EPS,或是MOTOR、裝置定位感應等方面。
圖十七、AMS展出定位感測器,利用磁變化進行定位
AMS開發的另一結構形式的定位感測器(圖十八)則主要應用於車用排檔加速切換裝置。感測器本身使用霍爾磁阻元件作為感測主體,當操作狀態時的環境磁場瞬間變化時,導致元件產生電壓變化,透過與感測電路結合之設計,回傳中控進行可視化介面即時顯示,可提供使用者更快速精準的定位方法。
圖十八、AMS展出應用於車輛排檔的定位感測器及顯示介面
村田製作所(muRata)展出一系列電子元件,包含Micro Battery CR 鈕扣型電池、圓筒型鋰離子二次電池、矽電容器、矽IPD、高容量晶片多層陶瓷電容器,以及高耐熱薄膜電容器。其中車用高耐熱薄膜電容器(圖十九),由於在高溫下的自我修復功能,能夠在125℃的環境下連續使用。
此產品與一般使用PP 薄膜者相比,具有較高的耐熱溫度與較高的介電常數等特性,其耐熱溫度可達125~135℃,介電常數則大於等於3,相較於一般PP film溫度僅85~105℃,介電常數則為2.1~2.2,性能明顯提升。其可應用於xEV(包括:HEV、BEV、PHEV等)之功率電子的平滑電容器,應對高耐溫與安全性的需求。
圖十九、muRata展出高耐熱薄膜電容器,具高耐熱、高介電常數特性
基調演講以智慧生活為切入
2020年的基調演講(Keynote Session),題目訂為「AI & IoT in Smart Homes -- Practical Use & Future Prospects」,由智慧家庭領軍,強調應用端的需求展現,以做為各電子產業的鏈結標的。首先是由Sharp集團旗下AIoT Cloud Inc.的赤羽良介社長(圖二十),介紹Sharp如何由家電廠商,利用數據收集轉型成為資訊廠商、服務業平台,甚至於是洞察先機的情報提供者。
赤羽良介首先強調智慧化是無可抵擋的浪潮,而8K顯示器、5G通信加上IoT,將是改變世界的關鍵。然而在智慧化之前,企業要能釐清5個要點。首先是能夠產出數據,其次是如何使用這些數據,使數據有意義且能創造價值,漸次建立起匯集不同類型數據的平台,最終將從數據中取得的價值,回饋在各領域的服務之中。
舉個簡單的例子,電鍋、電磁爐等家電已能夠連網,但這並不足夠,Sharp開發的產品,可依據周邊蒐集的各類型數據,如操作時間、當日天氣等條件,提供建議的菜單與食譜,再依照每個使用者回饋的數據,將其分析與加值。例如,Sharp已經透過這種模式了解特定口味的味增湯,在特定縣市、特定氣溫時大受歡迎,藉此即可回饋予食品業者進行商品企劃。
這只是其中一個案例,而生活中有太多的裝置可以協同發揮作用,因此日本政府開始出面進行整合,建立一個平台,從數據蒐集、價值化到各類型應用,串接上下游業者。如此一來,家電業也將是最強的生活情報蒐集者,透過數位化由產品轉向服務,創造出新的商機。
圖二十、Sharp集團分享跨入IoT與AI發展的心得,並以家電的實例說明商機
圖二十一、IoT與AI發展將促進新型態合作與銷售,突破既有的販售模式
特別會議闡明半導體下世代技術
在特別會議(Special Session)中,NEPCON-S1是以「Leading Semiconductor Companies' Next-generation Technologies」為題,邀請全球領先的半導體公司針對下世代的技術發展趨勢進行分享(圖二十二)。
圖二十二、在NEPCON-S1中,全球領先的半導體業者分享下世代技術
Micron Semiconductor Products公司的Robert Bielby總監,介紹在自駕車世代中記憶體所扮演的重要角色。Robert提到今日是資訊技術突飛猛進的時代,目前2020年還沒過多久,然而回想過去,在20年前行動電話才剛開始普及,也沒有iPhone或iPad,但是現在已經是人手一機;那麼在2020年開始後的20年會有什麼變化?其認為自駕車(自動駕駛)將成為人類移動的主流工具。
2020年即將在日本隆重登場的東京奧運中,「Robot Taxi 自動駕駛計程車」即將加入運輸的服務行列,這項科技比我們想像的更快來臨。在自動駕駛的系統中有三大要素:Artificial Intelligence (AI)、System Architecture與Automotive Memory。在AI人工智慧與深度學習網絡中,先進的記憶體技術能提供快速穩定的運算環境。Micron 的GDDR 6產品能提供大於4 Tb/s的頻寬(bandwidth)、是LPDDR 4的3倍,更能提供AI所需的快速運算需求。
第二位演講者是台積電(TSMC)的鄭心圃處長。TSMC近五年跨足先進構裝領域,該公司的CoWoS與InFO構裝技術在先進構裝市場市占率上年年大幅成長,目前已經具領導地位。TSMC分享該公司在FanOut的構裝技術開發,其中InFO PoP產品自2016年開始進入市場以來,以大於99%的良率提供給客戶,目前持續朝更高密度及多晶片堆疊構裝(multi-chip integration)等技術進行開發,從原本2D平面排列多個晶片的方式,朝向3D堆疊、上下垂直整合的方式進行構裝設計。TSMC的InFO系列中,大致分為如表一之三種類型。
表一、TSMC的InFO構裝技術分類
Type |
InFO-P |
InFO-S |
InFO-S (LSI) |
Size |
15×15 mm2 |
~1.5X |
~1.5X |
RDL layers |
3 |
3 |
3 |
RDL L/S |
5μm/8μm |
2μm/2μm |
10μm/10μm
LSI 0.25μm /0.25μm
|
同時,演說中亦提到Interposer的構裝技術,其分為Silica Interposer與Organic Interposer兩種。雖然Si Interposer搭配TSV技術,整體的熱膨脹係數較小,不過應力卻較大;選用Organic Interposer搭配Organic RDL與Underfill封裝材料,能有效降低RDL的應力、達到低翹曲(low warpage)效果(於250℃的高溫環境下, warpage僅約52μm)。該技術在品質上非常穩定,能通過6次的回焊測試(reflow test)。目前於Organic Interposer上開發多層RDL技術,從4層RDL到6層RDL,後續將往10層RDL的技術進行開發。
持續鎖定材料世界網第一手Live報導
全球電子研發、製造、封裝業界年度最大盛會NEPCON JAPAN 2020,此刻正在東京熱閙展開,1/16將有更多第一手展會訊息在後續報導中呈現,敬請持續關注 ---以上是材料世界網特派員:陳凱琪、湯士源、林甘軒、莊貴貽、陳芃來自東京現場的Live 報導。