嶄新材料翻轉構裝技術應用
行動裝置、高效能運算、車載電子及物聯網扮演未來半導體產業四大成長引擎。其中高效能、低功率、小尺寸及成本管控已成為產品設計應用共同面臨的挑戰，因此具有高度晶片整合能力的先進構裝技術，將被視為半導體產業發展的重要方向。IDC預估，2017~2022年全球物聯網市場每年會有兩位數的增長，並於2022年突破1兆美元大關。未來全球將有愈來愈多的電子設備、All in One電腦、Notebook、智慧型手機、車載電子、智慧家電等，都會使用到大量的IC晶片，晶片微型化將是未來構裝技術發展的必要趨勢。
晶片構裝將朝向TSV製程、3D堆疊構裝等技術發展，目前主要技術為扇出型晶圓級封裝技術（FO WLP/PLP、FI WLP），且因不同產品特性需求也發展出異質整合封裝技術。在相關高頻高速的數位傳輸、高寬頻的無線傳輸以及多樣化的構裝技術需求帶動下，產品構裝型態需要同時具備主動、被動元件一起的系統封裝(SiP)，以及支援RF模組天線的AiP封裝技術。近年來，三維積體電路構裝採垂直電訊聯通概念，利用矽導通孔技術，提供封裝體更好的封裝密度、較小的體積並提升電性特質，逐漸變為目前大家認為是未來產業中最重要且是必需的技術之一，也被認為是「超越摩爾定律」的關鍵技術之一。「系統級封裝(SiP)架構設計與製程翹曲模擬分析」一文主要根據內埋中介層載板(EIC)之架構，進行結構設計與翹曲模擬分析，探討此架構下結構熱應力行為表現與材料選擇對於製程翹曲之影響程度，且為了更有效地簡化模擬分析時間，使用等效機械模型方法建構三維分析模型，透過分析結果找出適合的製程材料與參數。
人工智慧與5G、AIoT已成為推動半導體未來成長的重要動能，新應用產品如：邊緣運算、HPC、伺服器、5G智慧型手機等消費性電子產品將持續推陳出新，車用電子市場需求預估也將與日俱增。另一方面，因COVID-19疫情，於居家防疫的情況下，也帶動半導體另類商機，遠端購物、遠端工作、智慧工廠，甚至開始規劃遠端醫療的可行性，預估都將提高半導體與半導體構裝材料的需求。至2020年7月初，全球統計超過50萬人死於此病毒，確診病例更高達1,200萬人，感染人數仍持續上升中，疫情已經蔓延至195個國家及地區，世界各地的經濟活動皆受到一定程度之衝擊，疫情將是2020年產業重要的變因之一。於疫情下，惟網通設備與產品趨勢仍被看好，「新世代構裝技術下之重佈線與增層材料」一文針對時下最熱門的IC載板中ABF材料與RDL用之介電材料，有更進一步詳盡的市場分析。
隨著台積電成功打造整合型扇出型晶圓級構裝(InFO WLP)處理器應用到蘋果iPhone中，導引其他OSAT追逐高密度扇出市場，扇出型晶圓級構裝技術已成為最為快速成長的重要市場發展。在大面積化、高密度、多晶片封裝整合之扇出型晶圓級/面板級構裝技術(FOWLP/PLP)應用趨勢下，國內擁有完善且先進的半導體構裝供應鏈，但台灣半導體產業供應鏈上游的關鍵材料與後端的構裝材料至今卻大多仍掌握在國際大廠手中。「先進半導體液態封裝材料技術與發展」介紹先進半導體構裝技術應用市場趨勢、封裝材料技術發展以及液態封裝材料之高無機含量粉體改質分散技術開發研究，除了有助於研究開發大面積模封材料的各種封裝應用之特性驗證與信賴性失效分析，也可以有效地協助研發人員快速評估半導體封裝材料各項特性驗證。
隨著攜帶式與穿戴式裝置朝向輕量化發展，且整合高頻高壓應用，未來產品所需之電容元件數量將大幅增加。薄型電容元件具有輕量化、小型化之優勢，在高密度組件安裝情況裡，更易於整合產品功能。而新薄型材料的開發更有助於提升電容值、耐電壓性、耐溫性及高頻特性，能滿足對產品微型化、訊號傳輸高速化之需求。「新型薄型電容材料技術」一文介紹目前國際上薄型電容材料技術的最新發展趨勢，也說明工研院材化所利用有機/無機混成技術開發之軟性電容材料，為一電容量高且尺寸安定性佳之電容薄膜。
大循環—未來材料化學品產業永續經營之鑰
以線性經濟的行銷手段與方式來使用塑膠，要數百年才分解，不斷累積廢棄量因之造成現今塑膠微粒無處不在的問題。以最近必需使用的口罩為例，其組成包括PP不織布的內外層及中間的過濾層，都是塑膠；多數我們穿的衣服也是塑膠，約占七成，通常是聚酯或尼龍；而其他包括吸水墊片、尿片甚至食品包裝的吸水、吸血墊片，也都是壓克力吸水性樹脂包覆在PP或PE中間。各種不同型態及組成的塑膠用品，組成複雜，因此不易回收，易造成汙染。在現有工業循環體系中，除了提升機械循環效率外，亦可藉由化學及酵素回收技術，透過解聚程序製取小分子，再將單體及寡聚物衍生應用高值產品，以延續石化材料之生命週期，降低化石原料的使用。然而畢竟塑膠可回收再利用次數有限，且往往需要添加新料，因此，朝向循環經濟的大循環，為未來材料化學品產業永續經營的方向。
「農業有機廢棄物在創新事業中的循環應用—以檸檬殘渣為例」一文報導，柑橘類檸檬產量日益增多，檸檬皮渣廢棄物亦相對增加，產生經濟成本及環境問題。柑橘類檸檬含多種活性成分，善加利用可減少污染及增加廢棄物附加價值，極具農業循環經濟效益。國內外開始專注於檸檬皮渣在各領域之應用。本文就檸檬果皮渣成分包括維生素C、類黃酮、多酚、礦物質、膳食纖維和果膠對健康之影響及不同萃取方法之優缺點做綜合論述，並對不同成分應用現狀進行討論。在農業方面，透過發酵工程可作為肥料、動物飼料或者飼料添加劑使用，一些研究開發已證明這可為動植物帶來不同的益處；在食品方面，檸檬果皮渣的利用亦可給人體帶來諸多好處；在工業方面，最新的研究指出檸檬果渣可作為能源原料取代部分化石燃料，或可開發為生物吸附劑及生質能源。
「PLA廢棄物的循環再利用性」一文指出，聚乳酸(PLA)具有熱塑性、高強度、高模量等特性，廣泛應用於吹塑、纖維、發泡材、食品包材等方面。台灣預估每年使用量約1,500噸，但因受限於工業堆肥設備與法規，廢棄PLA的去化將是一大問題。除了堆肥再循環之外，PLA廢棄物的處理方式還包含物理回收、化學回收、掩埋焚化等。其中化學回收法可將聚乳酸分解成小分子，做為PLA、PU或MOF的原料；乳酸酯亦可當作環保溶劑用於化學合成、化妝品或食品添加劑中，大大增加廢棄PLA之循環應用性。
PET是最為廣泛使用的塑料之一。但PET不可分解，造成嚴重的環境汙染，因此近年來全球許多國家政府要求公家單位及商家使用回收再製的PET產品，國際各大品牌也制定使用回收材質的目標，這些舉措都推動了PET回收技術的發展。「全球PET回收技術之發展趨勢」一文分享全球業界使用之PET物理及化學回收再製技術，並展望未來PET回收之發展。隨著環保意識抬頭，消費者越來越注重產品的減碳效應，國際大型品牌商，皆積極推廣使用回收再製產品，未來發展回收技術及回收相關產品，將成為必然的趨勢。
現階段在物理性回收上仍有相當的困境需要克服，「回收聚酯材料的循環經濟」針對廢聚酯回收再利用進行分析，除了可減少大量聚酯瓶廢棄物對環境的破壞，亦能減少石油的消耗，比原製程節省將近80%能源，即減少75%二氧化碳之排放量。南寶樹脂針對聚酯材料方面，投入化學回收再生技術的開發，主要技術是利用解鏈劑將聚酯降解為二元醇、二元酸與二元胺等分子，於後段再重新合成不同種類的塑料。做為材料循環利用的開端，將聚酯材料透過化學反應的方式轉化成其他的材料，如常規純聚酯紡織品、緩衝材用PU發泡泡棉、泛用接著劑油性PU膠、熱溶膠型PUR以及聚酯型TPU等材料，不僅擴展應用，也讓廢棄物做高值化應用。
綠能產業創高峰 太陽光電技術特別報導
本期特別報導推出「太陽光電技術」主題，由工研院綠能與環境研究所太陽光電技術組透過太陽電池最新的技術進程分享，與讀者共同掌握太陽光電產業永續的發展脈動。
「穿隧型異質接面太陽能電池以網印金屬化電極對鈍化接觸之探討」一文報導，為了改善太陽能電池中載子在金屬及矽晶片接觸接面的復合問題，在兩者的介面處插入適當的鈍化材料可以提升太陽能電池的光電轉換效率。搭配穿隧氧化層與多晶矽所形成的新穎結構即為穿隧氧化鈍化接觸，穿隧氧化層可以提升元件的開路電壓，而多晶矽薄膜可提供優良接觸功能，且在高溫環境下有著更好的穩定性，適合搭配網印金屬燒結製程。在與網印金屬製程整合中，多晶矽扮演了相當重要的角色。工研院綠能所利用低壓化學氣相沉積系統沉積高品質的多晶矽薄膜，並配合銀漿製作正/背面電極製程優化，最佳化條件可獲得平均轉換效率最佳達23.2%。
鈣鈦礦太陽電池是目前光電轉換效率提升最快的太陽電池技術。其轉換效率在短短的10年內提升了6倍可達到25%，相當接近矽晶太陽電池之效率紀錄。雖然其效率進展相當快速，但鈣鈦礦太陽電池在光、濕、熱環境下的穩定性，則是其能否順利進入產業應用最大的關鍵及考驗。「鈣鈦礦太陽電池劣化機制及穩定性提升介紹」主要介紹鈣鈦礦太陽電池暴露於濕氣、溫度、照光、氧氣和偏壓下之降解機制，以及各種提高鈣鈦礦太陽電池穩定性的策略及方法。文中最後亦介紹國際團隊在鈣鈦礦太陽電池穩定性之相關進展。
太陽光電系統於竣工驗收中，一般採用直流發電比(RA)。「太陽光電系統性能比簡介」一文針對太陽光電系統性能分析，說明RA與性能比(PR)之差異。2016年國際標準組織頒布IEC 61724系列規範，包含IEC 61724-1為監測元件規格、數據讀取與程式紀錄、公式定義；IEC TS61724-2為短期性能比分析，至少需有兩天以上穩定數據進行計算與分析，此技術規範適合於竣工驗收使用；IEC TS 61724-3為長期性能比分析，數據取樣至少以一年為一個週期，適合系統維運或電廠評鑑使用。
「高分子的百年盛事」特別報導
壓克力是高分子界裡，結構最多變、應用也最廣的一種高分子，相關的應用包含民生、電子、光電等領域。壓克力高分子在工研院材料所成立之初，就被列為重點開發項目，迄今服務國內廠商達數十家。「壓克力高分子的應用」一文說明工研院材料與化工研究所開發之各種壓克力高分子的應用，包括乾膜光阻、液態綠漆、液態光阻、彩色光阻、紫外光解膠切割膠帶、生質光阻，以及用於偏光片/保護膜的感壓膠、光學透明黏著膠等。面對新材料需求不斷出現，壓克力高分子亦將繼續以其千變萬化的獨特面貌，一一突破並滿足各種工業需求的挑戰。
俗稱電木的酚醛樹脂(Phenolic Resin)是第一個商業化生產的人造合成樹脂，與金屬和木材相比，其容易製造、重量輕及具優良機械強度與電氣絕緣性能的特點，讓工業產品設計師易於設計並導入多樣化的功能。其早期主要應用在電器產品上，隨著科技的進步與化學產業的發展，如今的酚醛樹脂應用更加廣泛地拓展到各個不同的產業上，例如成形材料、塗料、接著劑及高科技製造，如電子、計算機、尖端複合材料、光電、半導體等先端產業。其中，特別是DNQ-Novolak光阻劑的應用，更是半導體產業重要推手，其解析度一路推進到i-line (365 nm)製程，至今仍是半導體產業與顯示器產業不可或缺的光阻材料。「酚醛樹脂材料發展與IC製程光阻應用」一文除介紹酚醛樹脂的發展歷程，亦概述工研院在IC光阻材料研發與技轉的成果。
主題專欄
隨著智能車與自動駕駛車的不斷發展，車用顯示器市場需求持續以正成長的趨勢向上攀爬。在現代人生活水平逐步提高的情況下，除了對車子外觀、性能要求高之外，對於車用顯示器亦是高度要求，所以車用顯示器產品的性能與可靠度的測試與驗證，扮演著更重要的關鍵角色。延續上期技術專題，本期光電/顯示專欄「車用顯示器市場與驗證分析技術概況（下）」一文繼續針對車用顯示器的市場與其驗證分析概況作說明。包括電氣電子裝備總成測試之ISO-16750（氣候環境）、ISO 7637-2，以及面板總成測試、面板總成之主要功能膜測試等議題。
凡對以上內容有興趣的讀者，歡迎參閱2020年9月號《工業材料雜誌》或參見《材料世界網》，歡迎長期訂閱或加入材料世界網會員，以獲得最快、最即時的資訊！