現代生活的必需品—半導體構裝
您是不是有過出門後才發現忘記帶手機，而感到沒有安全感、渾身不對勁？手機與網路儼然已成為生活必需品了。當5G手機、互聯網、AI人工智慧、電動車、軌道衛星等名詞從未來式變成現在進行式的時候，這些支撐我們生活快速進步的科技產品，其中一個很重要的元素就是半導體。在台積電2021年六月的技術論壇上，總裁魏哲家於致詞時亦提到，新冠疫苗以不到一年的時間就能獲得批准上市，除了科學家努力不懈之外，現代科技的
超級電腦也幫了很大的忙。要能處理如此龐大的資料庫，需要先進的半導體技術；而要能充分發揮半導體技術，穩定的先進半導體構裝更是其中相當重要的一環。所以，半導體構裝與我們的生活息息相關。
「先進半導體構裝之封裝與IC載板材料市場趨勢」一文首先由世界技術現況談起，日新月異之半導體製程技術得以衍生出眾多新產品與應用，如IoT技術使連結上網的裝置增加，帶動雲端運算需求上升、伺服器與相關網通設備需求量提高。且因5G通訊技術具備大連結、超高速、低延遲的三大主要優勢，讓半導體產業更是如虎添翼，預期新技術也將帶動全球防疫科技、智慧家庭、智慧製造、智慧醫療、汽車電子等應用需求持續提升。同時，為配合電子產品持續微型化與功能多樣化的要求，晶片整合的需求與日俱增，不僅製程端不斷提高晶片電路的解析度，以達到更高密度的電路布局來減小產品體積，構裝技術的不斷進化也是一大助力。此外，封裝材料與IC載板的性能也是關鍵重點，封裝材料持續朝著低介電損耗與Filler粒徑微形化等特性發展，以支援不斷進步的晶片構裝需求。
化合物半導體元件具有耐高溫、耐高電壓與高頻操作等特性，是未來5G通訊、綠能與電動車市場主流技術。為了提升工業伺服電機的驅動功率、降低模組能耗並縮小系統體積，「整合型碳化矽功率模組之電熱力設計與分析」一文研究使用碳化矽功率元件(MOSFET與SBD)開發整合型功率模組(PIM)，其耐電壓/電流為1,200 V/200 A，並導入絕緣金屬基板(IMS)設計，可提高元件操作溫度與提升系統整體效率。內容主要聚焦在整合型功率模組構裝設計與模擬分析，包括基板設計、模組電性、熱傳與應力設計及分析，並著重於運用工具模擬評估功率模組的電熱力性能表現。未來可推動SiC功率模組進入試產階段，加速產業技術升級，帶動寬能隙元件產業鏈成長。
隨著電子材料朝向高效能、低能耗的趨勢發展，晶片設計及封裝技術需更進一步提升，目標是將多功能的晶片整合到一個極小空間，在高密度I/O需求下，其線寬線距勢必縮小。然而，面臨細線寬的高密度互聯，目前C4或C2 Bump技術面臨使用瓶頸。銅-銅直接接合為一個解決方案，既不會產生介金屬化合物(IMC)或橋接的問題，電性也比銲錫凸塊更優越。「先進封裝之互聯材料技術」報導工研院材料與化工研究所致力於低溫銅-銅接合技術的研究，透過電鍍銅層的顯微結構調控，讓銅-銅對接製程溫度與壓力進一步降低。並持續進行相關製程與顯微組織的優化，希望能將製程溫度與壓力更進一步下降，提升製程的良率以突破目前的製程瓶頸。
因應未來半導體封裝朝向大面積化及窄間距化發展，封裝材料內的無機粉體粒徑勢必將變得更小，才能確保穩定均勻的流動性，但粉體的表面積增加，對膠材安定性與相容性造成負面影響。為了增加無機粉體與有機樹脂基質間的相容性與密著性、提升分散效果及降低粉體沈降行為的發生，必須考量在粉體進行表面改質。「IC封裝材料用無機粉體表面改質技術」介紹IC封裝產業演進，並分析在其技術趨勢帶動下，無機粉體的需求以及市場規模，再進一步說明先進封裝材料使用之無機粉體需表面改質的必要性，最後介紹工研院材化所建置的無機粉體表面改質技術並詳述其成果。
「高頻構裝應用低損耗封裝材料技術」一文闡述，因應5G通訊高頻應用的需求，相關材料在高頻環境下的介電特性將對通訊品質造成影響，因而帶動低介電損耗樹脂及封裝材料開發的發展趨勢。從對低損耗封裝材料商品的搜尋分析中，也看得出國際知名材料廠商積極進行低介電損耗樹脂及封裝材料開發與技術布局。工研院材料與化工研究所投入液態低介電損耗樹脂材料技術布建，開發出一系列在高頻環境下有不錯的介電常數及介電損失特性之特殊樹脂，深具應用於高頻模組封裝的潛力。
新興水源—廢水零排放全回收與下世代低碳海水淡化技術
受到全球氣候變遷的影響，用水管理日益重要。今年台灣遭逢五十年大旱，導致農田休耕、民生用水受限、產業用水更顯拮据，光電、半導體大廠紛紛出動水車運補，方能維持產線如常運作。因此，開創新興水源的技術，包括「廢水零排放全回收」與「海水淡化」，成為維持供水穩定的解決方案，可有效降低產業用水風險。然而，外界對於此等技術仍有能耗高、操作成本高、二次污染等疑慮，尚未能於國內普及推廣。本期「新穎廢水零排放與海淡處理技術」專題，內容包含廢水零排放全回收之系統、水源前處理與鹵水資源化技術，也介紹全球海淡市場與技術研發趨勢，以及新興水源的開發，對於國內產業未來用水穩定及管理有一定的助益，也期許國內相關技術能夠與時俱進，並邁向國際市場應用。
「工業廢水零液排放處理程序」旨在說明工業廢水零液排放程序所含單元及其功能。其中，前處理單元主要利用化學氧化或生物降解，移除水中具結垢/污堵潛勢之物質；水再生單元利用膜系統分離水中離子，來獲得再生水及濃縮高鹽度濃水，同時達成水再生及廢水濃縮之目的，以減少後端蒸發結晶系統之進流體積，降低操作成本；蒸發結晶系統分離高濃度鹽水之殘餘水分，可獲得結晶固體物，達成零液排放之目的。因應日趨緊張之水情及嚴峻法規規範，工業廢水零液排放將成為各事業單位發展之重點項目。
「預處理對廢水零排放程序與副產鹽資源化之重要性」指出，近年因保護特定區域水資源目的，工業區與工廠被要求須零廢水排放。廢水零排放會有以鹽類為主之固體物(副產鹽)產生，其品質受廢水中不純物組分影響。妥善預處理不純物，除可提升副產鹽品質，亦可穩定廢水零排放程序運行。對廢水零排放系統影響較大之不純物有硬度、矽、有機物與氟離子等，選擇預處理方式須綜合考量廢水特性、使用藥劑與對應處理單元功能等因素，並建議採實際水樣測試以確認預處理效能。
因應全球經濟快速成長及循環經濟議題，廢水零排放與資源化勢在必行，尤其是經由膜系統水回收後排放的鹵水，其中所含的有價資源皆為回收再利用之標的。然而，如何降低回收成本與能耗亦是大家關注的一環。「新穎資源化零排放技術介紹」報導吸附式脫鹽以及共熔結晶兩種新興的脫鹽技術，說明如何以熱能和冷能分別達到分鹽及資源回收的目的。吸附式脫鹽可與多效蒸發結合，運用廢熱驅動達到降低能耗以及減碳的效果；而共熔結晶除了可以分離出高純度的硫酸鈉還可用於CO2去除，兩種技術因其低碳特點逐漸在廢水零排放領域中受到關注。
廢水零排放是產業廢水處理最終目標。「電化學離子分離技術於工業鹵水資源化的開發與應用」一文分析，以目前零排放技術而言，處理程序末端的鹵水係採用熱蒸發程序，藉由大量的熱能使水分蒸發，而剩餘的混合固體鹽類無法再利用，僅能以清運掩埋方式處理。傳統的鹵水處理程序有兩大問題點必須被克服：其一為高能耗，其二為混合鹽的處置，此二者導致現行的零排放技術難以被有效推廣應用。新穎高鹽溶液零排放技術，以電化學機制針對水中混合離子進行分離並轉化為可再利用酸鹼，無須使用大量熱能，且無固體廢棄物產生，是能同時達到環境友善與經濟效益雙贏的技術。
「新興海淡水處理技術：現況及未來發展」提到，開發新興水資源為達到SDG6之關鍵，海水屬可穩定供水之新興水源，各國政府因應未來用水缺口，皆積極規劃及推動海淡廠建置。現有海淡廠多採用膜法（如逆滲透）及熱法（如多效蒸餾），其產水成本高、高碳排且濃水/廢棄物易造成海洋生態破壞，故為因應龐大的海淡水需求，未來海淡技術更應朝向低成本、節能減碳、低環境衝擊之目標開發。電透析為一成熟脫鹽技術，且已廣泛應用於工業廢水及民生用水，現今國內已建立國產化脫鹽膜材與模組，若可透過膜材優化及模組改良衍伸應用至海水淡化，將可提供市場另一新興海淡水處理技術。
主題專欄與其他
最近幾年全球的半導體技術論壇、各研討會幾乎都脫離不了討論扇出型封裝(FOWLP)這項議題。從半導體封裝技術發展趨勢可以發現，新的製程需要仰賴新材料技術，而國內半導體封裝產業獨漏材料這一區塊，封裝材料完全仰賴進口，國內幾乎沒有生產。「圖案化介電材料在先進構裝之發展趨勢」介紹FOWLP封裝所需的RDL用圖案化介電材，其在未來5G領域中，為異質晶片整合技術的關鍵材料，目前國際大廠均朝向發展高性能圖案化介電材。其需具備高解析、高延伸率與低介電等高性能特性，以提升模組的效能與縮裝，俾因應未來模組化設計端採用AiP封裝技術之需求。
3C產品輕薄短小與功能整合之需求日增，三維立體金屬電路最大的優點是易適用於不規則之塑膠基材上，形成3D立體電路，其充分利用了產品表面所有空間，不易受限於超薄空間之限制，可使線路更微型多樣化，而能廣泛應用於資通訊產業。「3D陶瓷雷射金屬化技術與應用」報導工研院發展3D陶瓷雷射金屬化技術，能於多種陶瓷基板上直接製作2.5D/3D金屬微結構，且具有高精度、細微化、高可靠度與高附著性之優勢，目前能製作GPS天線、4G天線、臭氧陶瓷電極、多階陶瓷電路板等產品，而能應用於資通訊產業、半導體產業與功率元件封裝產業等。
金屬積層製造設備投入成本高，加上製程中熱應力影響品質、製程良率與效率等問題，進一步成為技術應用推廣的絆腳石。「智慧化積層不NG製造技術」說明工研院透過軟硬整合開發之智慧化積層不NG製造技術，可藉由虛擬製造預測製程結果，降低製程失敗風險與改善成品變形翹曲等問題，亦可透過模擬有效加速新材料製程參數開發，搭配可視化診斷與精確的製程環境變數最適控制，縮短製造者經驗學習曲線及提升製程效率，協助產業升級與創造更多高值化產品。
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