NEPCON JAPAN 2020 日本東京特別報導系列二

 

刊登日期:2020/1/17
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陳凱琪、湯士源、林甘軒、莊貴貽、陳芃/工研院材化所

 
NEPCON 2020展會進行到第二日,現場仍然是鬧熱滾滾(圖一),這份盛況也感受到將在今年10月在名古屋舉辦的「NEPCON Nagoya 」,現場攤位洽談氣氛熱絡(圖二)。本次未能躬逢其盛的讀友,除了鎖定材料世界網的報導,不妨考慮參與名古屋的展出場次,當地是日本製造業重鎮,也是Toyota的大本營,特別強調技術交流與實作,預計將有更多不同的精彩內容呈現。
 
2020年對於日本來說,是相當特別的一年,東京奧運的舉行,將成為國力的綜合展現,智慧化是其中的重要環節。另一方面,諸多重大政策也逐步展開,例如氫能社會願景將邁入第二階段,將建立氫能生產與導入氫能發電、燃料電池車輛應用等,乃至於輕量化、車聯網、共乘服務與自動駕駛(圖三)等,均將引導產業變革與創造諸多新需求,建議讀友能持續鎖定相關議題。
 
圖一、NEPCON 2020進入第二天,一開場即有大量參觀者持續湧入
圖一、NEPCON 2020進入第二天,一開場即有大量參觀者持續湧入
 
圖二、NEPCON Nagoya 2020與NEPCON 2021招商熱絡
圖二、NEPCON Nagoya 2020與NEPCON 2021招商熱絡
 
圖三、自動駕駛廠商自辦發表會,每場次都吸引大批關注者
圖三、自動駕駛廠商自辦發表會,每場次都吸引大批關注者
 
展場巡禮
新華光能可說是本屆NEPCON中的「台灣之光」,展出的量子點技術深獲各界人士好評與洽詢(圖四),在日本則是由晉一化工進行代理銷售。這項由台灣量子點材料應用技術產學聯盟所開發與生產的材料,克服量子點材料在環境中易受潮與氧化的困難點,在3 nm的量子點表面,形成數個1 nm的「盾牌」,以特殊結構提升材料穩定性與使用壽命,也強化了應用性。
 
目前此材料已進入量產製程,同時也已完成專屬的自動化設備,應對生產的需求,而產品也具有合乎要求的再現性,波長控制在 ±0.5 nm之間,以奈米尺度觀之,大約就是一個原子的大小。在應用端上,將以顯示器為主(圖五),先由成熟的薄膜產品出發,切入既有市場,下世代將由LED與Inkjet Ink方向發展,展現量子點顯示器,以近9成肉眼可見的色彩層次及飽和度,成為顯示器的新世代革命性材料。
 
圖四、新華光能量子點材料,克服水氣、氧化等應用問題
圖四、新華光能量子點材料,克服水氣、氧化等應用問題
 
圖五、利用量子點製作之顯示器,色彩飽和度超過現行產品2倍
圖五、利用量子點製作之顯示器,色彩飽和度超過現行產品2倍
 
東特塗料(TOTOKU TORYO)展出無Cresol的環保型PEI,降低對於環境的傷害,應用在磁力線用高耐熱性塗料(圖六)。其中商品ASB-8000 具優異接著特性,在200℃硬化下可達4.23N,高於一般含有Cresol SB產品。同時儲存安定性佳,存放6個月後黏度仍然變異不大。
 
圖六、無Cresol 類型PEI之磁力線用高耐熱性塗料
圖六、無Cresol 類型PEI之磁力線用高耐熱性塗料
 
另外東特也推出高導熱性Polyamide Imide(PAI),型號AI-26HC,透過高導熱化學結構設計,在不添加無機粉體的情況下,導熱係數可達0.34 W/m‧K,高於目前所有商品中PAI (K:0.2 W/m‧K),具有快速散熱效果(圖七)。
 
圖七、高導熱型PAI樹脂,導熱效果大於目前市
圖七、高導熱型PAI樹脂,導熱效果大於目前市售品
 
東特也推出最新的熱傳導性接著劑系列,可透過塗佈方式在銅箔或PET上製備膜材。此膜材可以採黏貼的方式應用於薄型化高放熱基板,提供鋁/銅板與Polyimide/銅箔之間良好的接著與熱傳導路徑。透過特殊熱固化樹脂使用與粉體混合分散,即使在高填充率的導熱粉體下(>80%),仍具備相當優異的柔軟性。其導熱粉體使用Alumina,導熱係數達到4.7 W/m‧K。
 
接著劑產品一共有三種型號(MI、LC、FM),分別對應不同的樹脂玻璃轉移溫度,在全硬化後最高的LC系列可達190℃。產品系列皆具備優異的絕緣性,破壞電壓為55 kV/mm,體積電阻皆大於1013Ω.cm2。接著強度透過90o銅箔剝離測試皆大於1.5 N/mm。另一方面,FM系列產品可塗佈成更薄的薄膜進行接著,其規格厚度為25μm與50μm,導熱係數為3.3 W/m‧K,絕緣破壞電壓可高達66 kV/mm,特性相當優異,其他特性和樣品薄膜如圖八和所示。
 
圖八、不同熱傳導性接著劑產品
圖八、不同熱傳導性接著劑產品
 
電氣化學工業(Denka)展出多項應用於車載和5G高功率元件的封裝樹脂材料,產品主要包含兩大類,一為高導熱型散熱片,其樹脂系統屬於Silicon,無機粉體為Alumina,導熱係數最高可達8 W/m‧K,但在添加過多粉體時會造成柔軟度下降8%,不過具有高絕緣性,耐電壓可達5.0 kV/mm,其他特性和其樣品如圖九和圖十所示。
 
圖九、以矽與氧化鋁為基礎的高導熱薄片
圖九、以矽與氧化鋁為基礎的高導熱薄片
 
圖十、Denka製作之高導熱薄片樣品
圖十、Denka製作之高導熱薄片樣品
 
第二類為液態高導熱樹脂,樹脂是具有高流動性的Silicon和Alumina無機粉體所組成,導熱係數最高可達5 W/m‧K,耐電壓可大於10.0 kV/mm。這種液態導熱樹脂具有高可靠度和高尺寸安定性,如圖十一所示,在-40℃~150℃溫度區來回變化3,000次,未發現任何缺損,證實此材料擁有極佳的穩定性,同時在Oil Bleed 測試中,形狀大小變異不大。Denka相當多的展品皆已應用於汽車引擎中的功率元件封裝,如圖十二所示。
 
圖十一、高可靠度和高導熱型膠水
圖十一、高可靠度和高導熱型膠水
 
圖十二、Denka展示車載用功率模組,已實際應用於車輛之中
圖十二、Denka展示車載用功率模組,已實際應用於車輛之中
 
LORD展出高散熱材料CoolTherm系列(圖十三),該材料結構兼具有高絕緣及高熱流量功能,主要應用於電子元件灌膠接著或固定等用途,調控參數以取得高導熱性質。同時會場也展示導熱膠噴塗設備,由使用者設計導熱材料分布模型,透過該製程設備得以客製化實現,達到使用情境之散熱塗佈需求。
 
圖十三、LORD展出電子元件用高散熱材料,配合設備達成客製化
圖十三、LORD展出電子元件用高散熱材料,配合設備達成客製化
 
住友化學(Sumitomo Chemical)研發金屬用樹脂材料(圖十四),該材料兼具高比重金屬填充率及高流動性,極適合應用於如電子元件整合後間隙之填充物,以達到三維組裝緻密元件之強化結構。若將功能金屬粉混合該樹脂,則可橋接結構通道路徑並增強其功能性質,以達到結構優化設計及整合,用途廣泛極具應用發展潛力。
 
圖十四、住友化學展出金屬用樹脂材料,具廣泛應用之潛力
圖十四、住友化學展出金屬用樹脂材料,具廣泛應用之潛力
 
Infineon針對車載顯示燈設計最適化電源整合模組(圖十五),具有1~3組輸出數,最大電流值可達240 mA,特色在於傳統電源需要多組IC及控制元件非常占空間,Infineon透過電路整合,將其大部分元件封裝在IC內,除了達到微型整合化優勢外,亦提供開發者快速設計及整合能力提升。
 
圖十五、Infineon展出最適化電源整合模組,節省空間為特色
圖十五、Infineon展出最適化電源整合模組,節省空間為特色
 
Murata開發DC/DC整合型電源模組MonoBK,產品特色是以積層電感作為基板,其他元件先置放於印刷電路板PCB上,再將兩者進行疊壓整合以形成POL用電源降壓轉換模組,輸入電壓2.8~5.5V,輸出0.4~3.58V,最大電流達3.5A。具有微型化優勢,可提供電路板面積給設計者進行其他功能整合,提高設計自由度。
 
圖十六、Murata展出整合型電源模組,提供微型化降壓解決方案
圖十六、Murata展出整合型電源模組,提供微型化降壓解決方案
 
在車用電子構裝方面,像是Sumitomo Bakelite、Hitachi Chemical、Sekisui Chemical等,均將其攤位設在AUTOMOTIVE WORLD的展區,即可看出這些大廠除針對半導體構裝持續技術佈局之外,也同時跨足車用市場。
 
其中,長瀨產業(Nagase)的半導體封裝材料,目前應用於大面積構裝模組上,這次依然針對大面積封裝用液態封裝材料進行展示,除了可以進行12”晶圓封裝外,也可進行Panel Level尺寸500 x 500 mm的模封,而且具有低翹曲(low warpage)特性。此次也展示其薄型模封技術能量,可控制Mold Underfill (MUF)材料的流動與充填特性。雖然海報上沒有提供該材料的電氣特性(圖十七),展場人員表示該材料的Df約0.008@10GHz,並且已經搭配下游廠商於薄型構裝技術上導入5G的應用。
 
圖十七、Nagase展出半導體封裝材料,已導入至5G應用
圖十七、Nagase展出半導體封裝材料,已導入至5G應用
 
在低介電損失材料開發方面,則以片狀材料(sheet material)呈現(圖十八),其為B-stage薄膜材料,厚度為25 μm。片狀材料可以較精準控制模封厚度,有助於薄型封裝,該材料由熱塑型與熱固型高分子材料混和而成,不僅具備flex特性、達到低翹曲與應力緩和的特性,同時於材料硬化後也具備高溫下的熱安定性,於300℃時僅有1%的重量損失,具備封裝材料所需的高接著強度,也符合現在5G應用的低介電特性(Dk=2.5, Df=0.004 @10 GHz)。
 
圖十八、Nagase低介電片狀材料,適用於薄型封裝
圖十八、Nagase低介電片狀材料,適用於薄型封裝
 
不只封裝材料,Nagase的片狀材料開發(flex sheet)也應用在solder bumping上(圖十九)。首先將flex sheet貼合在基板上,然後在pad位置上植球,隨後進行reflow製程,最後清洗。由於該flux sheet屬於水溶性材料,於flux clean製程時能輕易將殘留的助焊劑清洗乾淨。
 
圖十九、Nagase展出的片狀材料,應用於solder bumping製程
圖十九、Nagase展出的片狀材料,應用於solder bumping製程
 
在日立化成(Hitachi Chemical)方面,雖然於2019年12月已售予Showa Denko,不過Hitachi Chemical並沒有缺席本次展出。其中,CEL-X-DF系列封裝材料,即是主要針對5G應用所需而開發的低介電損失封裝材料(圖二十),在Antenna Package結構中,封裝材料除了原先既有的高信賴性需求之外,還需要具備低介電損失的材料特性,Hitachi Chemical利用compression molding模封製程,開發granule type型態封裝材料,Dev.1的填充粉體(filler)最大粒徑為53 μm;Dev.2的填充粉體(filler)最大粒徑為20 μm;Dev.3為底部填充材料,需要小粒徑高流動性的材料設計,其填充粉體(filler)最大粒徑為10 μm。在60 GHz條件下,三種封裝材料的Dk都在3.5~3.6、Df為0.004。
 
圖二十、Hitachi Chemical展出三種應用於5G之低介電損失封裝材料
圖二十、Hitachi Chemical展出三種應用於5G之低介電損失封裝材料
 
針對現在熱門的系統構裝(SiP)所需要的高流動性封裝材料,Hitachi Chemical開發CEL-C-3730系列的underfill (圖二十一),降低二氧化矽粉體的含量到56wt% (現在一般約65wt%),整體封裝材料的modulus降至6.8 MPa,達到高流動性、low modulus特性。
 
雖然Hitachi Chemical於會場上依然展示許多先進構裝材料,不過對於先前設立在川崎的先進構裝中心並沒有再特別強調,接下來將密切注意對於Showa Denko入主Hitachi Chemical後的材料技術的變化。
 
圖二十一、Hitachi Chemical展出SiP用高流動性封裝材料
圖二十一、Hitachi Chemical展出SiP用高流動性封裝材料
 
在其他汽車應用的部分,日本電氣硝子(Nippon Electric Glass)展出玻璃相關技術,其Dinorex玻璃(圖二十二)具有高強度(High CS與Deep DOL),同時保有高穿透性。現場展出使用鋼球從高處落下而不會擊碎玻璃,展現相當的強度。產品可應用於車用顯示器面板、智慧型手機,以及平板電腦等。
 
除玻璃本身之外,尚可在表面以不同機能膜進行處理,使其具有防炫光、抗反射、防汙染、防刮痕產生等特色。
 
圖二十二、Dinorex玻璃具高強度、高生產性、高穿透度特性
圖二十二、Dinorex玻璃具高強度、高生產性、高穿透度特性
 
此外,還有一項吸收AR膜技術,此膜材不僅可以降低外部光線的反射,同時還可以吸收洩漏的光線,使顯示器螢幕對比度增加。如圖二十三所示,左邊為一般反射防止膜,右邊為吸收反射防止膜。
 
圖二十三、吸收AR膜能吸收洩漏光線,使影像對比度提高
圖二十三、吸收AR膜能吸收洩漏光線,使影像對比度提高
 
朝日橡膠(Asahi Rubber)展出多項技術,包括利用矽膠進行LED的光源改造,使其具有導光、散射等不同效果(圖二十四)。該公司由日亞化學購買藍光LED後,利用矽膠做精細的燈帽,該技術強調加工的精密性,脫模角度是0度,以達到高精密度製品,目前應用於Honda、BMW等車系。
 
另一項應用則是壓力感測開關,對矽膠按鈕模組施加不同的壓力,就能使風扇進行不同速度的旋轉。此外,矽膠也可用於冷熱的變化控制(圖二十五),將其包覆在方向盤中,若夏天方向盤曬得太熱,或是冬天凍得太冷,均可透過矽膠模組進行調整,恢復到最適當的溫度。
 
圖二十四、朝日橡膠展出LED光源處理技術,主要利用矽膠進行
圖二十四、朝日橡膠展出LED光源處理技術,主要利用矽膠進行
 
圖二十五、朝日橡膠展出能夠調控溫度的矽膠模組
圖二十五、朝日橡膠展出能夠調控溫度的矽膠模組
 
從2020展會看未來電子業發展
在2020年伊始的NEPCON中,已經可以觀察到諸多電子業趨勢。NEPCON JAPAN 展會事務局長前薗雄飛(圖二十六)表示,年度最熱門的話題明顯就是5G與AI,其中5G部分主要集中於零部件與基板等產品與廠商,AI部分則是以檢查設備與裝置為重點。
 
圖二十六、NEPCON JAPAN 展會事務局長前薗雄飛、AUTOMOTIVE WORLD事務局長早田匡希
圖二十六、NEPCON JAPAN 展會事務局長前薗雄飛(左)、AUTOMOTIVE WORLD事務局長早田匡希(右)
 
另一方面,可以看到日本電信業者如 KDDI、NTT DOCOMO等,均已開始布局,將5G轉換成實際應用,並與製造業進行合作,亮點在於由IoT建構起的AI智慧製造。另一部分,經過與美國、台灣等半導體領先業者的訪談,均顯示出未來重點將由晶圓本身,逐漸轉向封裝領域。以台灣業者來說,台積電跨足封裝,然而日月光則是將朝向上游發展。整體而言,半導體業的後期工程將是未來的重點。
 
針對此點,NEPCON將在2021年開拓對應的新展區,針對5G零部件與AI檢測提供專區。另一方面,考量半導體業趨勢,封裝部分也可能會越來越吃重。預估在2021年至2022年,5G應用將逐漸成熟,接下來的新發展,將以6G、量子電腦為主體,可能會再次引發電子業一波新的革命浪潮。
 
前薗表示,日本做為電子材料的領先者,優勢已經越來越不明顯,除了台灣、中國的急起直追外,以泰國為首的東南亞國家,甚至於印度,均傾國家之力輔助產業發展,培養強勢新創(Starup)企業,這些因素讓沒有政府支援的日本企業危機感急遽升高。同樣的,在貿易戰導致的消費性電子產業鏈移動,也是台灣企業面臨的嚴肅課題。
 
在聯展的AUTOMOTIVE WORLD方面,其為全球最大的汽車電子產業展會,同樣的,5G與自動駕駛也是本次的主軸,與NEPCON的領域相互對應、相輔相成。展會事務局長早田匡希表示,本次基調演說特別安排全球三大汽車供應商,分享針對5G世代與自駕車的策略,單單這場演說就吸引了2,200人報名,也成為最多人、最快滿場的議程。
 
另一方面,全球交通行動服務(Mobility as a Service;MaaS)是一項值得關注的重點。以日本來說,面對全球最嚴重的高齡化社會、短缺的勞動力、偏鄉的交通資源欠缺,MaaS是解決自由移動基本人權需求的關鍵點。同時,日本各車廠整車銷售有降低的趨勢,這也促使車廠由製造逐步轉向至服務,以創造新的收益來源。
 
有鑑於此,本次AUTOMOTIVE WORLD邀請了全球知名的MaaS新創企業,以論壇方式分享創業資訊。MaaS是一項因時、因地、因應資源而有所不同的工作,透過分享將有利於加速創新。展望未來,在2021年展會將加入MaaS Expo這個生力軍,以新應用導入新的技術可能性。
 
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,1/20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。
 

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