電子產業


電子產業

面顯示器的產品日益增加,各種不同的手機面板、數位相機、LCD面板、大至TV面板,無論是何種應用,隨著消費者的需求,標榜著各式各樣的新功能、高解析度、超薄質輕、低耗電率、高應答速度等等的產品,日新月異地不斷出現。

熱分析技術在電子產業上的應用


面顯示器的產品日益增加,各種不同的手機面板、數位相機、LCD面板、大至TV面板,無論是何種應用,隨著消費者的需求,標榜著各式各樣的新功能、高解析度、超薄質輕、低耗電率、高應答速度等等的產品,日新月異地不斷出現。為因應LCD面板的快速發展,整個驅動IC產業亦以驚人的速度成長,其中佔約三分之一成本的驅動IC封裝。 本文將介紹使用於各種驅動IC構裝製程所需之關鍵材料特性,以及如何應用熱分析法(Thermal analysis)分析材料熱性質及製程加工最適條件。

驅動IC封裝方式
1. TAB (Tape Automated Bonding)捲帶式封裝 :
從Chip Interconnection的演進來看,TAB的技術主要係為取代Wire Bonding,隨著薄型化之要求,已成為LCD封裝的主要技術。在日本TAB技術亦稱為TCP(Tape Carrier Package),可區分成兩階段技術:ILB(Inner Lead Bonding)與OLB(Outer Lead Bonding)。前者,從軟性電路板的設計及製造、凸塊的製造到內引腳接合及封膠、測試。後者則指捲帶上的引腳與LCD面板及PCB間的接合技術。目前多使用於大尺寸之Monitor或TV面板。

2. COG(Chip On Glass)
乃是直接在IC的晶片上長凸塊,以ACF(異方性導電膠)直接接合於LCD的面板上。而對於外送的訊號則以FPC (Flexible Pring Circuit Borad)做媒介。COG方式多應用於小面板產品,而大面板產品比較少廠家予於大量使用。

3. COF(Chip On Flex)
這是由TCP技術衍生出來的,將IC及被動元件直接與Film接合,再以ACF做介面材料黏結在玻璃基板上。由於此封裝形態重量輕、容易修復、且可做高密度間距封裝,具可撓性,是目前最新的發展技術,多使用於以輕薄短小、邊緣狹小為訴求的產品上,以手機面板為最大宗,而Notebook面板亦漸漸以COF技術取代TCP封裝方式。



熱機械分析儀(TMA)分析COF Tape的實例
這是由TCP技術衍生出來的,將IC及被動元件直接與Film接合,再以ACF做介面材料黏結在玻璃基板上。由於此封裝形態重量輕、容易修復、且可做高密度間距封裝,具可撓性,是目前最新的發展技術,多使用於以輕薄短小、邊緣狹小為訴求的產品上,以手機面板為最大宗,而Notebook面板亦漸漸以COF技術取代TCP封裝方式。

動態黏彈機械分析儀(DMA)分析 COF Tape的實例
動態施力方式,量測樣品在溫度、力量及頻率的環境下,機械性質(E’&E”)、阻尼值(tan )或黏度的變化,而tan 最大時即代表材料的Tg點。 由DMA結果中的E’(Storage modulus)可得知Tape的機械強度,簡單形容即是Tape的軟或硬程度,E”(Loss modulus)則代表Tape的黏性性質,可反應Tape熱壓後反彈的延遲,可作為壓合時間及溫度的參考。

熱示差掃描分析儀(DSC)分析防焊綠漆交聯製程參數的實例
DSC主要分析材料在受熱時,由於各種相變化(如Tg, 熔融、結晶)或化學變化(如交聯),伴隨而來的能量吸收或釋放及變化溫度。由防焊綠漆的DSC圖譜,可明顯看到綠漆的Tg點及交聯曲線。Tg點代表綠漆已轉換至橡膠態,流動性質較佳,應用於綠漆印刷時的溫度控制。交聯曲線則包含了交聯溫度範圍及交聯放熱分布,可應用於綠漆交聯製程之溫度及時間控制參考。

DMA分析防焊綠漆交聯程度的實例
當綠漆交聯程度不足時,交聯較不完全的部份,其分子鏈較短,相對之機械性質愈較差。因此,其E’ (儲存模數)相對較小,變軟的程度(E’下降的趨勢)亦較快;而在tan d部份,若交聯均勻且完成,僅會有一個尖峰訊號,單一Tg點,若交聯不均勻,在較低溫會有多餘的尖峰訊號出現,即交聯分子鏈較短的部份所造成。由此,即可清楚判斷交聯的程度,除綠漆外,亦可適用於各種交聯性材料,如壓合成型的Tape,其中黏著層的交聯狀況。

熱示差掃描分析儀(DSC)分析封膠樹脂Epoxy烘烤時間及溫度的實例
Epoxy交聯時為一放熱反應,由DSC分析結果可得到交聯波峰訊號,波峰面積即交聯過程所釋放的能量。高分子材料的交聯行為與溫度有極密切的關係,不同溫度下的交聯速度及交聯曲線亦不同,溫度愈高,交聯的速度愈快。由DSC結果,可得到最適之交聯溫度及時間,並可由交聯面積計算出交聯完成的比例。一般而言,Oven烘烤的溫度即恆溫交聯所需的溫度,時間則決定於DSC的分析結果上,選擇所需交聯程度相對必須的時間。有些膠材須預烘烤(Precure),如NCP(Non-conductive paste),預烘烤的時間亦可參考DSC圖譜,預烘烤的溫度則可以DMA模擬預測。

熱重量分析儀(TGA)分析導電膠材中各成分組成及裂解溫度的實例
TGA主要分析材料隨溫度變化而造成之重量變化,由重量變化可得之各組成之比例,而由重量開始變化的溫度,推測材料的裂解溫度及特性溫度。由導電銀膠的TGA結果,明確得知溶劑的比例,可控管膠材的品質,並可確實獲得膠材的正確比例,以便控制交聯參數。

FT-IR 分析技術在電子產業上的應用


QA/QC膠片品管
CCL膠片是PCB的基材, 其品質好壞關係著PCB的性質良莠,下圖是正常膠片和不良膠片的光譜比較圖,是利用ATR全反射配件量測的結果,很明顯的被污染的劣質CCL膠片在1660 cm-1有吸收產生,表示材料已經變質而相對於正常膠片則沒有此吸收。

Contamination電腦板上污染物定性分析
右圖為PCB上的污染,樣品是電器開闢內電路板上的污染光譜分析,利用Auto Marker標示污染源位置(1-6),再以 Microscope分別測試position 1-6的光譜認定是否含有相同污染物,比對得知確定1-6都是含有PET的污染物而不是含有不同來源的污染。 同時其他各種PCB上常用的藥劑、電鍍液、高分子材料、添加劑、銀膠、助熔劑,這些都可利用FTIR / Microscope來作品管和研發的工作。

Contamination手機板上污染
近幾年來3C電子產品發展日新月異,尤其是手機產業更是發展快速也造就軟板產業的興起,它彌補了PCB硬板體積太大,不適合放入手機這類講求短小輕薄的電子產品內的缺點,改用軟板來取代過去PCB硬板的功能,放置各種電子零件,現在更發展成軟硬結合板取代PCB硬板的功能。 右圖是軟板用金面的污染圖,污染源位置(14),光圈大小100x100um結果污染物也是PET高分子。

UV / Vis分析技術在電子產業上的應用


電子材料分析
這是電子產品的色板分析,光譜範圍是250-2500nm 涵蓋紫外光/可見光/紅外光範圍。由光譜可知此色板會cut掉300nm 以下的紫外光,而500nm附近的綠光最大的穿透度。

穿透片材料分析
這是電子產品的穿透片材料分析,光譜是300-800nm 可見光範圍。這些光譜是利用積分球配件作穿透實驗了解不同材料的抗UV性(cut 380nm以下的光譜)和可見光穿透率的高低,由光譜可選擇最適當的穿透片材料利用在手機上而達到產品的最適化目的。

層析分析技術在電子產業上的應用


1. GC(氣相層析儀):
電子產業對於製程所使用的溶劑純度十分重視,所以可以使用氣相層析儀搭配針對光電產業製程中所使用的溶劑及試劑的純度進行測試。而且在成本考量下,製程中所剩餘的溶液常會需要回收,將溶劑和溶質添加至原有濃度,除了節省成本也兼頊環保。



2. GC/MS(氣相層析質譜儀):
GC/MS因為具有強大的未知物鑑定功能,所以一直是材料研發上的利器。在材料分析上,除了針對液體樣品成份做分析外,還可搭配熱脫附儀分析材料釋放量;也可以搭配熱裂解儀,將樣品中的配方一一解析定性,另外除了 NIST的結構圖庫外,還有高分子材料圖庫及自建圖庫功能 ,對於材料的配方研究是最好的工具。



3. Turbomatrix thermal desorbers;ATD(全自動熱脫附儀):
ATD熱脫附儀為一個能針對固態及氣態樣品揮發/半揮發性有機物的進樣系統,後面需搭配GC或GCMS的分析機台才能得到數據。而電子元件如硬碟、電路板等都必需經過”材料外氣釋放”(Material Outgassing)分析。以確保電子元件未來在機台中持續運轉的持久性,這些測試都是以ATD連結GCMS測試,除了控制Outgassing的量,也能做表面未知污染物的測試。



4. Turbomatrix headspace samplers;HS(自動頂空採樣系統):
電子廠會排放許多的廢水,而根據環境法規,排放廢水中揮發性有機化合物不得超標,而量測廢水的取樣方式即為Headspace,頂空採樣能將廢水中揮發性有機化合物的成份因加熱而平衡至氣相層,再利用專利的壓力平衡式取樣法,將VOCs有效的傳輸至GC或GC/MS分析。若要求更高的靈敏度,則可選配吸附劑的設計,將VOCs濃縮至吸附管中再傳輸至GC分析,能增進百倍的效能。尤其當樣品中含有微量的酸或鹼存在時,需避免進入到GC系統,造成機台及零件的損傷,只有PerkinElmer Turbomatrix HS不使用任何閥件及金屬管路,還有鉑/銥合金的取樣針,才能應付所有的樣品。



5. Pyrolysis(熱裂解儀):
半導體中所使用的化學品眾多,許多成份因結構太大(如光阻劑)是不適合直接進樣至GC/MS分析的,此時就需要使用熱裂解儀Py-GCMS來做分析。熱裂解儀是一種樣品前處理機台,後面必需接GC或GC/MS。其工作原理即利用熱能將材料中的組成一層一層的分開進樣,所以可以將樣品中使用的溶劑、添加劑、共聚合物甚至比例都解析開,可以提供給使用者在研發上更多更完整的資訊。 Pyroprobe 5000 Series是市場上升溫速度最快、可達溫度最高、分析段數最多的熱裂解儀,具有不佔GC注射口可快速切換的特性,可帶給使用者最多的便利。

表面分析技術在電子產業上的應用


碟(如硬碟)表面素材線,常因為鈷的擴散,而引發讀寫頭的不正常跳動,最終導致壞軌情形發生。飛行時間式二次離子質譜儀(ToF-SIMS)可以偵測出鈷的擴散情形並協助故障分析。