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科技專案成果

加成式微細電路綠色製造技術 開創藍海新革命
發佈日期:2020-02-03
單位:財團法人工業技術研究院
案例年度:2019
簡介:
電路製程再簡化 兼顧成本和環保
電子產品的製造材料和技術,除了要力求降低成本及簡化製程外,也要持續加強「綠色」特性,為環境保護盡一份心力。工研院機械所開發的「超細線寬轉印綠色製程與設備技術」,不僅縮減製造工序,更重要的是,此計畫實現了節水、節電、減碳及減廢棄物的環保訴求。

特色:

獎項名稱:技術成就獎
執行單位:財團法人工業技術研究院機械與機電系統研究所
計畫名稱:超細線寬轉印綠色製程與設備技術開發計畫(4/4)
資料出處:108年度經濟部技術處法人科專成果表揚成果專輯
 

微型多功能化,這是電子產品近年的研發關鍵詞,再加上「碳足跡」議題發燒,兩方要求相加,「電路細微化」及「生產綠色化」已成為廠商提升競爭力的不二法門。
 

臺灣在全球印刷電路板市場的市率排名第一、薄膜電晶體與感測器全球市佔第二、觸控元件全球市佔第四,相關產值超過新臺幣1.5兆元,這些數據充分說明臺灣在全球光電及電子零組件產業扮演重要角色。臺灣產業理應對微細化及綠色化這兩大趨勢做出更多貢獻,工研院機械所承擔起這個重任。
 

工研院從黃光蝕刻這個製程環節著手。根據工研院的說明,傳統電路的黃光蝕刻製程存在許多有待解決的問題,包括材料耗損率、使用汙染物( 蝕刻電鍍液體等) 使用,以及現有製程限制線寬微細化等。如果不儘快解決,這些問題將對我國產業競爭力造成嚴重影響。
 

於是,工研院決定要徹底解決這些問題。工研院機械所的作法是以製程再設計為基礎,透過材料化工、機械控制及電光資通等領域人才整合,發展先進的材料及模組設備技術。
 

工研院自主研發之「加成法微細電子線路綠色製造開發平台」,可在非接觸式情況下,快速化鍍(electrolessplating) 成長3μm線寬之軟板電路。

▲ 工研院自主研發之「加成法微細電子線路綠色製造開發平台」,可在非接觸式情況下,快速化鍍(electrolessplating) 成長3μm線寬之軟板電路。
 

R2R無電鍍銅設備

▲ R2R無電鍍銅設備
 

相信科學 突破導電膠體瓶頸
 

然而,開發過程佈滿荊棘。例如,此計畫規劃採用導電膠體當做印刷物,以印刷技術直接完成圖案化電路製作。初期提出此構想時,所有廠商都抱持質疑態度,因為雖然製作理論有其科學依據,然而,由於導電材料的電性相較純金屬仍有一段差距,廠商不相信工研院有辦法克服障礙。
 

工研院機械所同仁回想那段日子,常常是在自我砥礪及自我懷疑之間拉扯,然而,也正因為外界的質疑,激勵這群相信科學的研究菁英更加積極努力,只為了向外界證明“YES, WE CAN."失敗很簡單,只要放棄就可以,而堅持成了當下機械所同仁之間的座右銘。
 

工研院和業界合作,以自主研發之「加成法微細電子線路綠色製造開發平台」,製作線寬僅3μm的軟板電路,突破產業界線寬極限。

▲ 工研院和業界合作,以自主研發之「加成法微細電子線路綠色製造開發平台」,製作線寬僅3μm的軟板電路,突破產業界線寬極限。
 

R2R無電鍍銅設備

▲ R2R無電鍍銅設備
 

堅持不放棄 成功縮減工序
 

大家一次又一次地調整油墨塗料配比、測試印刷參數、驗證金屬沉積的條件等等,經過無數次的研議、討論、甚至是爭執,最終迎來了甜美的果實。計畫團隊的堅持,終致突破製程的技術瓶頸並達成綠色品質的環保理想。他們的努力證明「科技與環境絕非站在對立面」。
 

「超細線寬轉印計畫」的開發成果很多,包括:前驅物觸發轉印膠體材料、低毒性金屬化藥液、超快雷射刻板(模具)設備技術、卷對卷包覆式凹版轉印設備、卷對卷非接觸式設備等。這些成果促使電路生產僅需透過印刷、活化及金屬化共3道製程就能完成,傳統微影蝕刻技術至少需6道製程。
 

除簡化製程這個好處外,相較於現有微影蝕刻技術,超細線寬轉印製程能縮短產線長度, 從73公尺到20公尺;能提升產能,從30mm/s到75mm/s,以及能縮小線寬,從30μm→3μm,更創造了節電87.7%、節水92.2%、減碳87.7% 及減廢棄物87.2%的綠色生產效益。
 

產研合作 一起愛地球
 

這些成果也實際協助業者,例如,根據嘉聯益的實際分析結果,採用超細線寬轉印製程,較現有微影蝕刻技術可降低生產成本超過3成,能耗及碳排也減少80%以上。預計此技術將可協助該公司搶攻高階軟板市場,進而開創每年超過15億元的新商機。
 

此外,這些技術也Spin-in 國內印刷零組件大廠黑木公司(全球佔有率57%) 成立新創事業處,促使該公司由傳統零組件供應商跨入終端產品(印刷電子)端。新創事業體已於2017年成立並投資6,300萬完成產線及廠房建置,並協助國內廠商進行印刷電子產品、透明天線及照明相關等產品代工生產。
 

本計畫成果也連結國內廠商建立國內自主零組件供應體系,包含:協助誠霸科技建置大尺寸超快雷射加工設備、協助創新應材建立前驅物轉印塗料技術、協助孟晉開發低毒性化鍍藥水,以及技轉妙印精機建立精密轉印設備技術等。
 

總計此計畫技術移轉及委託工業服務共35家廠商61件次,並促成產業研發聯盟共5件、Spin-in新創事業1件、技術導入產業建立量產線1件及國際合作10件。透過跨領域合作,工研院機械所團隊成功執行「超細線寬轉印綠色製程與設備技術開發計畫」執行,推動臺灣的光電製造業朝向永續發展目標邁進。
 

工研院自主開發之卷對卷凹版轉印設備,具有精準對位功能,可進行雙面印刷,提升轉印品質。

▲ 工研院自主開發之卷對卷凹版轉印設備,具有精準對位功能,可進行雙面印刷,提升轉印品質。
 

團隊合影

▲ 團隊合影
 

【專家推薦】
 

  1. 本技術為領先國際的加成式細微電路綠色製造技術,改良前瞻微細化電路板製造流程、材料、設備等相關技術,包含轉印材料、雷射刻板設備、軟板轉印設備、簡化製程等,且可達到提升產能、節能、節水、減廢等效益。本技術可促成製程簡單化、電路細微化、製造綠色化的效益,滿足電子電路需求製程,並可持續提升臺灣PCB產業競爭力維持世界第一。
     
  2. 本技術用於輔導國內廠商建立全球首創卷對卷全加成式微細電路軟板生產線,可大量降低生產成本,提升產線效益。
     
  3. 本技術利用印刷膠體活化、金屬化三道製程取代微影蝕刻,達到電路細微化及製程綠色化生產效益,技術成果更衍生專利技術移轉35件、國際合作10件、輔導廠商35家61件次技術升級轉型,並促成1家精密印刷代工新創事業,產業帶動效益顯著。
     
  4. 本案之專利佈局以導線結構為核心,透過製程機構及產品應用共26件,形成圍牆式專利佈局,以嚴密的保護圍牆阻擋其他競爭者研發方向,防止任何單點突破。專利佈局策略規劃及落實,足為表率。

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