《电子产业科技》PPT课件.ppt

Chapter 5. 電子產業科技,我國石化產業歷經業者數十多年的努力與貢獻，在亞太石化產業與市場中居領先地位，然而近年來面對新興國家的急起直追與原料價格的高漲，以外銷為導向的我國石化產業，面臨許多挑戰。 目前我國發展電子資訊產業在全球已具影響力，半導體、顯示器、太陽光電產業已逐漸向上游材料發展，許多中小企業與傳統化工產業跨入電子材料領域的廠商也陸續成熟開始出貨。 對化工產業而言，電子材料屬於特用化學品的一部分，市場值雖不如石化產業，但擁有高附加價值，可以說電子材料是化工及與電子產業的交會點。,電子材料其涵蓋範圍非常廣泛，若從應用產業或領域區分，亦可歸納為半導體材料、顯示器材料、印刷電路板材料、電池材料、記錄媒體材料、被動元件材料、光纖光纜材料等。 現今對電子材料之定義為應用於IC製造、平面顯示器、構裝、印刷電路板、太陽電池等產業的材料，其主要功能在於本身光機能性，或會影響產品電氣性質的材料。,新興的半導體、光電、通訊、資訊硬體、電子零組件及關鍵材料產業，帶動我國電子產業的蓬勃發展。全球電子業在歷經2001、2002年的產業低潮後，2003年開始復甦，2003年全球電子材料市場主要成長貢獻來自於TFT-LCD材料、IC載板及12吋矽晶圓片。 隨著半導體及平面顯示器製造業之相關製程不斷更新，應用在製程中的蝕刻劑、清洗劑、去光阻劑、化學機械研磨劑等電子級化學品的規格也愈趨嚴格 電子化學品對純度的要求愈高，生產技術困難度愈大。電子化學品的關鍵技術，如：分離純化、微粒子過濾及品管分析等技術。,臺灣經濟景氣之榮枯，兩兆雙星（所謂的兩兆，係政府將半導體與影像顯示兩項產業的產值在2006年時，各自突破新台幣1兆元之目標。雙星係指政府推動數位內容與生物技術兩項產業成為我國未來具發展潛力的兩項明星產業。）的發展，扮演著重要之推動力量，尤其兩兆之面板產業為其中的關鍵，包括了液晶平面顯示器LCD、PDP電漿顯示器面(也有人翻做離子顯示器)與OLED。而新世代液晶顯示器技術，其所需之顯像材料包羅萬象。 PDP屬於自發光顯示器，它的原理與日光燈或霓虹燈類似，在真空玻璃中注入惰性氣體或水銀氣體，再利用加電壓的方式，使氣體產生電漿效應而放出紫外線光(波長是以混合147奈米(nm)為主)，此紫外線照射到塗佈在玻璃管壁表面上之螢光粉時，螢光粉就會被激發出可見光，由這些光點構成畫素，進而形成畫面。,包含了新型液晶分子設計與合成、奈米有機/無機液晶及界面之探討、液晶材料純化與特性模擬，以及穿透式與反射式液晶平面顯示器之應用。 基於原材料之特性對光電元件之功能，甚或之於產能有相當大的影響，當光電元件之功能需求大幅提升之際，設計及合成相關材料之化工技術已成為科技產業未來發展之關鍵。 材料之物/化性質與光/電特性均可藉由分子設計、微結構調整修飾或利用合成條件控制作適度之調制以符合應用需求。,半導體產業 科學工業由微電子學逐漸發展成電腦產業以及資訊工業，資訊工業是20世紀工業和物理研究衝擊最大的一環，這股熱潮將延續到21世紀。,電子產業簡介,特性： 上下游廠商形成一個完整之產業支援體系。 生命週期甚短-過期產品之價格即迅速下滑。 目前成品裝配利潤大幅降低，以致部分廠商之經營轉向利潤較高之關鍵性零組件。,電子產業簡介,資訊產業,主要之資訊產品,零組件產品 主機板、鍵盤、繪圖卡、電源供應器、印刷電路板、晶片組、連接器等 系統產品 桌上型個人電腦、筆記型個人電腦、工作站、伺服器、掌上型電腦等 週邊產品 監視器、滑鼠、掃描器、終端機、硬碟機、軟碟機等 數據傳輸產品 網路卡、數據機、集線器等,消費電子產業 傳統消費電子產品 數位多媒體產品 3C (computer、communication、consumer electronics) IA (Information appliance),電子產業簡介,消費電子產業,光電產業 液晶特有的光電特性，可用來做為顯示用途 液晶特有的光電特性，可用來做為顯示用途，而目前市面上量產的平面液晶顯示器主要可分成三種，即型、型及型三種,電子產業簡介,光電產業,型液晶顯示器在早期電子錶上使用甚多，但其最大缺點為光應答速度較慢，容易形成殘影，因此後期發展出新一代的液晶顯示器-型,我國光電產業在光顯示與光通訊領域帶動下，2006年光電產值將達新台幣1.38兆元包括光輸入、光儲存與光輸出的光資訊領域 光顯示領域包括PDP、大尺寸TFT LCD、中小尺寸TFT LCD、TN/STN、有機LED等等。 光顯示延續資訊用市場以TFT LCD面板為主流的優勢成長，也朝向大型化及高畫質數位電視產品發展。 推動新興能源科技-我國太陽光電產業推動作法,光電產業近況,光電產業展望,展望未來，光電產業仍位居國內主力科技產業的一員，在TFT-LCD、STN進入擴大量產階段，以及CD-R/RW、DVD光碟機及各類光碟片等產品的研製，加上我國在LED、LD光電半導體方面的實力，以及光輸出入領域掃瞄器與數位相機的發展，將為台灣光電產業進入新世紀的主要動力。,晶圓片示意圖,半導體材料,目前電子元件的應用以矽材料為主。半導體材料的導電度沒有金屬高，但是其他的特性使得這些材料用途廣泛，因為受到雜質的影響非常大，即使雜質濃度很低，由於純物質本身電子結構所產生的半導體電性，稱為本質半導體(intrinsic semiconductors) ;由雜質原子所產生的半導體電性，稱為外質(extrinsic)半導體。幾乎所有商業用的半導體都是外質的，其電性由雜質決定；此雜質含量極微也會產生大量的電子和電洞。,印刷電路板(PCB)為電子系統產品之母或3C產業之基 用途： 消費性電子產品、資訊、通訊、醫療，甚至航太科技產品,印刷電路板技術,印刷電路板種類,依柔軟度可區分為硬板及軟板兩種。 依工研院材料所ITIS計畫對其材質分為 ： 紙基材銅箔基板(Copper Clad Laminate, CCL) 複合(composite)基板 玻纖布銅箔基板 軟/硬板 陶瓷基板 金屬基板 熱塑性基板 其中又以紙基板、軟性印刷電路板(flexible PCB)及硬質印刷電路板(rigid PCB)三種使用最為普遍 。,軟性印刷電路板又稱為軟板或FPC，是Flexbil Printed Circit的縮寫，產品具有質輕、薄小、可彎曲、低電壓、低消耗功率等特性。60年代由美國開發用於航太及軍事上之用途，70年代末期開始逐漸應用在計算機、照相機、汽車音響、印表機等產品。之後，由於強調高功能、小體積、重量輕的可攜式資訊產品、通訊產品及消費性電子產品逐漸開始受到消費者歡迎，90年代後期，軟板便開始在印刷電路板產業中佔有一席之地。其基材為柔軟的塑膠絕緣層，具有可撓曲、輕、可連續生產的特性，製程難度較硬板高。 目前的用途： （1）LCD、NB （2）折疊式手機 （3）光碟機 （4）數位相機等,軟性印刷電路板： 以印表機、硬碟機、筆記型電腦等為主 材料 ；高分子薄膜、聚亞醯胺、壓延銅箔 硬質印刷電路板依照層數可分 單面板(single-sided PCB) 雙面板(double-sided PCB) 多層板(multilayer PCB),印刷電路板種類,接下頁,印刷電路板製程圖,接上頁,印刷電路板製程圖,未來電子構裝發展趨勢： 朝向功能性基板發展，大量的被動元件整合(Integration)在電路板中，縮小產品的體積，減少元件與IC、元件與元件間的傳輸距離，因應高頻、高速的需求。 國內廠商未來發展走向： 發關鍵材料以及製程技術。,印刷電路板之未來展望,我國積體電路(Integrated Circuit, IC)產業形成的歷程： 民國47年，交大電子研究所在新竹成立。 民國49年成立計算機、通訊、電子、半導體、雷射及光電等實驗室。 53年成立矽平面技術研究中心。 新竹科學工業園區成立 工研院電子所 7微米 3微米CMOS公司-聯華電子 聯電、台積電、台灣光罩 民國76年工研院電子轉為6吋廠。,積體電路,半導體製程流程,半導體製程相關技術： 晶圓（wafer） 光罩檢測（Retical Inspection） 光學顯影 微影製程 離子植入技術,氣體傳輸 熱能傳遞方式 CVD 反應步驟 CVD 設備與製程,化學氣相沉積 (Chemical Vapor Deposition， CVD),氣體傳輸,wafer surface,層流,擾流,流體流動形式,熱能傳遞方式,傳導 經由介質將熱能從溫度高處傳向低處，介質不移動 輻射 不經由介質將熱能直接輻射至晶片之表面或底部(再經由傳導加熱) 對流 流體的流動將熱能從加熱源傳到晶片,CVD 反應步驟,反應氣體擴散 反應物吸附在晶片表面 化學反應 吸解通過邊界層指未反應物及部份生成物 抽離系統,物理氣相沉積 (Physical Vapor Deposition， PVD),PVD 反應步驟 PVD 製程 PVD與CVD之比較,PVD 反應步驟,長晶 晶粒成長 晶粒聚結 縫道填補與沉積膜成長,濺鍍法(Sputtering Deposition) 分子束磊晶成長(Molecular Beam Epitaxy，MBE) 離子蒸鍍（Ion Plating） 蒸鍍是在高真空狀況下，將所要蒸鍍的材料利用電阻或電子束加熱達到熔化溫度，使原子蒸發，到達並附著在基板表面上的一種鍍膜技術。在蒸鍍過程中，基板溫度對蒸鍍薄膜的性質會有很重要的影響。通常基板也須要適當加熱，使得蒸鍍原子具有足夠的能量，可以在基板表面自由移動，如此才能形成均勻的薄膜。基板加熱至150以上時，可以使沈積膜與基板間形成良好的鍵結而不致剝落,PVD 製程,物理氣相沉積反應室,PVD與CVD之比較 p.175,選材： a. 物理蒸鍍 b. 化學蒸鍍 蒸鍍溫度、時間及膜厚比較 物理蒸鍍400600, 13hr, 110 micron 化學蒸鍍1000 , 28hr, 130 micron 物性比較,化學機械研磨 (Chemical Mechanical Polish， CMP),1997年始 ，半導體製造廠開始採用化學機械研磨技術為主(Chemical Mechanical Polishing， CMP) 利用化學反應及機械力的方式，將晶片表面之矽氧化物或金屬膜移除，以達到平坦化的效果，以增加往後製程之製程能力。,影響CMP的變數有：研磨頭所施的壓力與晶圓的平坦度、晶圓與研磨墊的旋轉速度、研漿與研磨顆粒的化學成份、溫度、及研磨墊的材質與磨損性等等。 目的：平坦化(planarization),化學機械研磨 (Chemical Mechanical Polish，CMP),化學機械研磨製程相關條件： 研磨速率 膜厚變化量 研磨時間 化學清洗槽 CMP 製程，研磨墊(pad) 研磨液(slurry) 研磨墊平整器(pad conditioner) 氧化層CMP製程說明圖,化學機械研磨 (Chemical Mechanical Polish，CMP),氧化過程,To break up the Si-Si bonds,將材料使用化學反應或物理撞擊作用而 移除的技術，蝕刻是有區域選擇性的。 濕蝕刻