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喬越電子報(bào) 創(chuàng)刊號(hào)

  • 植物工廠應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)
前言現(xiàn)況一：短缺問題1. 全球人口突破70億，饑餓人口高達(dá)10億→糧食短缺問題
2. 俄羅斯、加拿大、澳洲..等糧食輸出國(guó)，農(nóng)獲量因干旱或洪水而減少→糧食限制或有條件出口
現(xiàn)況二：食用安全問題1.美國(guó)食品及藥物管理局FDA曾公布:十大致病食物之首是鮮食葉菜類a.生菌數(shù)過高? b.農(nóng)藥殘留? c.蔬菜中的硝酸鹽含量(最易被忽略)? 施肥→迅速增加產(chǎn)量。無論有機(jī)生產(chǎn)或一般生產(chǎn)，肥料中都含有氮，蔬菜必須經(jīng)由光合作用，消化代謝氮化物(降低硝酸鹽)
2.環(huán)境污染問題(重金屬/輻射..)→高質(zhì)量糧食
  • 植物工廠發(fā)展趨勢(shì)
目前市場(chǎng)上LED業(yè)者的制造能量為植物工廠LED光源的質(zhì)量與價(jià)格帶來一定程度的保障，各家業(yè)者多以兩種模式切進(jìn)植物工廠市場(chǎng)，其一是以單獨(dú)販賣LED光源方式打入植物工廠供應(yīng)體系，銷售LED光源的商業(yè)模式較為單純。業(yè)者若是將各種光源的使用方式、搭配種植種類與情境等說明清楚標(biāo)示，將有助使用者采用。
另一方面，市場(chǎng)上也有越來越多業(yè)者走向整廠輸出模式，依據(jù)用戶需求調(diào)配出不同LED光源與環(huán)境控制系統(tǒng)，以客制化方式進(jìn)行整廠輸出，以完整解決方案的方式因應(yīng)客戶需求，不僅販賣LED光源，也同步提升整體產(chǎn)品的技術(shù)含量與附加價(jià)值。
植物工廠大致分成簡(jiǎn)易溫室與整體環(huán)境控制(全環(huán)控)兩種，相較于自然環(huán)境，植物工廠初期的建置成本仍是業(yè)者采用時(shí)的最大考慮因素。如果以臺(tái)灣與中國(guó)大陸東南一代的農(nóng)業(yè)環(huán)境為例，業(yè)界專家指出，由于氣候與土壤環(huán)境不差，適合以簡(jiǎn)易溫室方式推行植物工廠，LED光源的補(bǔ)充就能有效提升產(chǎn)能，若以全環(huán)控方式推廣植物工廠，其實(shí)反而會(huì)面臨到成本過高削弱競(jìng)爭(zhēng)力的狀況。
而全環(huán)控的植物工廠，則全面性的進(jìn)行日照、溫度、濕度、養(yǎng)分、水分、二氧化碳等生產(chǎn)環(huán)境的整體調(diào)控，透過每分鐘緊密調(diào)節(jié)，全天候地量產(chǎn)。全環(huán)控植物工廠的建置成本相對(duì)高昂，適合用做高附加價(jià)值作物與高單價(jià)觀賞用植物的栽植上。
  • ?植物工廠光源應(yīng)用
植物工廠的LED光源主流形式也有兩種。其一是采用以熒光粉方式混出的白光光源，其二是采用紅光LED、藍(lán)光LED與紫外光LED等不同顏色LED去混光或補(bǔ)強(qiáng)植物需要波長(zhǎng)的LED照明。關(guān)于這點(diǎn)，目前業(yè)界仍有不同看法，由于花卉作物行光合作用時(shí)吸收的光以可見光和紫外光線為主，也就是說，植物行光合作用時(shí)僅需要紅藍(lán)光，特別是紅光波長(zhǎng)分布在650-655nm，以及藍(lán)光波長(zhǎng)在450-470nm，能達(dá)到的效果最佳，這種植物照明的應(yīng)用，就適合采用混光形式的LED光源，而不是用熒光粉混合出模擬太陽光的白光LED光源。因此，部分業(yè)者推出的植物工廠產(chǎn)品以搭配紅藍(lán)光LED為主。
不過，業(yè)界目前較多以植物工廠搭配白光LED光源的支持者，以熒光粉混出白光更趨近于太陽光日照模式，市場(chǎng)專家指出，白光的優(yōu)勢(shì)在于觀察植物耕作時(shí)更為便利，加上白光可以搭配不同情境做出光源的轉(zhuǎn)換，也是業(yè)者在打造植物工廠時(shí)采用白光照明的一大優(yōu)點(diǎn)。
LED照明技術(shù)在芯片端、封裝端的成熟，以及與隨之而來的市場(chǎng)價(jià)格下滑，使得LED照明應(yīng)用范圍更加多元，采用LED照明優(yōu)勢(shì)的植物工廠也成為臺(tái)灣國(guó)內(nèi)外大廠近年來積極耕耘市場(chǎng)?；厮分参锕S的概念，其實(shí)人類早在1950年代就已經(jīng)提出，1970年代進(jìn)入商業(yè)化階段，采用當(dāng)時(shí)的傳統(tǒng)光源。人類打造植物工廠的目標(biāo)，就在于一年四季都可產(chǎn)出高質(zhì)量作物，同時(shí)可減少農(nóng)藥等化學(xué)藥劑的使用，并且有效利用水資源。
隨著LED照明應(yīng)用成熟度的提升，LED照明已成為植物工廠不可或缺的一環(huán)，相較于傳統(tǒng)的鹵素?zé)襞c熒光燈管，LED光源不僅環(huán)保，也同時(shí)兼具省電優(yōu)點(diǎn)，對(duì)使用者而言，LED光源的可調(diào)控性更是為農(nóng)業(yè)栽植帶來更多優(yōu)勢(shì)。LED光源的光質(zhì)與光量皆可控制，可以針對(duì)不同品種與種植種類搭配不同波長(zhǎng)的LED光源，光量的部分也可以隨著日照長(zhǎng)短進(jìn)行補(bǔ)充。另外不能小看這個(gè)強(qiáng)化特定波長(zhǎng)的效果，與傳統(tǒng)光源比起來，LED更能夠發(fā)揮不同植物需要不同特定波長(zhǎng)來補(bǔ)充能量的優(yōu)勢(shì)。但是和太陽光相比，LED能量自然還是略遜一籌，但由于夜間沒有太陽光，LED光源的補(bǔ)充與強(qiáng)化，正是可縮短植物生產(chǎn)期的原因之一。
  • 熒光粉新趨勢(shì)
依照市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)LEDinside對(duì)于2014年全球LED照明市場(chǎng)的預(yù)測(cè)指出，由于LED燈泡與燈管需求日趨明顯，產(chǎn)值將可達(dá)到353億美元，比起2013年，年成長(zhǎng)率達(dá)到47.8%，使得LED照明滲透率順勢(shì)突破30%大關(guān)，預(yù)估將來到32.7%。
為取代傳統(tǒng)白熾燈的市場(chǎng)，LED除了亮度外，演色性(CRI)成了重要的關(guān)鍵因素，過去為了追求發(fā)光亮度，大多由450~460nm波長(zhǎng)的藍(lán)色芯片搭配550~560nm波長(zhǎng)的黃色YAG熒光粉，但封裝完后的LED演色性大約只有70左右，應(yīng)用在照明上會(huì)有色彩失真的效果以及長(zhǎng)時(shí)間下來對(duì)人眼產(chǎn)生不舒服感現(xiàn)像，所以自去年起，廠商陸續(xù)推出CRI 80以上的照明產(chǎn)品，就是因應(yīng)這股市場(chǎng)需求。
喬越公司為提供適合客戶需求的產(chǎn)品，尋求滿足其需求的原料供貨商；中國(guó)制釉(China Glaze)即是國(guó)內(nèi)最早推出綠色LuAG熒光粉的生產(chǎn)廠家，看準(zhǔn)這股趨勢(shì)，該團(tuán)隊(duì)于去年第四季推出多款CRI 80 & 90 為主的熒光粉組合，目前配合封裝廠測(cè)試后已達(dá)到符合LM80的標(biāo)準(zhǔn)，符合客戶期待。看好LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍(lán)圖與潛力，原料供貨商今年也將大幅提高研發(fā)資本支出，開發(fā)多款特殊應(yīng)用的熒光粉產(chǎn)品，預(yù)計(jì)今年熒光粉的成長(zhǎng)可期，并有機(jī)會(huì)帶動(dòng)原有陶瓷材料以外的新一波成長(zhǎng)。
  • ?關(guān)鍵離心設(shè)備
?隨著LED封裝技術(shù)日新月異，各廠商期許自家制程能力不斷提升，以達(dá)到Cost down為目的，使公司能夠永續(xù)經(jīng)營(yíng)。一般來說，影響落Bin率的因素有很多，如:芯片波長(zhǎng)、點(diǎn)膠量精準(zhǔn)度、膠水使用時(shí)間、封裝膠與熒光粉攪拌均勻度等；以上問題各家廠商利用制程能力或設(shè)備加以解決。但傳統(tǒng)封裝方式常忽略或無法有效解決點(diǎn)膠先后順序，隨著時(shí)間飛逝，膠體內(nèi)的熒光粉開始沉淀，進(jìn)而造成同一批生產(chǎn)LED熒光粉沉淀速度也不一致，導(dǎo)致量測(cè)出來的CIE落點(diǎn)較為離散。
 
喬越提供解決方案-離心式熒光粉沉淀機(jī)JWT-671利用物體進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力代替重力，加速熒光粉沉降速度的一種分離制程設(shè)備，讓熒光粉均勻涂布在膠杯底部，縮短自然沉淀時(shí)間(靜置制程)，有效提升落Bin集中度，良率可提升3%~8%。以提高整體點(diǎn)膠后質(zhì)量及產(chǎn)能。
  • 傳導(dǎo)材料首選--銀膠
?全球環(huán)保意識(shí)抬頭，在照明方面：LED照明將逐漸取代傳統(tǒng)照明。高功率的LED 不斷在成長(zhǎng)，隨著高功率LED的發(fā)展，工程師面臨到的必要課題是『快速且有效的解決【熱】』；在此封裝制程中不可或缺的，則是必需將芯片產(chǎn)生的熱有效導(dǎo)至板材，在這此過程中，其中間傳導(dǎo)材料則必需符合良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電功能，銀膠即為其首選。
法國(guó)品牌PROTAVIC膠材系列，不僅提供了應(yīng)用在各式電子、光電及半導(dǎo)體的高純度及可靠性佳的環(huán)氧樹脂基材的導(dǎo)電銀膠(Conductive)及黏著膠材(non-conductive)，并對(duì)客戶之需求提供客制化服務(wù)及專業(yè)的技術(shù)支持。為提高客戶的競(jìng)爭(zhēng)能力，喬越卓越的使命是“成為全方面膠材材料供貨商”，使客戶在各行業(yè)均成為佼佼者，并協(xié)助于微電子通過提供創(chuàng)新性和創(chuàng)造性的技術(shù)進(jìn)步解決方案和出色的支持。
  • ?材料應(yīng)用
半導(dǎo)體工業(yè)的制造方法(圖一)是在硅半導(dǎo)體上制造電子組件(產(chǎn)品包括:易失存儲(chǔ)器、靜態(tài)記億體、微虛理器…等)，而電子組件之完成則由精密復(fù)雜的集成電路(Integrated Circuit，簡(jiǎn)稱IC)所組成；IC之制作過程是應(yīng)用芯片氧化層成長(zhǎng)、微影技術(shù)、蝕刻、清洗、雜質(zhì)擴(kuò)散、離子植入及薄膜沉積等技術(shù)，所須制程多達(dá)二百至三百個(gè)步驟。
在半導(dǎo)體如此多的制程方法中，本次將著眼于IC封裝之封裝材料做探討。在正式進(jìn)入封裝材料討論之前，我們知道半導(dǎo)體之所以能廣泛應(yīng)用在今日的數(shù)字世界中，憑借的就是其能藉由在其晶格中植入雜質(zhì)改變其電性。主要乃因硅有四個(gè)價(jià)電子，常用于硅的摻雜物有三價(jià)與五價(jià)的元素。當(dāng)只有三個(gè)價(jià)電子的三價(jià)元素如硼摻雜至硅半導(dǎo)體中時(shí)，硼扮演的即是受體的角色，摻雜了硼的硅半導(dǎo)體就是P型半導(dǎo)體(圖二)。反過來說，如果五價(jià)元素如銻摻雜至硅半導(dǎo)體時(shí)，銻扮演施體的角色，摻雜銻的硅半導(dǎo)體成為N型半導(dǎo)體(圖三)。簡(jiǎn)而言之，摻雜的雜質(zhì)會(huì)影響半導(dǎo)體制程，因此在制程中的各項(xiàng)雜污染是必須受到嚴(yán)格監(jiān)控的。
電性活潑的微量污染物(如: 金屬離子)會(huì)影響IC的電性特性、效能、可靠度。濕氣會(huì)增加表面絕緣層離子之游動(dòng)性，過多電荷的移動(dòng)會(huì)使參數(shù)改變，引發(fā)寄生晶體管。塑料包裝因具有『呼吸作用』，濕氣會(huì)侵入包裝體內(nèi)。密封性包裝若在封裝時(shí)周遭水氣過高時(shí)，會(huì)將濕氣封入內(nèi)部，因而引發(fā)塑料包裝之游動(dòng)離子現(xiàn)象。堿性金屬離子，在二氧化硅層（表面保護(hù)層）中游動(dòng)極為方便。尤其是鈉離子直徑極小而且到處都有，極易污染氧化層，而降低了機(jī)械和化學(xué)上的特性。（為了減小鈉離子污染，在化學(xué)蒸鍍二氧化硅時(shí)會(huì)添加磷，以束縛鈉使其不能到達(dá)Si－SiO2界面；可是磷與水結(jié)合成磷酸，會(huì)造成電路之化學(xué)腐蝕。）所以目前多數(shù)的IC封裝材料在使用時(shí)，都會(huì)限制材料的鈉、鉀、氯離子(Na+、K+、Cl-)濃度，做為IC封裝材料的使用限制之一。
目前第三方公正單位所做檢測(cè)服務(wù)與氯相關(guān)且最常檢測(cè)的項(xiàng)目，一為參考IEC61249—2—21規(guī)范中所訂定的氯總量，一為IC封裝所注重的Cl離子濃度檢測(cè)(表一)，兩者為不同的檢測(cè)手法與不同的檢測(cè)項(xiàng)目。因?yàn)闄z測(cè)項(xiàng)目皆為氯，也常被人所混淆，但所檢測(cè)的項(xiàng)目其化學(xué)性質(zhì)卻皆然不同，在檢附測(cè)試報(bào)告做為材料使用之佐證時(shí)，應(yīng)清楚明白各項(xiàng)測(cè)試手法的意義與實(shí)際需求為何，避免檢測(cè)報(bào)告的內(nèi)容而造成誤會(huì)與不必要檢測(cè)項(xiàng)目的浪費(fèi)。
項(xiàng)目檢測(cè)手法規(guī)范出處目的
氯Chlorine(Cl)EN 14582:2007國(guó)際電工協(xié)會(huì)IEC61249-2-21保障人體健康與保護(hù)地球環(huán)境。
氯離子(Cl-)離子層析儀IC封裝廠之要求減少半導(dǎo)體制程之污染。
參考文獻(xiàn):1. http://zh.wikipedia.org/2. http://www.semiwiki.com/3. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/4. http://www2.nsysu.edu.tw/5. Reliability Engineering for Electronic Design Norman B. Fuqua January 19876. Electronic Component Reliability: Fundamentals, Modelling, Evaluation, and Assurance Finn Jensen 19952014