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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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線上即時熱能分析儀 造福全球LED產業

陳玉鳳

「線上即時熱能分析儀」在速度、成本和精確度上協助LED 廠商提升產線良率,對於LED 產業的發展至為重要。
「線上即時熱能分析儀」在速度、成本和精確度上協助LED 廠商提升產線良率,對於LED 產業的發展至為重要。

工研院耗時一年開發完成的「線上即時熱能分析儀」技術,在激烈競爭中脫穎而出,奪得「全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)」,此技術的突破之處,在於能採用更高效率、更低成本的方式,於生產線上進行熱阻量測及分析,大幅提升產出效率和產品良率。

素有科技產業奧斯卡之稱的全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)評選揭曉,工研院技術再度大放異彩。其中,工研院所開發「線上即時熱能分析儀」在影像科技領域中獲得肯定,目前並已與LED業者進行合作,實際應用於生產效率的提升。

「線上即時熱能分析儀(In-Line Compact Thermal Analyzer; ICTA)」的開發,跨領域整合了熱、電、控制及訊號分析等技術,其中的重要技術包括創新TSP與熱電訊號同步控制技術、熱結構分析 & In-line熱檢測、透過PXI介面整合量測與自動化控制系統等,約耗時一年完成,在關鍵專利布局方面已突破國際技術瓶頸,共申請4案6件專利。

百大科技榮耀加身 新技術獲得肯定

自1963年開始舉辦的全球百大科技研發獎,今年已邁入第52屆,此獎項的重要性,在於其已成為市場上鑑定新技術的重要指標。榮獲獎項肯定的技術,往往也能在科技發展史上奠定歷史地位,例如傳真機 (1975年)、液晶螢幕(1980年)、柯達照片CD(1991年)、Nicoderm戒菸貼片(1992年)、Taxol抗癌藥物(1993年)、 實驗室晶片(1996年)和高畫質電視(1998年)等,都曾獲選為當年度的百大科技獎,這些技術對人類生活無不產生重大影響,甚至成為生活中不可或缺的一環。

對於工研院再次獲得殊榮,院長徐爵民指出,在經濟部技術處的大力支持下,工研院的研究團隊得以開發出快速熱性能量測技術,而且可結合LED自動化機台在生產線上即時量測,在速度、成本和精確度上協助LED廠商提升產線良率,這項技術對於LED產業的發展至為重要。

工研院電子與光電研究所所長劉軍廷表示,發光二極體(LED)是未來的主要照明光源,根據IHS及工研院IEK報告指出,2014年LED照明市場規模將達305億美元,至2018年將成長至516億美元。LED照明市場規模極為龐大,然而其中仍有盲點需要突破,也就是LED內部各層材料介面的熱阻問題,依舊是LED發展的重要課題之一,事實上,只要能掌握LED熱阻數據,就能推估產品的壽命、效率及光品質。

技轉成果首度國產化

然而,雖然知道癥結為何,但囿於傳統量測LED熱阻的步驟繁複且耗時費力,再加上量測儀器動輒新臺幣數百萬,因此一般只能在產品設計階段於實驗室進行量測,無法提供更全面的精準測試,而工研院技術的重大突破,就在於利用此儀器可於生產線上進行即時量測,能有效提升生產效率及產品良率。

劉軍廷強調,「散熱性能一直是影響LED壽命與光品質的重要因素,工研院開發出可於產線即時量測LED熱阻的分析儀,將可大幅降低LED照明產品的不良率,讓消費者選購產品更為心安,這有利於LED照明的進一步普及。」此儀器除了應用於LED照明生產線上,亦可建置於LED面板、手機、個人電腦、電動車功率模組、中央處理器 (CPU)等任何需要進行熱阻量測分析的生產線上,在轉瞬間就能分析出元件的散熱特性優劣。

特別值得一提的是,此項技術已於去年技轉予旺矽科技,產品預計今年年底就要量產上市。旺矽科技總經理郭遠明表示,該公司移轉工研院技術且即將量產的「線上即時熱能分析儀」,將是臺灣首次自行研發及量產完成的第一套儀器,他並強調,「與國外大廠的儀器相較,我們的儀器具有高量測效率和低成本測試的優勢,產品市場競爭力受到看好。」旺矽科技為全球專業的晶圓測試探針卡與LED測試相關設備廠商,一直專注於提供微電子產業微接觸的量測技術。

有效提高生產效率 大幅降低成本

上述提到的高量測效率,是指利用此台儀器進行LED封裝元件熱結構量測時,每顆LED最多僅耗費3分鐘,就能量測出完整的LED封裝元件熱結構,這是目前國際上效率最高的熱結構分析儀,工研院電光所專案副理王建評強調,「過往的量測約需耗時十餘分鐘,此儀器的使用能大幅縮短測試時間。」

更重要的是,工研院研發出的「線上即時熱能分析儀」,已能成功與LED自動化光電分類機台整合,組成全球首套自動化LED熱阻測試設備,「在兩相結合下,此套設備每小時的量測速度可達到1萬2,000顆元件,等於每顆元件量測只需0.3秒,比傳統1小時在實驗室只能量測6顆元件,速度遠遠加快了2,000倍之多,」王建評說。

傳統量測LED熱阻的步驟非常繁複,而且費時耗力,所以基於生產效率考量,業者多只在產品設計階段時於實驗室進行量測。而工研院研發的熱能分析儀突破了這個盲點,不僅可以層層分析元件熱結構,更可在生產線上即時量測。其中所使用的主要方法,就是解析固晶層──這是LED散熱能力的關鍵所在,透過此方式便能徹底解析LED產品的散熱特性。

另外,在低成本的競爭優勢方面,目前市場上可以見到的類似儀器,幾乎都是國際大廠品牌,價格約在新臺幣300至400萬元左右,而國產儀器的價格則預計將是進口儀器的三分之一至四分之一,無疑能大幅減輕LED業者的設備投資負擔,也更能普及建置於生產線上,實現良率的提高。王建評表示,在LED封裝廠內,1條生產線約需建置203台熱能分析儀。

強化消費者信心 增進LED照明市場接受度

工研院與旺矽科技合作的「線上即時熱能分析儀」,是全球首部結合暫態熱結構分析及線上熱阻量測功能的分析儀,可同時滿足研發及量產驗證需求,提供產線進行即時監控、不良品篩檢、製程優化、提升良率,大幅降低LED照明產品的不良率。

現階段全球每年約有1,000億顆的LED產出,透過這次的量測技術大突破,不但能提升效能、改善良率,更可以提高自動化生產的程度,對LED照明及面板應用意義重大,尤其是從以往的抽樣檢測到利用此儀器可進行大範圍量測,消費者買到不良品的機率大幅降低,更有利於促進LED照明燈具的市場接受度。

在工研院一直以來鼓勵同仁要做「創新前瞻」研究的政策推動下,此次以關鍵軟體及模組技術,配合完整專利布局,整合國內LED設備大廠,成功開發出兼具高效率及低成本競爭優勢的熱能測試系統「線上即時熱能分析儀」,可為國內廠商提供完整技術解決方案。

此一量測技術的突破,將加快LED產業的量產速度及提高產品品質,再次展現以科技研發帶動產業積極發展,並攜手和產業一起讓世界更美好的工研院創新精神。

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