喬越電子報 創刊號

• 植物工廠應用及發展趨勢

前言
現況一：短缺問題
1. 全球人口突破70億，飢餓人口高達10億→糧食短缺問題

2. 俄羅斯、加拿大、澳洲..等糧食輸出國，農獲量因乾旱或洪水而減少→糧食限制或有條件出口

現況二：食用安全問題
1.美國食品及藥物管理局FDA曾公布:十大致病食物之首是鮮食葉菜類
a.生菌數過高  b.農藥殘留  c.蔬菜中的硝酸鹽含量(最易被忽略)  施肥→迅速增加產量。無論有機生產或一般生產，肥料中都含有氮，蔬菜必須經由光合作用，消化代謝氮化物(降低硝酸鹽)

2.環境污染問題(重金屬/輻射..)→高品質糧食

• 植物工廠發展趨勢

目前市場上LED業者的製造能量為植物工廠LED光源的品質與價格帶來一定程度的保障，各家業者多以兩種模式切進植物工廠市場，其一是以單獨販售LED光源方式打入植物工廠供應體系，銷售LED光源的商業模式較為單純。業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示，將有助使用者採用。

另一方面，市場上也有越來越多業者走向整廠輸出模式，依據使用者需求調配出不同LED光源與環境控制系統，以客制化方式進行整廠輸出，以完整解決方案的方式因應客戶需求，不僅販售LED光源，也同步提升整體產品的技術含量與附加價值。

植物工廠大致分成簡易溫室與整體環境控制(全環控)兩種，相較於自然環境，植物工廠初期的建置成本仍是業者採用時的最大考量因素。如果以台灣與中國大陸東南一代的農業環境為例，業界專家指出，由於氣候與土壤環境不差，適合以簡易溫室方式推行植物工廠，LED光源的補充就能有效提升產能，若以全環控方式推廣植物工廠，其實反而會面臨到成本過高削弱競爭力的狀況。

而全環控的植物工廠，則全面性的進行日照、溫度、濕度、養分、水分、二氧化碳等生產環境的整體調控，透過每分鐘緊密調節，全天候地量產。全環控植物工廠的建置成本相對高昂，適合用做高附加價值作物與高單價觀賞用植物的栽植上。

•  植物工廠光源應用

植物工廠的LED光源主流形式也有兩種。其一是採用以螢光粉方式混出的白光光源，其二是採用紅光LED、藍光LED與紫外光LED等不同顏色LED去混光或補強植物需要波長的LED照明。關於這點，目前業界仍有不同看法，由於花卉作物行光合作用時吸收的光以可見光和紫外光線為主，也就是說，植物行光合作用時僅需要紅藍光，特別是紅光波長分佈在650-655nm，以及藍光波長在450-470nm，能達到的效果最佳，這種植物照明的應用，就適合採用混光形式的LED光源，而不是用螢光粉混合出模擬太陽光的白光LED光源。因此，部分業者推出的植物工廠產品以搭配紅藍光LED為主。

不過，業界目前較多以植物工廠搭配白光LED光源的支持者，以螢光粉混出白光更趨近於太陽光日照模式，市場專家指出，白光的優勢在於觀察植物耕作時更為便利，加上白光可以搭配不同情境做出光源的轉換，也是業者在打造植物工廠時採用白光照明的一大優點。

LED照明技術在晶片端、封裝端的成熟，以及與隨之而來的市場價格下滑，使得LED照明應用範圍更加多元，採用LED照明優勢的植物工廠也成為台灣國內外大廠近年來積極耕耘市場。回朔植物工廠的概念，其實人類早在1950年代就已經提出，1970年代進入商業化階段，採用當時的傳統光源。人類打造植物工廠的目標，就在於一年四季都可產出高品質作物，同時可減少農藥等化學藥劑的使用，並且有效利用水資源。

隨著LED照明應用成熟度的提升，LED照明已成為植物工廠不可或缺的一環，相較於傳統的鹵素燈與螢光燈管，LED光源不僅環保，也同時兼具省電優點，對使用者而言，LED光源的可調控性更是為農業栽植帶來更多優勢。LED光源的光質與光量皆可控制，可以針對不同品種與種植種類搭配不同波長的LED光源，光量的部分也可以隨著日照長短進行補充。另外不能小看這個強化特定波長的效果，與傳統光源比起來，LED更能夠發揮不同植物需要不同特定波長來補充能量的優勢。但是和太陽光相比，LED能量自然還是略遜一籌，但由於夜間沒有太陽光，LED光源的補充與強化，正是可縮短植物生產期的原因之一。

• 螢光粉新趨勢

依照市場研究機構LEDinside對於2014年全球LED照明市場的預測指出，由於LED燈泡與燈管需求日趨明顯，產值將可達到353億美元，比起2013年，年成長率達到47.8%，使得LED照明滲透率順勢突破30%大關，預估將來到32.7%。 為取代傳統白熾燈的市場，LED除了亮度外，演色性(CRI)成了重要的關鍵因素，過去為了追求發光亮度，大多由450~460nm波長的藍色晶片搭配550~560nm波長的黃色YAG螢光粉，但封裝完後的LED演色性大約只有70左右，應用在照明上會有色彩失真的效果以及長時間下來對人眼產生不舒服感現像，所以自去年起，廠商陸續推出CRI 80以上的照明產品，就是因應這股市場需求。

喬越公司為提供適合客戶需求的產品，尋求滿足其需求的原料供應商；中國製釉(China Glaze)即是國內最早推出綠色LuAG螢光粉的生產廠家，看準這股趨勢，該團隊於去年第四季推出多款CRI 80 & 90 為主的螢光粉組合，目前配合封裝廠測試後已達到符合LM80的標準，符合客戶期待。看好LED產業發展藍圖與潛力，原料供應商今年也將大幅提高研發資本支出，開發多款特殊應用的螢光粉產品，預計今年螢光粉的成長可期，並有機會帶動原有陶瓷材料以外的新一波成長。

•  關鍵離心設備

隨著LED封裝技術日新月異，各廠商期許自家製程能力不斷提升，以達到Cost down為目的，使公司能夠永續經營。一般來說，影響落Bin率的因素有很多，如:晶片波長、點膠量精準度、膠水使用時間、封裝膠與螢光粉攪拌均勻度等；以上問題各家廠商利用製程能力或設備加以解決。但傳統封裝方式常忽略或無法有效解決點膠先後順序，隨著時間飛逝，膠體內的螢光粉開始沉澱，進而造成同一批生產LED螢光粉沉澱速度也不一致，導致量測出來的CIE落點較為離散。

 

喬越提供解決方案–離心式螢光粉沉澱機JWT-671 利用物體進行圓周運動，在旋轉時產生的離心力代替重力，加速螢光粉沉降速度的一種分離製程設備，讓螢光粉均勻塗佈在膠杯底部，縮短自然沉澱時間(靜置製程)，有效提升落Bin集中度，良率可提升3%~8%。以提高整體點膠後品質及產能。

• 傳導材料首選–銀膠

全球環保意識抬頭，在照明方面：LED照明將逐漸取代傳統照明。高功率的LED 不斷在成長，隨著高功率LED的發展，工程師面臨到的必要課題是『快速且有效的解決【熱】』；在此封裝製程中不可或缺的，則是必需將晶片產生的熱有效導至板材，在這此過程中，其中間傳導材料則必需符合良好的導熱導電功能，銀膠即為其首選。

法國品牌PROTAVIC膠材系列，不僅提供了應用在各式電子、光電及半導體的高純度及可靠性佳的環氧樹脂基材的導電銀膠(Conductive)及黏著膠材(non-conductive)，並對客戶之需求提供客製化服務及專業的技術支援。為提高客戶的競爭能力，喬越卓越的使命是“成為全方面膠材材料供應商”，使客戶在各行業均成為佼佼者，並協助於微電子通過提供創新性和創造性的技術進步解決方案和出色的支持。

•  材料應用

半導體工業的製造方法(圖一)是在矽半導體上製造電子元件(產品包括:動態記憶體、靜態記億體、微虛理器…等)，而電子元件之完成則由精密複雜的積體電路(Integrated Circuit，簡稱IC)所組成；IC之製作過程是應用晶片氧化層成長、微影技術、蝕刻、清洗、雜質擴散、離子植入及薄膜沉積等技術，所須製程多達二百至三百個步驟。

在半導體如此多的製程方法中，本次將著眼於IC封裝之封裝材料做探討。在正式進入封裝材料討論之前，我們知道半導體之所以能廣泛應用在今日的數位世界中，憑藉的就是其能藉由在其晶格中植入雜質改變其電性。主要乃因矽有四個價電子，常用於矽的摻雜物有三價與五價的元素。當只有三個價電子的三價元素如硼摻雜至矽半導體中時，硼扮演的即是受體的角色，摻雜了硼的矽半導體就是P型半導體(圖二)。反過來說，如果五價元素如銻摻雜至矽半導體時，銻扮演施體的角色，摻雜銻的矽半導體成為N型半導體(圖三)。簡而言之，摻雜的雜質會影響半導體製程，因此在製程中的各項雜汙染是必須受到嚴格監控的。

電性活潑的微量污染物(如: 金屬離子)會影響IC的電性特性、效能、可靠度。濕氣會增加表面絕緣層離子之游動性，過多電荷的移動會使參數改變，引發寄生電晶體。塑膠包裝因具有『呼吸作用』，溼氣會侵入包裝體內。密封性包裝若在封裝時週遭水氣過高時，會將溼氣封入內部，因而引發塑膠包裝之游動離子現象。鹼性金屬離子，在二氧化矽層（表面保護層）中游動極為方便。尤其是鈉離子直徑極小而且到處都有，極易污染氧化層，而降低了機械和化學上的特性。（為了減小鈉離子污染，在化學蒸鍍二氧化矽時會添加磷，以束縛鈉使其不能到達Si－SiO2界面；可是磷與水結合成磷酸，會造成電路之化學腐蝕。）所以目前多數的IC封裝材料在使用時，都會限制材料的鈉、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服務與氯相關且最常檢測的項目，一為參考IEC61249—2—21規範中所訂定的氯總量，一為IC封裝所注重的Cl離子濃度檢測(表一)，兩者為不同的檢測手法與不同的檢測項目。因為檢測項目皆為氯，也常被人所混淆，但所檢測的項目其化學性質卻皆然不同，在檢附測試報告做為材料使用之佐証時，應清楚明白各項測試手法的意義與實際需求為何，避免檢測報告的內容而造成誤會與不必要檢測項目的浪費。

項目	檢測手法	規範出處	目的
氯Chlorine(Cl)	EN 14582:2007	國際電工協會IEC61249-2-21	保障人體健康與保護地球環境。
氯離子(Cl–)	離子層析儀	IC封裝廠之要求	減少半導體製程之汙染。

參考文獻:
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 1987
6. Electronic Component Reliability: Fundamentals, Modelling, Evaluation, and Assurance Finn Jensen 19952014