MOS芯片缺货潮2019年有望缓解 应用端提升8寸产线成主力;

来源:元器件交易网 2017-10-30 07:50:00

1、MOS芯片缺货潮2019年有望缓解 应用端提升8寸产线成主力;2、三星财报聚焦CEO接班人;3、英特尔Q3净利增3成调高财测;4、恩智浦:从中心向边缘的转变以及企业如何从中获益;5、南亚科20纳米扩大投片;6、软性电子前景可期新兴材料群雄并起;

集微网推出集成电路微信公共号:“天天IC”,重大新闻即时发布,天天IC、天天集微网,积微成著!扫描文末二维码添加关注。

1、MOS芯片缺货潮2019年有望缓解 应用端提升8寸产线成主力;

集微网(文/邓文标)以MLCC为代表的被动元件在进入第三季度后,受产能供需吃紧影响,价格大涨,部分物料涨幅甚至超过10倍。而与被动元件市场行情相似的MOSFET芯片也出现缺货潮,导致价格上涨,即便是在溢价20%的基础上新增订单,供应商仍难交出货来。更严重的是,MOSFET芯片市场缺货潮短期内将难以缓解,保守估计到2019年局面才能改观。

据IHS数据显示,2016年MOSFET芯片市场总规模为205亿美元,2017年预计将增长到220亿美元。MOSFET芯片可广泛应用于消费类电子、电动汽车以及IIoT等领域,杭州士兰微董事长陈向东在接受集微网采访时表示,MOSFET芯片缺货的原因主要是由于应用端市场起来了,但产能放量还没跟上,目前缺货主要还是受智能终端的应用影响,低压的MOSFET芯片缺货比较严重。

应用层面提升加速MOS芯片缺货潮

进入三季度后,移动终端市场开始加速放量,尤其是在iPhone8系列的带动下,包括新增的无线充电正成为国内手机和配件厂商导入的新应用,加之应用层面快速提升和工厂产能限制,对上游MOS原厂带来不小的供货压力。

其中深圳长电科技在9月份连续两次对MOS产品的价格上调。9月初,深圳长电科技称,接到江苏长电科技股份有限公司通知,由于MOS管原材料价格上涨,现有的价格无法继续执行,经公司开会讨论决定,对所有MOS管价格上调20%。MOS管系列包括:2N700系列、2SK系列、BSS系列、CJ23系列、CJ31系列、CJ34系列、CJ41系列、CJK系列、CJE系列、CJM系列、CJQ系列。

9月19日,深圳长电科技再度发出通知,目前市场MOS芯片供不应求,芯片供应商已经多次涨价,同时原材料及人工成本也大幅大调,经公司研究决定,适当调高MOS成品售价,具体调价幅度10%-30%不等,从即日起执行。

深圳长电科技作为大陆代表性MOSFET厂商,在数次调涨价格后,快速引发了蝴蝶效应,包括大陆以及台湾大中、尼克松、富鼎等台系MOSFET供货商也全面跟进涨价,从而直接受惠。

事实上,自去年起,功率器件市场行情回暖,需求持续旺盛。市场就有传言称,供不应求情况显现,受限于产能,原厂交货周期都拉长至13~18周。

韦尔股份副总经理纪刚在接受采访时表示,由于整个供应链紧张,实际上MOS芯片现在已经不谈交期概念了(交期是指大的客户订单,一般都是按年规划的),基本是有什么衬底就做什么产品,也就是说多是一些短期行为,没有长期计划。

整体来看,MOS芯片出现缺货潮,主要是因为应用层面的快速提升。陈向东表示,MOSFET芯片缺货的原因主要是由于应用端市场起来,比如手机快充、无线充电芯片,以及锂电池管理芯片等,基本上就是说各个应用面提升,加重了缺货的行情,目前缺货主要还是受智能终端的应用影响,低压的MOSFET芯片缺货比较严重。

8寸产线是放量主力,后年有望缓解

面对MOS芯片缺货潮,扩产自然是最有效、最直接的解决方式。陈向东表示,现在上游厂商都在扩产,不过现在MOS芯片主要是由8寸产线生产,而现在8寸产线二手设备又买不到,买新设备又不赚钱,这就造成有一段时间会缺货。 MOS芯片对于电子产品的消费体验很重要,譬如一旦电源IC出问题导致整个产品失效,对整机厂商会带来很大的负面影响,因此整机厂商对功率器件的稳定性有很高的要求,一般在产品研发阶段就确定了供应商。 而MOS芯片开发周期较长,研发生产设备投资金额巨大。据第三方数据显示,一条6英寸生产线需要投资5亿元,一条8英寸生产线需要投资5亿美元左右,一条12英寸生产线需要投资25亿美元左右。

陈向东称,目前12寸产线做功率器件的还非常少,现在就只有英飞凌有用12寸的产线在做,市场上做低压的功率器件还是以8寸产线为主,4寸和6寸产线也有。

“12寸产线沒起来,这波缺货潮不会很快消失。”韦尔股份董秘贾渊在接受采访时表示,因为国际大厂很多都在调整产线,加之国内模拟的产能受限,至少说是看到2019年才有望缓解MOS芯片缺货潮。

值得强调的是,目前不少国际大厂都在调整产线,将旗下MOSFET芯片产能移转到车用电子领域,并开始采取限量供应MOSFET芯片给PC、NB及移动装置产品客户的情形,也是这一波缺货潮引发和持续的诱因。

差距虽大但拐点已到

提升产能需要时间,而持续供不应求则会有利于国内MOS芯片原厂的发展。虽然国内12寸产线没起来,但不排除士兰微等国内厂商未来计划增加12寸产线,来满足市场需求。

“在全球8/12寸产能没有提升的现况下,大陆原厂在缺货潮中肯定会受益。”目前在主流的8寸模拟产线上,大陆厂商至少有8家,包括先进、新进、华虹宏力、上华、士兰微、中航、中芯、和舰等厂商正逐步开始放量。

纪刚表示,8寸模拟产线一般有二种模式,一种是大厂Transfer工艺给国内工厂代工,但不能提供给其他客户;另一种是Foundry的工艺,所以客户都可以使用,这块总的来说和国内的工艺能力和水平差距比较大,所以本质上一般8寸厂模拟数字工艺都会存在。

纪刚进一步称,技术差异主要体现在器件基础、工艺模块、集成能力、仿真模型、工艺可靠性、工艺应用细分等方面,技术上相差至少5年以上。

不过,目前国际大厂都在调整产线,甚至削弱了对移动终端市场的支持,将MOS芯片产能大量移转到车用电子领域;同时,针对中小型MOS产品公司,全球几家大的公司基本就满足战略客户要求,其他中小客户并不供货,这给国内MOS芯片厂商带来了弯道超车的机会。

另外,随着人工智能、云计算的发展将进一步推动消费电子领域的功率器件市场快速增长,如今在英特尔、AMD新款CPU平台需增加3~5颗MOSFET芯片,市场需求增势明显。

贾渊表示,韦尔股份MOS芯片大概占我们自研体系销售额的15%左右,集中在中低压40V以下,应用在移动终端产品,属于信号类开关切换,预计今年韦尔股份MOS芯片的营收在1500-2000万美元。目前韦尔股份的MOS芯片已经做进了瑞芯微和全志科技等终端产品。

据了解,士兰微8寸芯片生产线已有部分产品导入批量生产,9月份芯片产出已达到10000片,目前不少深圳的快充、无线充电企业就等士兰微放量出货。陈向东表示,士兰微马上就会放量,我们确实在给深圳不少厂商供货,现在已经有不少8寸的工程样片送样,我们今年8寸芯片生产线年底力争达到15000片/月,目标明年年底实现每月3万-4万片的产能。随着先进、新进、华虹宏力、上华、士兰微、方正、中航、中芯等8寸产线逐步放量和应用层面提升,大陆原厂将在这波缺货潮中持续受益。

2、三星财报聚焦CEO接班人;

三星电子预定周二发表第3季(7至9月)财报,且该公司预期获利再创新高,但眼前投资人更加关注三星执行长权五铉卸任后的接班人选,以及接下来即将展开的高层换血计画。

三星预期第3季营业获利14.5兆韩元(约129亿美元),超越第2季创下的14.1兆韩元最高纪录,也呼应过去1周来亚马逊、微软及谷歌母公司Alphabet发表的亮眼财报。

三星历经去年Galaxy Note 7起火事件并承担65亿美元召回成本后,今年终于拨云见日,尤其存储器芯片及面板两大事业更如日中天,推动三星股价自年初来上涨45%。

近几个月来外界早已预期三星第3季获利再创新高,反而是权五铉在10月13日宣布即将卸任的消息震撼业界,也令投资人担心三星群龙无首的问题迟迟未解,将延误该公司开发新市场的进度。

权五铉日前宣布将在明年3月前辞去副会长与执行长职务,也不会在董事会担任董事。他在当时表示三星正面临前所未有的危机,并预告公司将引进年轻一辈的领导阶层以应付科技产业的新挑战。

由于三星电子副会长李在镕涉嫌行贿的案子目前还在高等法院上诉中,因此三星自8月起就已陷入群龙无首的窘境。

三星近年无论在人工智慧、智慧居家装置及自动驾驶技术等新领域的研发进度都落后西方业者,如今李在镕、权五铉双双缺席下,新执行长人选将攸关三星未来走向。

周二焦点除了执行长接班人之外,还包括三星预定自明年起执行的3年股东回馈计画,包括股票回购及发放股息等措施。

麦格理证券分析师Daniel Kim表示,近年来三星股息占股价比重始终徘徊在1%上下,低于亚洲其他电子大厂的2%至3%,主因是三星的交叉持股架构增加公司发放股息所承担的税务成本。工商时报

3、英特尔Q3净利增3成调高财测;

英特尔宣布第3季(7至9月)营收、获利皆优于预期,且服务器芯片营收持续成长,令外界对英特尔转型之路增添信心。该公司周四也因此调高全年营收、获利预期。

英特尔先前在7月曾预期今年全年营收613亿美元,经调整后每股盈余(EPS)可达3.00美元。周四上调至全年营收可达620亿美元,经调整后每股盈余可达3.25美元。

研究机构GBH Insights策略长伊弗斯(Daniel Ives)向路透表示:「英特尔第3季的稳健表现与乐观财测皆令外界看好后市。」

英特尔第3季营收年增2%至161亿美元,高于路透调查分析师预期的157.3亿美元。第3季净利更较去年同期成长34%至45.2亿美元,相当于每股盈余0.94美元。排除事业重整及企业购并相关费用后,英特尔第3季每股盈余1.01美元,也高于分析师预期的0.80美元。

英特尔核心事业PC芯片营收在第3季达到89亿美元,维持在去年同期水平。近年积极发展的服务器芯片营收年增7%至49亿美元,优于FactSet调查分析师预期的47.9亿美元,也意味着该部门营收可望达到英特尔订下的5%至9%全年成长率。

英特尔财务长史旺(Robert Swan)周四表示:「英特尔正在经历大规模转型,目的在延伸核心事业实力,将之拓展到成长速度更快的新市场。」尽管目前英特尔营收仍有超过半数来自PC芯片,但史旺预期服务器芯片营收比重将持续扩大。

近年英特尔无论在PC或服务器芯片市场都面临对手超微(AMD)挑战。面对同业竞争与核心事业成长停滞,英特尔只能继续投资升级芯片制程,并跨足人工智慧、自动驾驶等新市场。

英特尔投资153亿美元收购以色列自动驾驶技术开发商Mobileye的交易在第3季完成。英特尔预计年底前推出新的人工智能芯片。工商时报

4、恩智浦:从中心向边缘的转变以及企业如何从中获益;

作者:恩智浦半导体执行副总裁兼安全与连接事业部总经理Ruediger Stroh

集微网消息,通过与Qualcomm和Andreesen Horowitz等公司技术领导人的探讨,我发现越来越多的证据表明,新的变革即将发生。它带来的影响将完全不亚于我们熟知的计算技术的革命性变革。如今,云是进行数据处理的主要框架。但是,当云计算走向终结时,会发生什么呢?您可能认为目前云计算尚未发挥全部潜力。在一定程度上,事实确实如此。但是,我相信物联网的加速发展实际上会导致云回归存储数据以供参考的职能,而不是像目前一样持续用于处理数据。

目前,网络应用广泛依赖于云服务。无论是进行Google搜索还是使用天气应用,我们都需要在移动设备中输入请求,然后将其发送到云端进行处理并传回我们的设备。人为输入加上云端处理就是当前的操作模式。但是,得益于物联网的出现,节点和传感器首次实现了在环境中自主收集大量现实世界信息。可以将无人机理解为拥有机翼的数据中心,制造机器人则是拥有手臂的数据中心。

随着这种巨大边缘能力达到限制:基于物联网技术的本质,通过云传输大量数据变成了一项更具挑战的任务。试想一下,今天的汽车大约有100个CPU。对于无人驾驶汽车,这个数字将上升到300到400,甚至更多。如果我们建立一个更加智能的交通系统,将成千上万辆需要与基础设施和通信中心通信的汽车连入其中,那么,最终我们会遇到巨大的分布式计算问题。即使能借助5G将信息传输到云端、进行处理并传回,我们也会很快陷入无法再支持实时决策的境地。因为利用云仍会有所延迟,这对实时决策来说实在太慢了。

不久的将来,边缘产生数据、中心处理数据的旧模式将无以为继。计算将迅速转向边缘。事实上,IDC目前预测,到2021年,43%的物联网计算将发生在边缘。

那么这对于您的企业意味着什么?终端设备可能达到数万亿台,围绕其周的是全新的应用程序和业务模式。从中心向边缘的转变,对于那些在初期就潜心深入的企业来说,将是一个巨大的机会。例如,这种转变将如何改变自动驾驶汽车中车主的投保方式?即时边缘分析如何在微目标定位的目标客户中为零售商带来好处?随着计算从中心转向边缘,全新收入机会和商业模式的数量将呈指数型增长。

正如信任一直是影响云服务接受度的限制因素,提供安全解决方案以保护物联网系统边缘的能力将成为影响这一新变革速度的限制因素。例如,智能家居设备是私人信息的热点,可用于确定房屋是否无人;使用区块链时会包含敏感的财务信息;还有自动驾驶汽车,如果被侵入,将会对社区产生实际威胁。因此,边缘本身正在成为整体系统安全的第一道防线。

云将成为物联网的教学和培训中心。在这里,边缘设备可以发展其模式识别技能,并进行高级机器学习。云将继续存在,并为不苛求及时性的操作提供基础。所以,从某种意义上说,云会以另外一种形式长存。

即将发生的变化和边缘计算所带来的巨大机遇,预示着技术的新时代已然到来。请将世界想象成一个分布式计算系统。为了引导这一变化,我们必须做好准备,以在边缘提供专用处理。因为未来操作将发生于此:

在许多情况下,专用处理可以减少响应时间和网络拥堵。自动驾驶汽车将依赖实时处理,以便瞬间做出正确决定。 专用处理更能保护用户的隐私,因为原始数据不会上传到云端。 它也无需建立低效率和无响应的集中式云数据中心来处理显著增长的数据收集量。 专用处理在设备级别将更加可靠。

我们还必须更加努力,以使分布式计算更加安全、可信。用于保护边缘数据隐私和安全的组合式软硬件安全工具是现成的,而现在必须通过设计,遵循安全和隐私原则,在系统级别上不断铺开。这样一来,提供物联网服务的企业就可以向数十亿用户发送信任信号,帮助他们享受边缘计算的优势。

变化正在进行。颠覆将再次发生。

5、南亚科20纳米扩大投片;

DRAM大厂南亚科(2408)20纳米制程发威,再提前一季扩大投片,明年将全数反应20纳米带来的成本降低、产量增加商益。法人上修南亚科明年每股纯益高达11到12元,远优于原预估的9~10元;麦格里证券看好明年DRAM前景,且供给仍处于缺口,一举将目标价上修至111元,这也是外资首次将其评价上调至百元以上价位。

南亚科的20纳米提前一季于第4季达到月投片量3.8万片,且预估第4季DRAM位元数增幅约15%,明年增幅达45%。

南亚科目前是台厂中唯一将制程转进至20纳米,在三星、美光及SK海力士仍以升级制程,作为产能提升的主要策略,让这几年DRAM一直处于供不应求。

针对明年DRAM供需,包括集邦等多家研究机构预估供需失衡情况明年仍会维持,尤其三星策略希望以DRAM作为支持集团抢占3D储存型快闪存储器(NAND Flash)的后盾,预估明年DRAM价格仍会维持高档不坠,这也是台厂南亚科绝佳获利机会。

虽然南亚科日前公布第3季每股纯益3.12元,略低于市场预期,但法人强调,南亚科第3季季主要是认列可转债(ECB) 评价损失高达68.63亿元,排除此因素及出售美光股票挹注利益,南亚科单季每股获利仍超过3元,这还只是20纳米刚进入黄金交叉,若是全数发挥效益,本业获利更可观。

法人强调,这次DRAM价格已打破过去景气循还模式,关键就在主要供应大厂产能有效节制,预估短期还不会打破供给增幅高于需求的默契。

南亚科内部预估,明年DRAM供给增幅仍低于需求增幅,缺口估计仍达到1~2%,明年DRAM价格仍具稳定支撑。

法人预估,南亚科今年毛利率可提升至44%,明年再大举向50%靠拢,明年不靠出售美光股票,本业每股获利都可高达11到12元,获利重返高峰。经济日报

6、软性电子前景可期新兴材料群雄并起;

近代电子产品是建立在以硅晶圆材料(Silicon Wafer)为核心的技术,而光电产品则是建立在以玻璃为核心的技术,这两种材料的物理与化学安定性非常高,矽的熔点为1412℃,无碱玻璃的应变点(Strain Point)温度可高达650℃以上,高熔点与高应变点的特性能够有足够的空间容纳不同的反应温度;矽热膨胀系数为2.6×10-6/ ℃,无碱玻璃的热膨胀系数约为3×10-6/℃,这两种材料低热膨胀系数的特性使得基板即使在较高的反应温度下仍然可以维持低的尺寸变型量。

耐受高温与低热膨胀系数两项物理特性加上矽可藉由掺杂(Doping)来改变电性(半导体特性),玻璃具有高光穿透性、高水氧阻隔性,这些特性让矽与玻璃材料分别在电子领域与光电领域占有无可取代的地位,然而,硅晶圆与玻璃属于脆性材料,在软性电子的软性需求时就面临挑战。以下将从软性电子的观点,探讨在软性基材与功能性材料之发展与挑战。

软性基材首重水/氧隔绝与耐温性能

前述硅晶圆与玻璃已经建立非常完整的制程,因此要考量把已建立的制程转移到软性基材,首先要从基板物理特性来检视其可行性。

从可挠的角度来看,金属箔(如不锈钢箔)、超薄玻璃与高分子塑胶材料都有一定的可挠性,然而若把硅晶圆的熔点与玻璃的应变点做为参考的温度,检视可挠性的不锈钢箔、超薄玻璃与塑胶材料的工作温度范围如图1所示。

图1 刚性材料硅晶圆、玻璃可容纳的制程温度范围广,塑胶能承受的制程温度相对窄许多。

从制程温度范围来看,不锈钢能够承受的温度范围比较宽广,许多可以应用在硅晶圆的制程有机会应用到不锈钢箔上,Uni Solar就是利用不锈钢箔制作软性矽薄膜太阳能电池、nano Solar则用铝箔制作CIGS箔膜太阳能电池,只是金属箔是导体材料,在较复杂的软性电子元件设计上需有绝缘层等设计。

超薄无碱玻璃的特性与目前制程成熟的平板无碱玻璃相近,现在应用到平板无碱玻璃的制程几乎都可以转移到超薄软性玻璃上,是近年来包括康宁、NEG、Schott等玻璃大厂在极力推广的材料。然而,超薄无碱玻璃虽然有一定的柔软度,但是能够承受的弯曲程度有限,以Corning的Willow玻璃为例,100μm厚度的超薄玻璃在弯曲半径达4mm时,玻璃承受的弯曲应力(Bending Stress)就达近100Mpa,因此,超薄玻璃在需要弯曲很大的可挠性电子元件应用上空间就比较小。

高分子的塑胶材料一直以来都是软性电子寄予厚望的材料,然而,塑胶膜材的耐温不如玻璃,提高塑胶基板的耐温度与降低热膨胀系数,是塑胶基板应用到软性电子制程发展的重点。高分子材料可以透过分子设计、纳米材料的添加来提高耐温特性。以高分子材料的玻璃转化温度(Glass Transition Temperature, Tg)做为指标,一般的制程温度以不超过Tg为宜,较高的Tg就能够有比较大的制程温度空间,不同的高分子材料在有不同的Tg,如图2所示。

图2不同塑胶材料的玻璃转化温度资料来源:JXTG Nippon Oil & Energy,(1)

其中聚亚醯胺(Polyimide)Tg经过高分子设计、添加纳米无机材料等作特性的调整,目前Tg以达430℃,这与目前薄膜电晶体(Thin Film Transistor, TFT)的制程温度相去不远,目前三星弧形的Glasxy round即采用PI基板,显示该PI基板已经可以承受到超过低温多晶矽(Low Temperature Polysilicon, LTPS)的制程高温。聚亚醯胺材料具有耐高温、耐低温、耐化性与良好电气特性的优点,是软性电子基本最具潜力的材料,惟在软性基材选择上除了耐高温的特性要考量以外,软性基板的光穿透率、表面粗糙度与材料成本都是选择须考量的因素。例如聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate, PET)虽然Tg约70~80℃之间,但是PET价格低廉,光穿透性佳,是透明导电膜的最佳材料。阻止水气与氧气穿透是软性塑胶基板应用上最大的障碍,水、氧的侵入会对电子元件造成破坏而导致电子元件失效。

不同的电子元件对于水、氧的耐受度不一样,图3是各种电子元件对于水气渗透率(Water Vapor Transmission Rate, WVTR)的需求,其中对于OLED软性显示与软性照明来说,水气渗透率小于10-6的要求对于高分子材料是无法达成的性质,因此水、氧阻隔层的开发是一项非常大的挑战。

图3 不同的应用元件对水穿透率之要求

水在一般的塑胶基材的WVTR约为10~102之间,因此对于软性电子元件来说,需要建立水、氧阻隔层。水、氧阻隔层一般是以薄膜的制程在塑胶基材上镀上SiOx, SiNx,或是铝的氧化物等无机薄膜,单层无缺陷的无机薄膜如非晶Al2O3(Super Sapphire)可以在38 ℃/100% RH下可达到5×10-5g/m2/day的水气阻隔效果(2),单层SiNx在PEN基板20℃/50%RH下也达~5×10-5g/m2/ day(3),然而"无缺陷"在薄膜制程是非常困难,因此早期Vitex即开发有机/无机的多对阻隔层方式使水氧经过缺陷渗入时扩散路径变长(4),如图4所示

图4 多层薄膜结构增加水扩散路径已达到降低水穿透

有机/无机阻隔层来增加水氧扩散路径的方法可以使水气渗透率在60℃、90%RH条件下达5×10-6g/m2/day的效果,是目前水、氧阻隔层最佳的解决方案。然而多层代表的是制程成本高,因此,目前许多团队就改善镀膜材料与制程参数期待降低镀膜缺陷来降低镀膜的层数与增加镀膜速率。Applied Materials开发镀率达500nm/min的电浆聚合六甲基二矽氧烷(Plasma Polymerized HMDSO, pp-HMDSO)做为有机层,以镀率达250nm/min的PECVD SiNx做为无机层以达到降膜层数,增加镀率的效果。

另一方面,原子层沉积(Atomic Layer Deposition, ALD)镀膜的致密性高,单层的Al2O3的WVTR可达4.7x10-5(5)是近年来OLED封装发展迅速的技术,Veeco的软性封装即采用FAST-ALD的技术,据报载韩国三星和LG都有意改用Veeco的ALD技术,显然多层堆叠的水氧阻隔层在生产上仍有许的问题待克服。整体来说,目前的软性基板水气阻隔技术已经达到10-6g/m2/day的元件需求,现下努力的方向是提高制程速率与降低制造的生产成本。

新兴软性透明导电膜材剑指ITO

软性透明导电膜可视为软性光电产品的基材,因为光电产品大都需要既导电又能够透过光线的基材,所以软性透明导电膜可以说是软性光电产品的命脉与战略物质。目前透明导电膜主要是以氧化铟锡(Indium Tin Oxide, ITO),然而,ITO本身是一种脆性的陶瓷氧化物,因此在挠曲后会产生裂纹而失效,故开发软性透明导电膜是软性光电产品首要之务。依据Touch Display Research在2015年的报告得知,非ITO透明导电膜之市场将逐渐地上升,其趋势如图5所示(6)。预计在2018年取代ITO的透明导电膜市场高达40亿美元的规模;当到2022年时,则将超过百亿美元,此庞大的市场规模主要来自软性触控、软性显示器、软性太阳能电池与其他软性电子元件未来几年蓬勃发展的趋势。

图5 Touch Display Research预测非ITO透明导电膜市场趋势图

分析具有取代ITO透明导电膜的技术,包括透明导电高分子、纳米碳管、石墨烯、金属网格及纳米银线薄膜。探究上述五种取代ITO透明导电膜的光穿透率与电阻关系,可以得知当透明导电膜的电阻越低时,光的穿透度则随之下降。

下图6为各种非ITO透明导电膜在不同电阻率时,光穿透度变化的情形。由图6可以得知,当电阻越低,会导致光穿透性随之降低,在未来许多的电子元件应用(如:大尺寸的触控面板),电阻值需求达100Ω/□以下;光穿透度需求达80%以上,在这个规格下,纳米银丝透明导电膜是最具潜力的技术,纳米银线透明导电膜低阻值、光穿透度高的特性,可以满足目前ITO透明导电膜难以开拓的软性电子市场应用。

图6 各种透明导电膜片电阻与光穿透镀的关系(7)

虽然纳米银线透明导电膜是最具潜力的软性透明导电膜,惟纳米银丝成膜的困难度高,纳米银丝涂布须要考量纳米银丝墨水的特性开发特殊的涂布设备方能产制电阻均匀、高光穿透度、低电阻的可挠性透明导电膜。

软性功能性材料攸关有机半导体发展

近代电子可以说是建立在电晶体的架构下发展,电晶体的基本材料是介电层(Dielectric Layer),导电层(Conductor Layer)与半导体层(Semiconductor Layer)。无机介电层材料如SiO2、Al2O3、或其他氧化物比较脆性,不适合用于软性电子元件,所幸有机材料一般有比较好的绝缘性,如poly(4-vinylphenol)(PVP), poly(methyl methacrylate , PMMA), Polyethylene Terephthalate(PET), Polyimide(PI), Polyvinyl alcohol (PVA)与Polystyrene(PS)都可以用于介电层。

由于仅属材料本身的可挠性佳,所以软性电子可以选择金属做为导电层材料,只是软性基材一般能承受的加工温度较低,因此可以沉积的金属受到限制,一般以银最适合,银的导电性佳(6.30×107S/m.),容易沉积与图案化。若将纳米银粒子调配成浆料,则无论是喷印(Inkjet)或是网印(Screen Printing)的加工方式都适用于软性电子。

至于有机的导电高分子包括oly(p-phenylene vinylene)(PPV)、polythiophene、polyaniline(PAN)、PEDOT:PSS等有机材料,其导电度也可达300S/cm,虽然远低于金属导电度,但是这些导电高分子液体的特性适用于印刷加工方式,特别适用于软性电子。

软性半导体是软性电子最具挑战的一个材料。无机的半导体材料如矽、ZnO等除了脆性以外,一般的制程温度较高,软性基板较难承受。有机半导体材料则是开发的方向,目前如poly(3-hexylthiophene)(P3HT),、poly(triarylamine)、poly(3,3-didodecyl quaterthiophene, PQT)、 poly(2,5-bis(3-tetradecyllthiophen -2-yl)与thieno[3,2-b]thiophene, PBTTT)等材料都有半导体的特性,此外利用石墨烯(Graphene)、纳米碳管(Carbon nano tube, CNT)或是富勒烯(Fullerenes)来修饰有机半导体也有许多研发。

载子(Carrier)在半导体材料中的迁移率(Mobility)是评量电子元件响应(response time)的一个重要因素,图7是以迁移率为指标看有机半导体材料的发展(8)。由图7可以看出,目前有机半导体的载子迁移率大约超过非晶矽(amorphous Si, a-Si)的程度,对于应用来说,已经达到LCD与RFID的应用规格,英国SmartKem,德国PlasticLogic都致力于有机薄膜电晶体(Organic Thin Film Transistor, OTFT)研发,在材料部份都有一定的成果,搭载OTFT的软性电子纸已经商品化,是目前Plastic Logic主推的产品。

图7 载子在有机半导体之移动性研发进展与相对应之应用

(本文作者分别为艾图雅总经理与副总经理)

点击查看原文

相关链接