陽昇應材 掌握保護元件關鍵技術
第五代行動通訊網路「5G」是全球科技發展的關鍵技術,快速且高容量、低延遲的無線通訊,可利於發展大數據,並引爆工業物聯網、車聯網、AI人工智慧、虛擬實境(VR)、擴增實境(AR)等相關應用龐大的需求。
迎接5G世代的來臨,陽昇應用材料總經理莊弘毅博士表示,5G多元應用服務的提供,主要來自多項關鍵技術的發展,其中電路保護元件將扮演關鍵角色。
莊弘毅博士說,生活中各式各樣的電路板上除了大家熟悉的主動元件和被動元件之外,由於環境充滿各種不同的不穩定的雜訊,像電力公司供電不穩、靜電、電線不小心短路、用電量過高…等,都會造成電子產品損壞,甚至爆炸,著火等危險。因此必須在有可能發生危險的電路上布上各種電路保護元件,這些電路保護元件大致上可分為兩大類,過電壓保護元件及過電流保護元件。
2018年全球過電流保護元件的市場需求約為900億台幣,預估年成長率在5%左右,2020年可達1,000億的市場規模。主要運用在車用電子控制系統、AI、各種智慧家電的電源保護,以及各式移動式電器的電池保護…等,伴隨著5G世代的來臨,可望加快市場需求量的成長速度。
事實上,陽昇應材所推出的3D陶瓷過電流保護元件的目標市場,初期是以智慧家電市場及移動式電器的電池為主,此部份的市場規模約占總市場的40%左右,也就是約400億。莊弘毅指出,隨著5G市場的成熟,陽昇預計可占有5%的市場,達到約20億的營業規模。
莊弘毅強調,保護元件的製作過程和原理比較類似被動元件,其動作原理也是經由過電流或過電壓所造成的電阻,電容或電感的變化來激發保護作用,但測試的條件,數據就必須有所依據,通常是各國的安規,而這部份的知識,是目前國內比較缺乏的。但近台幣千億,不亞於電阻的保護元件市場規模,卻是國內被動元件業者下一個業績成長最重要的必爭之地。
陽昇應材開發3D印刷燒結技術
被動元件的併購風再起,其中被動元件特別被大廠所注意,也讓保護元件展開熱潮。保護元件主要可分三大類,過電流、過電壓及過溫保護。過電流保護以保險絲為最主要的元件,傳統的保險絲多半是插件式的結構,方便更換,但缺點是很占空間,所以近年來許多人嘗試用各種製程製作貼片型的保險絲,以減少保險絲在電路中所占的空間。
最常見的是用晶片電阻相同的厚膜印刷燒結製程來製作保險絲線路,製程簡單,成本低,但電阻值分佈大,且熔斷後,仍有部份材料殘留,無法做到真正的斷路。另外有薄膜黃光製程來製件貼片型保險絲,可改善電阻值的精準度,確實作到熔斷無殘留,但黃光製程終究是平面的線路結構,能達到的電流範圍不夠寬,成本也不低,目前只能製作EIA1206尺寸以下的貼片型保險絲。另外,也有利用陶瓷管和保險絲專用的線,組裝出類似傳統插件式的結構,能適用SMT製程的保險絲,也最貼近一般保險絲的性能,尺寸、電流規格多。但電極部份必須採用高鉛含量的焊料,而且保險絲的線材不易固定,熔斷特性分佈廣。
為此,陽昇應材利用3D印刷燒結技術,製作出立體的空間,再應用自行開發之自動焊接機,將保險絲線固定於中空的陶瓷空間,不但達成完全無鉛,同時全自動的焊線製程,使得保險絲的再現性高於其他製程。另外,3D的陶瓷空間又提供了填充滅弧材料的地方,使此製程可製作耐高壓的保險絲。本製程將使得貼片型保險絲的應用範圍提高許多。
過電壓保護元件,則泛指靜電保護,突波保護等功能,多半是利用保護元件置於接地線路上,平時高阻抗,不影響線路正常運作。當過電壓發生時,0903-071871陳r,保護元件變成低阻抗,使突波經由接地流出而避免線路上其他元件受過電壓傷害。目前市面上的壓敏電阻(varistor),TVS二極體,或都氣體放電管等,都已有足夠的特性可供選用。
過溫保護和過電流功能很接近,通常電路中會產生過溫,多半是因為有過多的電流造成的線路歐姆熱(ohmic heating),所以保護的方式也是利用低熔點合金熔斷的方式來保護線路,改變合金種類即可達到不同溫度保護效果。
目前台灣保護元件發展,以過電流保護的發展較缺乏,因過電流保護元件安規要求較多,進入門檻高。陽昇應用材料已完成3D印刷燒結陶瓷及焊接法製作耐壓保險絲的量產線開發。總經理莊弘毅表示,此技術未來發展市場規模大,為擴大市場的占有率,願意將此技術以技轉的方式與有興趣的業者合作,藉以加速市場應用。
陽昇應用材料 推業界最小尺寸分流器電阻
分流器電阻的阻值通常是毫歐姆級,甚至低於1毫歐以下,主要是用於大電流的量測,也因此散熱變成極為重要的一個特性需求。
目前常見的5930、3920等大尺寸分流器電阻,都以裸露的合金電阻及銅電極來增加散熱。
分流器電阻材料以鎳基合金為主,厚度極厚,有足夠的強度可自我支撐,此外,合金表面自然形成一層緻密的氧化層,不須額外保護層或防焊層,輻射熱可以不受阻礙地傳播出去,散熱的能力自然可有效提高。
當大家一直嘗試往小型化發展,但量產化並不容易,主要原因在於銅電極和合金電阻體的焊接工藝無法自主化,都是交由電子焊接外包廠商來進行。
而為了配合外包廠大型機械的機構,電阻合金及銅電極材料無法小型化,致使分流器電阻體的尺寸仍多數停留在5930、3920等。
電阻體合金的價格逐年上漲,因此分流器電阻尺寸的小型化勢在必行。
陽昇應用材料建立了業界第一條自主焊接銅電極及合金電阻體的量產線,其機構均按分流器電阻所需設計製作,使得小型化量產分流器電阻得以實現。
目前尺寸已降低至2512、1206、0805,甚至在明年第二季預計將推出0603之分流器電阻。
陽昇特別將此系列產品命名為Mini shunt。
分流器電阻小型化之後,其厚銅電極可改善目前市面上常用的微電阻量測不準的困擾。
此外,厚銅和裸露的電阻體更提供了許多散熱的路徑,提高了分流器電阻的使用功率。
例如使用者可用1206來取代2512,如此省了75%的原有空間。
該公司總經理莊弘毅博士表示,分流器小型化是近年來微電阻的一個新突破,陽昇應用材料是目前國內唯一可從電阻體焊接,阻值微調到最後量測包裝作業均自主化,並且將尺寸推向0805的廠商,目前產能已可達8kk/月以上。
陽昇應用材料所推出的Mini shunt系列,更針對使用者推出特別的貼心設計:由於尺寸小型化,使用者的線路間距亦隨之縮小,為避免錫膏短路,特別在兩電極間,也就是電阻合金下方,對散熱沒有幫助的部份,增加一層防焊層,使得使用者在電路的設計使用上更無後顧之憂。
公司簡介
成立於2012年3月,主要的核心技術有兩個領域。
1. 陶瓷載板:利用自主研發之陶瓷加工技術及厚膜印刷燒結技術,可製造出各種用途之陶瓷載板。特別是有3D結構(雙面導通孔,立體圍繞壁...等等 )之設計,可應用為 LED, IC封裝載板,或電路保護元件之基板等用途。
2. 磁性材料之成型:應用自主研發之一體成型技術,製作微型功率電感 (power choke)所須之磁芯,可依不同領域之須求,提供不同磁性材料系統。使功率電感之設計及製作更具多樣性。
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