由於網路行動化、雲端軟體的開發、高解析視網膜4K顯示器的產生以及物聯網大數據分析的潮流，穿戴式電子產品種類越來越多，如智慧型手機、眼鏡和手錶等電子產品，且其產值正逐年增加，從圖一可看出預估在2020年時可達34億美元。
圖一、全球穿戴式產品產值預估
以目前智慧型電子裝置而言，要有整合性功能、易於連網、輕薄短小方便攜帶等需求，除了半導體封裝(Semiconductor Packaging)技術需更新之外，所相對應的電路板絕緣材料的特性需求也需要改善。如表一所示，絕緣材料必須具備低的介質常數( Dielectric Constant; Dk )及損耗因子( Dissipation Factor; Df )，Dk <3.5、Df <0.005在1 G的頻寬下，來因應高頻及高速的需求。此外由於IC構裝載板薄型化，基板尺寸安定性更為嚴苛，絕緣材料必須具有低熱膨脹特性（Z-CTE <20 ppm/˚C，XYCTE: 1~3 ppm/˚C），以預防載板在封裝過程中因溫度升高產生的翹曲，造成線路連接的斷裂問題。因此如何製備具有低熱膨脹係數(Low CTE)和高熱穩定度( High Tg )介電絕緣樹脂是目前廠商所要面臨的課題。
薄型基板市場現況
由於新一代的薄型電子產品盛行也增加了IC載板的產值需求量，根據IEK統計，在2015年時台灣產值達到32億美元（圖四）。在IC載板(IC Substrate)產業結構中，台灣在中/下游的IC封裝產值已居全球第一，但在介電絕緣材料(Dielectric InsulatingMaterial)中，目前仍是以日本三菱瓦斯(Mitsubishi Gas Chemical; MGC)和日立化成(Hitachi Chemical)所生產的BT和BMI類型樹脂為主，占全球市場70%以上（表二），因此台灣電路板產業正積極發展薄型基板用介電絕緣材料來改善目前國內樹脂材料供應的問題。
電路板薄型化翹曲現象
一般物體均有熱漲冷縮物理性質，當外界產生溫度變化時，物體會因本身熱膨脹係數(CTE)產生回應的現象。然而將兩物體在某一溫度黏著後，兩者將受到黏著的拘束條件，當外界溫度產生變化時，兩物體都會產生熱漲冷縮，可是因為兩物體的熱膨脹係數不同，加上被黏著拘束限制，所以兩物體為了釋放溫度所產生的內力，故藉由彎曲變形之形狀改變來達到消除內力目的。
相同的，在一般基板中晶片(Chip)與板材中的載板(Substrate)兩者的CTE無法完全符合(Mismatch)，因此在冷卻和加熱的過程中，兩者的脹縮比例不同，會使得基板彎曲變形，如圖五所示。另外BGA封裝的載板耐溫不足時也容易在迴流焊的時候發生載板翹曲(Warpage)變形的問題，進而形成枕頭效應（焊球大小不均一）。
如何設計低熱膨脹基板材料
在一般IC載板或多層板(High Density Interconnection; HDI)樹脂中最常使用的是環氧樹脂和三菱瓦斯所開發的BT樹脂，但其Z-CTE的熱膨脹係數大約多落在40~60ppm/˚C，在薄型化的基板中可能會產生翹曲問題。為了有效降低基板材料的熱膨脹係數，其方法大致可分為以下兩種。
2. 添加無機粉體
無機粉體的熱膨脹係數大部分都遠低於樹脂，如最常用來降低熱膨脹係數的無機粉體二氧化矽，其CTE為3~5 ppm/˚C。圖九為藉由添加無機粉體來下降樹脂本身的CTE，當添加量到50%時可將CTE降至25~30 ppm/˚C。
低熱膨脹基板材料發展
在IC載板和HDI板材中所用介電絕緣材料，目前仍是以日本三菱瓦斯、松下電工(Panasonic)和日立化成所生產的BT和其他非鹵素類型樹脂為主，占全球市場70%以上。而在台灣的IC載板和HDI材料端雖受限於日本進口，但國內仍有南亞(Nan Ya)、聯茂電子(ITEQ)、台光電(Elite Material)或其他PCB板材料公司積極投入薄型化和多層絕緣材料的開發。表七為這三家公司所開發出Low CTE銅箔基板材料，具有高熱穩定性，Tg >150˚C，但在XY-CTE的熱膨脹係數只能降到12~15 ppm/˚C，若要應用到載板材料尚有需改進的空間。為了增強台灣電路板原物料競爭力…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
表七、台灣目前發展低熱膨脹絕緣材料
作者：莊貴貽、邱國展 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」367期，更多資料請見下方附檔。