莊貴貽/工研院材化所
2020年為5G元年，各國陸續推出5G服務，帶動周邊零組件、服務、基地台等產業發展。隨著未來5G基地台大量建置，內部需要大量高階晶片，帶動了整體晶片所需的ABF載板產業發展。因應5G的高頻高速傳輸發展，ABF載板層數、面積均倍增，且設計更複雜，同時，ABF絕緣材料之熱穩定、散熱和低介電等特性也將更加重要。
前言
隨著第五代通訊技術(5G)蓬勃發展，加速全球對於物聯網(IoT)以及人工智慧(AI)之應用。IDC(International Data Corporation)更預估2017年至2022年全球物聯網市場每年會有兩位數的增長，並將於2022年突破1兆美元大關。受惠於5G基地台內部使用的核心CPU晶片，以及主動式天線(AAU)模組所需的各類射頻晶片皆使用IC載板，加上資料中心的CPU，以及其他網通設備使用的高階晶片，造成IC載板的需求急速增加，如圖一Yole預估，FC Substrate在2017年至2023年之複合成長率為8%，同時在2020年全球產值會突破30億美元。其中，FC載板需要大量的ABF(Ajinomoto Build-up Film)製程，使增層材料(Build Up Materials)整體產能和市場逐年增大，2020年時產量可達10,000千m2和產值達NTD79億元，如圖二所示。
圖一、FC 載板全球產值預估
增層材料( Ajinomoto Build-up Film Materials )
ABF基板材料是90年代由Intel所主導的材料，用於導入覆晶構裝製程等高階載板的生產，可製成較細線路、適合高腳數、高傳輸的IC封裝。其基板核心結構仍是保留以玻纖布預浸樹脂(FR-5或BT樹脂)做為核心層(Core Substrate)，再使用增層材料(Build up Materials )疊加的方式增加層數，以雙面核心為基礎，做上下對稱式的加層，但上下的增層結構，捨去原用的預浸玻纖布壓合銅箔的銅箔基板，而在ABF膜層上改用電鍍銅取代之，如圖三所示。如此一來，可以減少載板總體的厚度，突破原有含玻纖樹脂載板在雷射鑽孔所遇到的困難度。近年來，以ABF材料為製程結構的載板也發展到無核心技術，又稱為無芯載板(Coreless Substrate)。此載板結構是除去核心層的玻纖布而直接以增層絕緣材料取代，但加層的部分將視需求以膠片(Prepreg)取代，以維持載板支撐度。以ABF材料架構所製成的載板，最常使用的線寬/線距(L/S)可以達12/12µm，其架構可以分1+2+1(四層板)，2+2+2(六層板)等，普遍適合用於FC-CSP(Flip Chip Chip Scale Package)的構裝製程。
圖三、IC 晶片剖面圖
因應5G時代，ABF載板製程改變，載板層數大幅提高至10∼16層(一般層數為4~8層)，如5G通訊晶片載板層數從6∼10層提高至8∼20層，載板面積將從 37.5 x 37.5mm擴大為 50 x 50mm，相當於需求增加兩倍以上。因此，在全球強勁的高速運算和通訊需求下，拓墣產業研究院估計2019～2023年全球ABF載板平均月需求量將從1.85億顆，成長至3.45億顆，年複合成長率達16.9％。
5G 增層材料挑戰
隨著智慧手機的高速發展和高頻通信的興起，在5G電子通訊傳送上也進入了全新的變革。因應目前快速高頻通訊的需求，在IC元件設計和製造上須盡量降低訊號損失和雜訊，維持通訊傳送速度和品質。對於IC載板用之增層材料的介電常數(Dk)會影響到訊號的傳送速度，而介電損失(Df)會影響到傳送訊號時的品質，當這兩種因子較低時，才能縮短訊號延遲(Signal Propagation Delay Time)，以及減少訊號的傳遞損失(Signal Transmission Loss)，達到最快的傳送速度和維持較佳的傳輸訊號。未來應用5G之增層絕緣樹脂，根據Yole報導，其介電損失特性需求為---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。