朱晏頤／工研院材化所
5G世代來臨將帶動社會各層面的型態轉變，與之相關的營業機構將會出現新的商業模式與服務平台並驅動龐大的經濟活動，電子通訊產品與設備將因而朝向高頻高速的方向發展，故與訊號傳輸息息相關之電路板材料市場將成長至少10倍以上。本文彙整電路板之核心基礎—基板材料之發展趨勢以及國內外廠商的產品現況，希望能協助相關業者了解產業動態與技術動向。
【內文精選】
前 言
電子產品與設備已朝向高頻高速化的趨勢發展，對高速資訊的處理及大量數據傳輸的需求更甚，第四代行動通訊技術(4G)雖然開啟了高速寬頻應用，但頻寬與效率已無法滿足未來萬物互聯的應用場景，網絡之傳輸速度以及服務品質需要新一代的5G通信系統才足以因應雲端應用和巨量資訊的流動。
5G行動通訊逐漸邁入商轉，勢必帶動與訊號傳輸息息相關之電路板材料之變革，如何對應毫米波高速且巨量訊號傳遞、電子產品輕薄短小與多層板的需求，以及隨之產生的導熱問題，已是各國材料商積極投入之研發焦點。在此趨勢助長下，電路板的關鍵基礎材料─硬式銅箔基板(CCL)在2018年的市場已達111億美元，預估至2025年將成長至181億美元。CCL材料包含紙質基板/複合基板、FR-4基板（含泛用基板和高玻璃轉移溫度基板）、低熱膨脹係數(CTE)基板以及高頻高速基板等四大類，在5G通訊的催化以及新世代高頻市場的產品結構演變下，硬式銅箔基板的訴求亦逐漸走向快速且高容量之訊號傳輸，未來幾年內市場的主要成長動力將來自於高頻高速基板的貢獻。
材料發展趨勢
因應5G高寬頻通訊，電路板材料的應用頻率勢必提高至毫米波頻段才可使傳輸達20 Gbps以上的目標，且應用仍以多層板為架構的設計為主，因此銅箔基板材料的規格如何往高頻段發展以滿足5G需求已成為各大板廠致力研討之議題。
現今電路板技術以高品質傳輸、功能整合、散熱以及可應用至多層板之製造等特性為主流趨勢。在高品質傳輸方面，訊號的傳輸速率與基板之介電常數(Dk)的平方根成反比，亦與介電損耗(Df)息息相關，故若板材具有高介電特性，容易造成訊號傳輸延遲且在高頻段(≥10 GHz)的影響越大，因此介電特性必須小才可助於提高傳播速率；但加速訊號傳遞的同時也將帶來高熱能產生之隱憂。目前國內外的廠商已有針對提高銅箔基板之高頻傳輸性能開發的產品，但大多數僅具備高傳輸效率（低介電特性）、或是只有高導熱功能，兩者皆備的商品較少。材料商以美國Rogers推出較多這類產品，Rogers近幾年的產品區分為高功率、毫米波以及天線應用，其中在毫米波材料部分以更低介電常數、薄型化以及使用熱固型材料為發展趨勢，導熱係數也列入材料性能的評估項目之一，並從0.42 W/m·K增加至0.55 W/m·K(圖一)。
圖一、Rogers歷年產品趨勢
國內外基板材料發展現況
近期國內外的展會上，可見諸多板廠推出新一代的Ultra Low Loss產品，綜觀各業者除了調整樹脂配方之外，超低介電玻璃纖維布的導入亦是產品進化的重點。Asahi Kasei新推出的L2-Glass之Df相較於目前泛用之L-Glass大幅下降，自0.0038至0.0018 @10 GHz；此外，日商Shin Etsu亦推出石英玻纖布SQX，其Dk/Df於10和70 GHz均為3.7/0.0001，玻纖布在板材中的占比約20~45%，因此其介電損失的優化可突破板材在電性上的限制。另一方面導入的材料則是超低粗糙度的銅箔，古河銅箔所推出適用於高頻電路板之H-VLP2銅箔，透過超微細粗化和特殊表面處理，其Roughness Rz依箔厚的不同落於1.0~1.2 mm之間，可實現優於H-VLP銅箔的低傳輸損耗。
工研院材化所技術能量
在經濟部技術處科技專案支持下，工研院材料與化工研究所多年來針對5G毫米波需求，自樹脂原料布局至銅箔基板配方，建立毫米波基板材料研發系統，透過分子結構設計與合成方式的突破，開發新型熱固型環烯烴樹脂(Cyclic Olefin Resin)材料，擁有良好的加工性並於20~110 GHz具備優異的電氣特性(圖三)。此外，材化所亦建立原物料與板材之驗證平台，協助業者評估各類型材料，包含有機樹脂、無機粉體抑或是補強材於毫米波相關材料應用之可行性，並具備不同頻段之高頻材料的量測技術，期望以此統合性的技術平台，為5G毫米波應用之材料開創更多契機 …以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖三、工研院材化所研發之環烯烴樹脂及其高頻基板材料電性
★本文節錄自《工業材料雜誌》418期，更多資料請見下方附檔。