鄭志龍 / 工研院材化所
日本國際電子回路產業展(JPCA SHOW 2023)於5月31日至6月02日在Tokyo Big Sight舉行，透過此展覽可洞悉未來整個PCB(包括軟板材料)產業的技術走向及應用領域。本文將介紹從今年的展會觀察到的材料技術趨勢。
5G車載應用與5G相關基礎設施佈建都與高速、穩定的資料傳輸息息相關，從5G基地台到車載5G聯網，勾勒出對高頻材料的需求。面對5G高速網路來臨，此次高頻材料的重點展示在於低傳送損失、良好加工性與高可靠度。Panasonic公司在此次的JIEP研討會中也公開最新產品megtron8的材料技術規格，其中Df已達0.0012，也勾勒出2028年下一代megtron產品針對224 Gbps高速傳輸(28 GHz〜56 GHz)的電性規格，Df已達0.0007，同時也有提及公司在環境友善方面的政策方向。
低粗度的銅箔與低介電損耗的樹脂原料向來是高頻材料發展的重點，此次僅福田公司展出超低粗鍍銅箔T4ZX系列，低介電樹脂則是強調超低介電損耗，Df 0.001@10GHz，其可做為取代高頻基板用的PPE樹脂。MGC BT系列此次應展出low warpage HL832RS，其CTE僅1ppm，另外還有針對天線縮小尺寸用的high Dk/low df的板材，搭配low Dk glass 其Dk 10，Df<0.003 。在玻布方面有展出超薄玻布，其運用開織技術所織出的玻布T-glass，厚度僅8 μm，CTE也較E-glass小，僅2.8 ppm，適合載板高尺寸安定性的應用。另外，亦有針對下世代224 Gbps高速傳輸所需的low Dk/low df 玻布NEZTM進行開發，其Dk 4.0/Df 0.001。
軟板PI領導廠商-Kaneka此次展示高頻軟板用的PIXEO ib#SW雙面板TPI，同樣有提出2028年公司的發展方向，包含non-PFAS(取代PTFE)、生質、可回收等扣合低碳環保等議題的技術發展方向。太陽油墨有展示高熱傳導並兼具圖案化能力的防焊油墨，針對高放熱車載內埋晶片用high Tg、low CTE的熱應化乾膜材料，其與EMC相同，可在短時間內完成模封製程。此次車載電子注重於高耐熱、高熱傳導與高絕緣性的熱界面材料需求，強調200℃的耐熱性，以130um的絕緣層厚度為例，其熱傳導係數10W，同時兼具高耐電壓特性。
Denso針對電動車所對應的接合材料與構裝技術的最新動向發表演說，未來的構裝將朝向高密度、多機能化發展，因此發熱密度高、發熱量大，將會使用很多的導熱設計，包含Heat Pipe、Spreader、TIM……等，同時因為寬能隙半導體(SiC、GAN等)，其工作溫度將在175℃以上，傳統的Pb接合材料將不敷使用，目前是以Ag為主的耐高溫燒結材料為主流。另外，要有耐250℃以上的封裝材，同時需要兼顧各種異質介面的CTE不匹配所導致的應力問題。以下將就各材料領域較具代表性的參展廠商所發表的產品特色及趨勢做介紹。
展會現場掃描
1. 太陽油墨(Taiyo Ink)公司
今年太陽油墨除了展示一般油墨外，如圖一〜圖五所示，亦展示出低介電損失、熱固化的乾膜材料，具有高Tg、低吸水率與對低粗度介面有優異接著能力的特性，可以做為增層膜材應用於高速通訊基板。另有針對高頻軟板低傳輸損耗提出low Profile銅介面與新的Seed Layer技術，形成較佳的矩形線路形狀，降低導體的傳輸損失。針對功率半導體的高放熱需求，提出具導熱功能的防焊油墨與高耐熱、高導熱之熱介面接著材，亦發表晶片模封或內埋基板所需之增層膜材，其高Tg、low CTE的特性與具有像EMC材料類似的製程時間，適合用於高電壓、電流、車載或高放熱基板。感光性層間絕緣材料可用於Organic Interposer、WLP與PLP，分為low CTE與高頻兩種應用。low CTE的值在25〜30 ppm為鹼性水溶液顯影;高頻應用的Dk 2.6〜2.9、Df 0.004〜0.007為溶劑顯影。
圖一、熱硬化絕緣增層材料
圖三、功率半導體用高耐熱構裝材料
2. 鐘淵化學(Kaneka)公司
鐘淵化學是世界三大知名的PI電子材料大廠，如圖六〜圖九所示，本次現場展出高頻軟板與高可靠度的軟板用材料，其IB#SW系列強調MPI搭配熱塑性PI，可以搭配低粗度的銅箔，降低傳輸損失。從其展示的IB#SW膜材的外觀來看，與傳統金黃色透明的PI膜不同，外觀略顯霧霧的，可能有半結晶狀的分子排列。XR#SW系列強調中間Core層PI，有經改良提升其耐化性能力，從900s提高至2,400s，可以改善在蝕刻銅線路後，強鹼剝膜液的攻擊。從其所發表的產品Roadmap來看，可以分為三部分，一般軟板以薄型、細線與高屈曲為發展趨勢， 提出材料良好加工性、耐久性與生物可分解性，符合環境友善的趨勢。針對未來5G毫米波高頻軟板的需求，以IB#SW為基礎擴充不同厚度的產品，6G的應用則是以取代PFAS作為發展方向。在車載產品方面，以高耐溫、高散熱、高絕緣與厚銅為發展趨勢 ---以上為部分節錄內容，完整資料請見下方附檔。
圖六、高頻用軟板材料
圖八、Kaneka產品roadmap