低介電材料開發日趨活躍,已然成為市場焦點產業

 

刊登日期:2023/5/29
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范淑櫻編譯
 
使用毫米波、兆赫波段等高頻段之次世代通訊憑藉其超高速、大容量通訊、低延遲、多點同時連接等特性,數據通訊的暢達性將有飛躍性地提升。因此,隨著5G或Post 5G等次世代通訊的環境部署越臻完善,預期將為遠距醫療、自動駕駛等各領域帶來突破性的發展。而半導體是現代科技發展與智慧應用的基礎與核心,當論及與半導體具高連動性的印刷電路板材料之際,樹脂、玻纖布、填料、銅箔等次世代通訊材料已然成為市場焦點產業,相關開發亦日趨活躍。
 
PPE平衡性獲好評,環氧樹脂走向多元化戰略
5G頻率越高,可發送的數據量越大,但訊號衰減亦隨之增加。為了抑制電氣訊號的傳輸損耗,「介電特性」對於次世代通訊零組件、材料將更顯重要,各業者亦積極投入具有低介電特性之材料開發。
 
縱觀低介電樹脂的發展戰略,方向性大致可區分為二:其一是做為主要樹脂以量取勝;或是以輔助樹脂的角色發揮補足作用。近年來,基板材料除了耐熱性、韌性、加工性等基本特性之外,低介電特性亦成為必要。然而,僅以一種樹脂難以兼備各項性能,因此利用輔助樹脂補強主要樹脂的趨勢日漸顯著。
 
目前可因應高速、大容量通訊之通訊設備用硬質基板用途的主流低介電樹脂材料為「聚苯醚(PPE)」,除了低介電特性之外,在耐熱性、阻燃性、低吸水性、易溶於溶劑,以及容易與其他樹脂混合等各方面均具備良好平衡而獲得好評。
 
經手硬質基板用PPE的企業包括了沙特基礎工業(SABIC)與三菱瓦斯化學兩家公司,其中SABIC的PPE類寡聚物(Oligomer)「NORYL SA9000」已被視為此領域的業界標準(De Facto Standard)。而三菱瓦斯化學則積極推動PPE類寡聚物「Oligo Phenylene Ether(OPE)」在高性能硬質基板的採用。為因應5G所帶來的數位轉型與龐大市場商機,SABIC已於2020年將全球產能提升2倍,三菱瓦斯化學亦在2021年底將生產能力予以倍增。
 
PPE在硬質基板的低介電樹脂用途獲得支持,然而其地位的確立並非一蹴而就。PPE具有低介電特性早已為人所知,但卻是經過反覆試誤而發展至適用做為基板材料。SABIC即是透過與各種客戶合作,創造出滿足其需求之材料;三菱瓦斯化學投入硬質基板用PPE寡聚物開發則可追溯到15多年前,並持續事業佈局於2013年正式投入市場。
 
在無線、有線通訊持續往高速、大容量化推進的趨勢之下,對於低介電樹脂中長期市場成長的預期,促使各家化學品、材料公司紛以PPE為指標性材料競相投入開發。而既有PPE業者亦不遑多讓,SABIC即計劃在2023年正式推出次世代產品,以因應Post 5G時代的需求。
 
另在硬質基板或半導體封裝基板等用途的代表性絕緣樹脂則為環氧樹脂,具有優異的電絕緣性、耐熱性、與銅箔的密合性、耐化學藥品性、耐水性等特性,是電子零組件不可或缺的材料之一。
 
環氧樹脂製造商包括三菱化學集團、DIC、日鐵化學材料、日本化藥、ADEKA等。5G時代來臨,從環氧樹脂各家業者的動向可以看出兩項趨勢。其一為環氧樹脂的「低介電化因應」,例如DIC的「活性酯型環氧樹脂硬化劑」。一般硬化後的環氧樹脂在其分子結構中含有「羥基」,因此可賦予低介電特性的程度有限。而透過使用DIC的硬化劑,可抑制羥基的產生,與一般硬化劑相比,低介電特性的代表指標「介電損耗」數值將可獲得一位數的改善。目前DIC亦著手投入可進一步改善介電損耗之環氧樹脂硬化劑的開發。
 
另一產業動向則是發展「多元化戰略」,透過其他樹脂的開發,開拓環氧樹脂無法觸及的低介電特性領域。例如日本化藥率先於2020年開始量產可做為低介電樹脂而備受矚目的「順丁烯二醯亞胺(Maleimide)樹脂」。除了低介電特性之外,此材料亦具有溶劑溶解性、低吸水性等一般順丁烯二醯亞胺樹脂所缺乏或不足的特性。目前日本化藥已在山口縣工廠建立了年產能數百噸的生產體制,且已獲採用於半導體封裝基板或硬質基板。
 
在推動提高順丁烯二醯亞胺樹脂低介電性能之新製品開發的同時,日本化藥也展開了介電性能優於順丁烯二醯亞胺樹脂之「烴類」、「烯烴類」熱硬化樹脂的開發。烴類材料可望應用於提升低介電性能的樹脂添加劑用途,而烯烴類材料則可適用於硬質基板的主要樹脂用途。
 
近來DIC也開始量產具有低介電特性與良好溶劑溶解性的順丁烯二醯亞胺樹脂,並著手展開因應今後Post 5G之烴類熱硬化樹脂的開發。另有Air Water旗下子公司Printec亦正在開發兼具低介電特性與耐熱性之新型 ---以上為部分節錄內容,完整資料請見下方附檔。

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