創新突破／毫米波銅箔基板技術

工研院研发高频铜箔基板树脂材料与配方系统，符合5G毫米波的相关电路板材料需求。

【撰文／赖宛靖】

5G技术突飞猛进，毫米波的高速传输应用是关键。然而，市场上常用的PCB基板材料容易使毫米波出现大量电介质和讯号损失问题，工研院开发「毫米波铜箔基板技术」，能让讯号稳定传输，荣获工研院杰出研究奖金牌奖。

随着5G时代来临，相关企业纷纷祭出新的商业模式和服务平台，科技发展经历重大变革，电子产品与设备也朝向高频、高速资讯处理和大量数据传输的趋势迈进，而毫米波具有高频宽、大容量以及超低延迟等多项优势，最能满足5G时代较大频宽和高速传输的要求，也带动与讯号传输最密切相关的电路板材料市场发生变化。

印刷电路板（PCB）是电子产品之母，无论科技的进步带给生活多大便捷，所有美好的想像都必须「写」在印刷电路板上，让所有电子零组件发挥所长。面对高传输需求，印刷电路基板的材料与讯号传输稳定度息息相关，不但直接影响电子产品的可靠度，更可左右系统产品整体的性能及竞争力，面对5G时代来势汹汹，产业该如何因应？

研发铜箔基板新材料　改善毫米波讯号传输效能

工研院材料与化工研究所组长杨伟达表示，大约8至10年前，工研院已预见5G将向毫米波方向发展，便开始研发相关技术，当时市场上惯用的材料在毫米波频段会有较大的介电与讯号损失，团队遂着手开发能在毫米波频段减少讯号损失的铜箔基板材料，尽可能使讯号稳定传输，进而提高产品性能。

被广泛应用的铜箔基板（CCL），是现代电子产品中不可或缺的重要材料，尤其是5G时代来临，对铜箔基板的要求更甚。工研院材化所经理邱秋燕分析，一般而言， PCB用的铜箔表面会进行粗糙化处理，以改善与介电材料间的结合力，但粗糙的铜箔表面将导致讯号高损耗，且随着频率升高，导体损耗将显著增加；而铜箔传输讯号有一特性，当讯号愈高频高速化时，讯号传输会愈来愈集中于铜箔表层，称之为「集肤效应」，频率愈高，集肤效应会愈明显，表面的粗糙度对讯号传输的影响会变得非常显著，为了降低毫米波讯号传输的导体损耗，使用光泽的无粗化超平坦铜箔，但两材料间的接着性也随之变差。

为了找到不影响基板电性的底漆层材料，研发团队绞尽脑汁，开发出低损耗底漆层材料可涂布于无粗化铜箔表面提升与高频介电材料间的抗撕强度，即便铜全板蚀刻后，仍可维持基板材料原先的电性，让铜箔基板兼具高抗撕强度与低传输损耗。杨伟达说，多年来研究团队为了毫米波传输所需，开始探索各种树脂材料，把以前学过理论都翻了出来，着手进行模拟和计算，选择出几种可能的结构，最后锁定环状烯烃聚合物，巧合的是，这与杨伟达读研究所做的研究想法相符。「为了环状烯烃聚合物符合所需，团队透过分子结构改变、调整分子量，还要从配方设计上着手，才研发出因应毫米波传输的铜箔基板材料。」

深耕多年　关键配方诞生

工研院研发的高频铜箔基板树脂材料与配方系统，是利用分子单体结构设计导入低极性单体，并降低极性分子的比例、抑制分子的运动等结构调控配方组成，使低介电特性与高导热性能可结合在同一材料系统，以符合5G毫米波的相关电路板材料需求。杨伟达表示，研发团队一开始试图自行合成上游单体原物料，但过程太过繁琐，未来导入产业也会有困难，因此转而寻找已商品化的原物料，再根据需求进行寡聚物结构设计。

由于高阶树脂材料技术多为美、日等大厂掌握，团队在找寻材料时就考虑到需可透过多重管道取得，避免受到地缘政治因素影响，此外，该树脂材料技术具低吸水率及低损耗特性，在有机溶剂中溶解度良好，不仅能增加铜箔基板材料的机械强度与优异电气特性，也能提高制程加工便利性、减少能耗，可协助台湾铜箔基板厂商有机会突破国际大厂的技术壁垒，提升产品附加价值产业竞争力。

杨伟达指出，由于PCB制程繁复，上下游产业又多属资本密集，为协助业者加速进入5G市场，工研院将一路走来的研发历程建立出「铜箔基板暨载板材料与验证技术」平台，举凡高阶树脂、粉体、硬化剂、添加剂、玻纤布与铜箔等多种原料评估，以及相关PCB制程的材料特性、制程相容性、可靠度等，皆能协助国内外材料厂商进行及应用可行性验证、导入先进材料开发，可大幅缩短产业链相关材料研发时程，并可协助国内业者与国际高阶上游原料接上线，促进台湾铜箔基板导入先进技术与材料，引领国内建立完整的高阶电路板产业链，奠定新的里程碑。

工研院开发低损耗底漆层材料可涂布于无粗化铜箔表面提升与高频介电材料间的抗撕强度，让铜箔基板兼具高抗撕强度与低传输损耗。