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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

375期2023年07月號

出版日期:2023/07/15

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新世代毫米波PI/液晶 高分子軟性電路板材料技術

撰文/王明德

結合PI的可撓性與LCP的穩定電性兩大特色,工研院研發出新世代毫米波PI/液晶高分子軟性電路板材料,協助臺灣軟性印刷電路板掌握5G關鍵材料。
結合PI的可撓性與LCP的穩定電性兩大特色,工研院研發出新世代毫米波PI/液晶高分子軟性電路板材料,協助臺灣軟性印刷電路板掌握5G關鍵材料。

工研院結合PI和LCP特色,研發出「新世代毫米波PI/液晶高分子軟性電路板材料技術」,兼具PI的可撓性與LCP的穩定電性,解決各自在高頻軟板的問題,為業界首創,更協助國內軟板產業掌握關鍵材料自主權,搶占全球龐大5G商機,榮獲傑出研究獎金牌獎。

資通訊技術高速發展,輕薄的軟性印刷電路板(軟板),成為手機、穿戴式電子裝置的重要零組件。2020年5G開始商轉,其高頻傳輸特色對軟板帶來嚴峻挑戰,工研院結合聚醯亞胺(PI)的可撓性與液晶高分子(LCP)的穩定電性兩大特色,研發出新世代毫米波PI/液晶高分子軟性電路板材料,可協助臺灣軟性印刷電路板掌握5G關鍵材料,擴大市場競爭力。

5G的特色之一是大頻寬,現在通話、上網的頻段僅為6GHz,但隨著應用擴增,如傳輸檔案的10GHz、毫米波的24GHz、車用雷達的77GHz等高頻段場域將陸續出現,這些場域設備必須使用高頻軟板,方能確保其穩定性與效率。工研院材料與化工研究所經理朱育麟指出,在5G之前,軟性印刷電路板以具備優異熱安定性與可撓性特色的PI作為基板材料,然而此材料的介電常數與介電損耗會在高頻狀態下升高,因此業界紛紛尋找替代技術。

在全球市場上,僅有日本大廠研發出獨家技術,讓電性穩定的LCP可熱融加工製成薄膜,滿足市場的高頻軟板需求。LCP問世已久,其特色是高剛性、高穩定電性。高剛性讓此材料被應用於防彈衣、運動用品等對高強度撞擊有需求的產品,5G時代來臨後,市場注意到LCP在高頻環境中依然能保持穩定電性,因此開始嘗試將之作為軟板材料。LCP要成為軟板材料必須先熱融為薄膜,日本大廠的專利技術即是熱融LCP,將之形成均勻薄膜,適用於5G通訊設備中。

由於日本大廠擁有獨家技術且產量有限,導致市場上的LCP薄膜供不應求,全球市占率最高的臺灣軟板產業,更因關鍵材料受制於人,競爭力大受影響,因此尋求工研院協助。2019年工研院受臺灣廠商之託開始投入研發,朱育麟表示可溶解型LCP主要使用NMP(N-甲基吡咯烷酮)溶劑,此溶劑已被歐盟規範限制濃度,再加上長期使用PI的軟板廠商,過去投入巨資設置PI使用的DMAC(二甲基乙醯胺)溶劑回收系統,廠商希望沿用DMAC溶劑,在此態勢下,工研院著手研發PI與LCP符合材料,讓新材料仍可使用既有的DMAC溶劑回收系統。

研發成果最終成功解決了PI與LCP各自在高頻軟板的問題。PI的問題就如前文所述,雖然具備可撓性,但高頻環境會影響電性,LCP雖可通過高頻測試,然而即便製成薄膜,其剛性仍然不減,軟板彎曲數次即會斷裂。工研院利用分子間的吸引力,讓PI與LCP順利相容,其溶劑不會出現分層,可達到均勻混合狀態。

工研院研發的新材料經實驗後證明,同時兼具PI的可撓性與LCP的高穩定電性優點,在5G時代深具發展潛力。朱育麟提到,目前全球手機年產量將近20億支,再加上筆電、平板電腦、穿戴式裝置等,光是此市場商機就相當龐大;除此之外,近期市場最火熱的車用系統,也需高頻雷達偵測前車距離,這些場域都是新世代毫米波PI/液晶高分子軟性電路板材料鎖定的應用領域。

對於新材料的產品化進程,朱育麟透露,目前已完成技轉。其中之一是由國內樹脂業者取得LCP單一材料技術,樹脂業者再與國內大型軟板廠合作,透過軟板廠的特殊配方與塗佈設備進行嚴謹後處理程序,進一步發揮新材料的特色。另一技轉專案則是與國內的PI業者合作,由工研院提供LCP,在產線上混合PI廠的MPI(Modified PI),此案在政府的資源補助下,預計2年內可進入試量產階段。

朱育麟最後指出,過去產業間將PI與LCP視為各自獨立、彼此競爭的兩大材料,未曾有業者嘗試將兩者結合為複合材料,因此,工研院的「新世代毫米波PI/液晶高分子軟性電路板材料」為產業首創,市場尚未看到同類型產品,在此同時,更進一步取得技術專利,因此具備高度市場優勢。工研院將持續擴大此技術的應用價值,協助國內軟板產業掌握關鍵材料自主權,搶占5G商機。此外工研院也積極鏈結海外市場,目前已透過內部平台與日本的法人機構接觸,藉此推廣技術,擴大臺灣在5G時代的能見度。

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