先進(jìn)封裝中的低損耗介電材料在高速和高頻應(yīng)用中的應(yīng)用

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引言
在5G及更高頻率應(yīng)用的時(shí)代，對(duì)高速和高頻應(yīng)用的需求急劇增長(zhǎng)。這些應(yīng)用中的關(guān)鍵組件之一是印刷電路板（PCB）和封裝中使用的介電材料。本文將探討低損耗介電材料的重要性、特性以及各制造商的最新發(fā)展。

- D& V1 \+ r% C  c% F9 V% j為什么需要低損耗介電材料？
9 f( W4 B$ v1 ~: W8 W, P高速和高頻線路的主要目標(biāo)是減少傳輸損耗。傳輸損耗是導(dǎo)體損耗和介電損耗的總和。導(dǎo)體損耗可以通過(guò)使用高附著力技術(shù)制造的極低表面粗糙度銅箔來(lái)解決，而介電損耗則通過(guò)使用具有優(yōu)異介電特性的材料來(lái)緩解，特別是在寬頻率、溫度和濕度范圍內(nèi)具有低且穩(wěn)定的介電常數(shù)（Dk）和損耗因子（Df）。

8 k( P- @1 @" o- g
* Q& Z/ J  y  z& ^1 J1 Y  m. N圖1：傳輸損耗組成

( i; n8 S( ?% t$ Q- m低損耗介電材料的關(guān)鍵特性
對(duì)于5G等高速和高頻應(yīng)用，介電材料應(yīng)具備以下特性：

低且穩(wěn)定的Dk和Df值

低熱膨脹系數(shù)（CTE）

低固化溫度

低楊氏模量（

低吸濕率（

固化過(guò)程中低收縮率（

高延伸率

高抗拉強(qiáng)度

長(zhǎng)保質(zhì)期

易于制造

適合組裝
" L" l0 g! a$ _# [" {0 @
3 e- e0 g! E9 b& Q低損耗介電材料的最新發(fā)展
多家公司正在開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的低損耗介電材料。讓我們探討這些發(fā)展：
1. NAMICS
- h* t" a% W& B1 L* ?8 R+ u. XNAMICS開(kāi)發(fā)了一種具有低Df和Dk以及良好附著力的穩(wěn)定介電材料。通過(guò)添加球形二氧化硅（SiO2）填料，保持了充分的柔韌性，同時(shí)具有低CTE。
; {: \* `5 d& K. d9 K5 t# B

圖2：NAMICS薄膜的外觀和材料特性

該材料展現(xiàn)出優(yōu)異的特性：

2 GHz時(shí)：Dk = 3，Df = 0.0025

CTE = 25 × 10^-6 /°C

抗拉強(qiáng)度 = 630 MPa

銅粗糙面（Ra = 1.8 μm）的附著力 = 7 N/cm

銅光滑面（Ra = 0.25 μm）的附著力 = 5.5 N/cm
0 q: J( A+ v' ]/ R
! D0 X  Q- C+ v2. 杜邦
杜邦開(kāi)發(fā)了用于5G光電介質(zhì)應(yīng)用的XP-Formulation A和XP-Formulation B。XP-Formulation B使用非丙烯酸酯基新型光系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度光刻，同時(shí)獲得優(yōu)異的電氣特性。
+ P, k" b  H, s* x# u) j
1 ?8 l/ K) O5 P5 @表1：XP-Formulation A和XP-Formulation B的材料特性
: o& H& n+ n) t: U# R
XP-Formulation B的主要特性：

Df = 0.0022（28 GHz）和0.0029（77 GHz）

Dk = 2.5（10-40 GHz）

Tg = 170°C

吸水率 = 0.13%

& b4 D8 ]& L1 S( P5 g1 v3. 日立/杜邦微系統(tǒng)
% T4 ]- O+ r, S) ?- C日立/杜邦微系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了具有優(yōu)異電氣和機(jī)械特性的非光敏和光敏聚酰亞胺。

圖3：非光敏和光敏聚酰亞胺的Dk和Df隨固化溫度的變化

2 Y8 N* }3 ~" X/ r新型光敏聚酰亞胺在320°C固化后顯示：

Dk = 3.0（20 GHz）

Df = 0.006（20 GHz）
8 }% `  f3 k+ x0 |5 I
4. JSR
JSR利用獨(dú)特的聚合物合成技術(shù)開(kāi)發(fā)了基于芳香族聚醚的HC聚合物。
5 e# V+ J9 |, A
9 P( u! N& r, |  k% H; ^9 w# Z' x圖4：HC聚合物在10 GHz時(shí)的Df與Tg關(guān)系

% j2 }$ w- D0 y5 J7 |6 tHC聚合物的特性：
& q* ]1 l$ v# o$ v

Dk = 2.46（10 GHz）

Df = 0.0027（10 GHz）

模量 = 3 GPa

抗拉強(qiáng)度 = 62 MPa

延伸率 = 34%

Tg = 206°C

0 S5 `2 Z/ R, ?8 k3 j  r; F, t% M; k1 m/ z5. 東麗
( J4 c  F# q) V0 \東麗基于分子設(shè)計(jì)方法開(kāi)發(fā)了三種低Dk和Df聚酰亞胺（PI-A、PI-B和PI-C）。

6 X+ b4 [% ~. X0 t. p表2：東麗聚酰亞胺的材料特性

PI-B聚酰亞胺顯示最佳電氣特性：

Dk = 2.7（20 GHz）

Df = 0.002（20 GHz）
: x0 ?& n/ R' K" s
% q& g# d5 f5 N6. 佳能化學(xué)
佳能化學(xué)高級(jí)材料和日本佳能化學(xué)聯(lián)合合成了一種新型嵌段共聚物PRL-29，可作為光刻層應(yīng)用的負(fù)性光刻膠。
( h, T: l4 f4 P6 t. C& L: c8 N* m
圖5：PRL-29的Df和Dk隨頻率的變化
9 i# @  H2 l6 _7 t" }% ~
PRL-29的主要特性：
% z- Y- x: G) G  W# D) C

Dk = 2.5（20-85 GHz平均值）

Df = 0.004（20-85 GHz平均值）

Tg = 220°C

楊氏模量 = 1.8 GPa

延伸率 = 35%

+ z- w2 Y3 N, e; S7. 三菱
+ D& T: Z" ^9 }) I5 B$ [  _" v2 F: \三菱為BT（雙馬來(lái)酰亞胺三嗪）樹(shù)脂開(kāi)發(fā)了新的低極性組分，并使用新開(kāi)發(fā)的聚合物共混技術(shù)將其與主要成分結(jié)合。
/ O  [$ S5 H( k4 O5 q( n
圖6：Df和Dk隨低極性組分含量的變化

5 W# S% i! ^1 W: o( `% Y研究發(fā)現(xiàn)，25%的低極性組分對(duì)BT復(fù)合材料在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中最為理想。
' D2 R2 e# e# c+ _% _; I( p! Q
' N5 \* h4 ]0 F% E% O9 }' |7 n8. TAITO INK
5 z1 h$ b6 ^$ eTAITO INK通過(guò)優(yōu)化環(huán)氧樹(shù)脂和硅膠的混合，開(kāi)發(fā)了一種新型干膜疊層材料（Material A），以實(shí)現(xiàn)下一代基板的低傳輸損耗。

) G1 K5 L' ]; D/ E圖7：Material A和傳統(tǒng)材料的Df隨頻率的變化

Material A的特性：

Df = 0.0025（10 GHz）

Dk = 3.2（10 GHz）

適用于10至80 GHz的頻率范圍
( g* a/ ~- {$ a: Z8 Y/ H- _: K
未來(lái)展望
根據(jù)各制造商報(bào)告的Df和Dk值，對(duì)未來(lái)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。
/ s' o$ I! C' n6 \! L; w3 \( h
# |  S7 U5 Y# b1 N0 M圖8：未來(lái)5年Df的發(fā)展路線圖


圖9：未來(lái)Dk的發(fā)展路線圖
% T  L4 `! T9 _9 m( ]# |- g2 [9 S
: Z6 _% r7 e! i( D0 S9 Y5 q2 j2 u這些路線圖顯示，在未來(lái)幾年，Df和Dk值將呈現(xiàn)更低的趨勢(shì)，這對(duì)支持高速和高頻應(yīng)用的不斷增長(zhǎng)的需求很重要。

' w2 A2 r* j2 Z0 W結(jié)論
. I' ~6 N( |+ ^' z' A1 `低損耗介電材料在實(shí)現(xiàn)高速和高頻應(yīng)用方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，特別是在5G時(shí)代及以后。正如我們所見(jiàn)，各制造商正在開(kāi)發(fā)具有越來(lái)越低的Df和Dk值的創(chuàng)新材料，同時(shí)具備其他理想特性，如低CTE、高耐溫性和良好的機(jī)械強(qiáng)度。該領(lǐng)域持續(xù)的研究和開(kāi)發(fā)將繼續(xù)推動(dòng)高頻電子技術(shù)的可能性邊界，為更快速、更高效的通信系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)
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https://www.latitudeds.com/
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3 a. J/ V( }1 R4 V- q, `6 i軟件申請(qǐng)我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請(qǐng)?bào)w驗(yàn)免費(fèi)版PIC Studio軟件。無(wú)論是研究還是商業(yè)應(yīng)用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
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