創新瑰寶啟動未來／掌握5G關鍵材料自主權 「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】

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。