技術專欄

Technical Column

何謂無粗化銅箔(低粗度銅箔)?
本專欄將介紹次世代高速通訊中使用無粗化銅箔的優點和課題。

以第五代(5G)移動通訊系統為代表,實現大容量數據的高速傳輸和接收,現今我們正在逐步實現智能化社會,作為次世代高速通訊中不可或缺的基板材料,無粗化銅箔將備受關注。

與傳統銅箔相比,無粗糙銅箔表面光滑、均勻,是一種有助於提升高速通訊電子設備性能的重要材料,許多公司都希望在自己的產品中採用這種材料。

本篇將介紹在高速通訊相容基板中使用無粗化銅箔的優點和課題。
此外,我們同時介紹一款於高速通訊基板中實現無粗化銅箔(導體)與塑膠絕緣材料(介質材料)高密著性的創新產品「ZAC-LDC」,敬請您閱讀至最後。

離型紙與離型膜的區別

在本專欄中「離型膜」是指塗有離型劑的PET、PP或PE等塑膠薄膜,而「離型紙」是指塗有離型劑的紙。離型紙和離型膜的區別,在於基材紙和薄膜的特性。

同義詞包括「離型膜」、「離型墊」和「隔離劑」,它們都是指具有「去除附著表面上的黏性物質」能力的紙片。

此外,「隔離劑」也用於電池、建築和其他各種行業,在此種情況下,它指的可能不是「離型膜」。

何謂無粗化銅箔(低粗度銅箔)?

無粗化銅箔1是一種銅箔,通常銅箔為了提升與樹脂材料的密著性(錨定效果anchor effect)會在銅箔表面設計成粗糙化形狀。
相較之下,無粗化銅箔是一種不具有粗糙化形狀,是非常光滑的銅箔。

※1 根據粗糙化形狀的大小和程度的不同,也被稱為低粗度銅箔。由於表面光滑,預期能夠減少訊號和能量損耗(傳輸損失),因此目前本公司正考慮將無粗化銅箔應用在次世代高速通訊電子設備中的半導體裝置和印刷電路板。

無粗化銅箔在提供高品質通訊系統扮演重要的角色,有望成為電子材料技術發展中不可或缺的材料。

次世代高速通訊需要降低傳輸損耗的理由

傳輸損失是指訊號和能量在通過傳輸線或媒介時,隨距離產生衰減或散射的程度。在有線、無線和光通訊等各種通訊技術中,可透過傳輸損失降到最低以提升訊號品質。

這在高速和長距離通訊中尤為重要,而減少組成材料的傳輸損失對於實現次世代高速通訊是必要且不可或缺。要防止訊號衰減,建構一個高速可靠的通訊系統,就必須選擇和優化適當的材料。

無粗化銅箔(低粗度銅箔)的優點和必要性

再此詳細說明無粗化銅箔(低粗度銅箔)對於開發低傳輸損耗的通訊電路是重要且不可或缺的原因。

高速通訊線路的實現

一般通訊中使用的訊號由頻率的波數來決定,而頻率決定了通訊速度。頻率越高,可傳輸的數據量就越大,因此高頻率用於高速通訊。無粗化銅箔(低粗度銅箔)的表面極為光滑,因此可望表現出優異的傳輸性能,尤其是在高頻率上。

在高速通訊中,訊號的波形和相位保持穩定至為重要,但在使用無粗化銅箔作為訊號流經之導體的通訊電路中,極其光滑的表面形狀可最大限度地減少高頻率集膚效應2 造成的訊號衰減和失真。

※2 集膚效應

當訊號流經導體時,訊號的頻率越高,訊號就越集中在導體表面附近,這種現象稱為「集膚效應」。當高頻率訊號流經導體時,訊號磁場會產生渦電流,其作用方向與導體內部的訊號方向相反,在導體表面渦電流的方向與訊號方向相同。所以,越是高頻率訊號會被導體內部抵消,並集中在導體表面附近傳輸。因此,如果導體表面凹凸不平整,訊號損失就會因散射和電阻而增加。

要實現使用高頻率的次世代高速通訊,不僅需要發射高頻率訊號的技術,還需要抑制高頻率訊號損耗的傳輸技術,這就是為何需要有光滑表面的導體無粗糙銅箔的原因。

在導體中使用無粗化銅箔可最大限度地減少訊號衰減和失真,從而獲得穩定的高頻率特性。

無粗化銅箔(低粗度銅箔)的課題

無粗化銅箔(低粗度銅箔)表面極為光滑的特性,因此存在難以與塑料絕緣材料貼合的課題。
即使能夠貼合,如果強度較低,受溫度變化等外部因素也可能導致剝離。因此,為了有效利用無粗化銅箔(低粗度銅箔)作為材料,正在開發新的黏著技術和材料。

絕緣材料無法貼合在無粗化銅箔(低粗度銅箔)的原因

無粗化銅箔(低粗度銅箔)是一種難以與黏著劑樹脂等絕緣材料貼合的材料。

通常,在黏著性樹脂等絕緣材料與銅箔的異種材料的貼合機制大略上可分成兩類,一種是樹脂中的黏著劑官能基與銅箔表面處理層之間的化學黏著效應,另一種是樹脂進入並固化到銅箔表面粗糙形狀中的物理黏著效應(錨定效應)。然而,後者的物理黏著效應(錨定效應)不會出現在無粗化銅箔(低粗度銅箔)上,因為它的表面非常光滑。

此外,以對應高速通訊的基板而言,不僅是銅箔,黏著性樹脂等絕緣材料,在設計上也透過盡量減少黏著劑官能基來降低傳輸損耗,從而難以獲得化學黏著效果。

這些因素降低了無粗化銅箔與黏著劑樹脂等絕緣材料之間的貼合強度,因此需要透過改善銅箔的表面處理層或在銅箔上添加新的底塗膜(prime coat)和黏著劑層來提高貼合性。

造成密切貼合仍會剝離的原因及其對策

即使黏著性樹脂等絕緣材料可以貼合著無粗化銅箔(低粗度銅箔)上,如果貼合強度不夠,也可能會因溫度變化或貼合區域的機械應力等外部因素而發生剝離。

為解決此一個問題,有必要透過設計黏著劑配方和優化貼合條件等措施以對應熱膨脹係數的匹配和降低熱應力的課題

台灣賽諾世的無粗化銅箔與絕緣材料的高貼合性

母公司日本藤森工業株式會社成立100多年來一直致力於創新技術的研究與開發,透過開發本公司產品「附黏著劑的銅箔:ZAC-LDC」,實現了無粗化銅箔與絕緣材料之間的高黏著性。

附接著劑銅箔:ZAC-LDC的特徵

ZAC-LDC是一種塗有與無粗化銅箔貼合性高的黏著劑的創新產品,與絕緣材料也具有較高的貼合性。主要應用在高速通訊的電路板。

黏著劑樹脂的設計即使像無粗化銅箔般表面極為光滑的銅箔,也能表現出高黏著力,使無粗化銅箔和絕緣材料牢固地貼合在一起。此外,黏著劑也可根據銅箔和黏著劑厚度靈活地客製化,以配合被黏著的絕緣材料。以下將更為詳細解說ZAC-LDC可實現的功能。

低介電特性與高貼合性並存

ZAC-LD在提升緊密度的同時,還擁有業界最高水準的介電常數:2.8和誘電正接:0.0019(於10 GHz 時),在使用時還可具有更高的低傳輸損耗和充分的貼合強度。

以下是ZAC-LDC的典型特性。

用途

構成

Dk 3

Df 3

貼合強度 5

FPC用

銅箔 12μm
黏著劑 6μm

2.67

0.002

0.6N/mm以上

PCB用

銅箔 18μm
黏著劑 3μm

2.83

0.002

0.6N/mm以上

※3、4 測量環境:23°C/50%RH

※5 構成:銅箔/黏著劑/絕緣材料/黏著劑/銅箔

優異的加工適應性

由於出色的黏著性和耐藥品性,在貼合無粗化銅箔和絕緣材料後,可用於電路板製造工程(通孔加工、蝕刻、電鍍等),而不會發生劣化或對周圍區域造成不良影響。

穩定的焊接耐熱性

無粗化銅箔和絕緣材料之間的低貼合性被認為是一大課題,但在黏著後的元件安裝中卻仍能保持穩定的品質。即使在300°C/10分鐘的焊接浮動條件下,銅箔和絕緣材料也不會有剝落的情形。
※本公司內部測試值。

台灣賽諾世的黏著銅箔:透過ZAC-LDC支援次世代高速通訊

表面極其光滑的無粗化銅箔(低粗度銅箔)是一種在5G和6G(第六代移動通訊系統)新產品開發中備受關注的材料。無粗化銅箔(低粗度銅箔)具有降低高頻率傳輸損失的巨大優勢,但也存在與絕緣材料貼合性低的問題。

面對這樣的挑戰,「ZAC-LDC」開發出一種低傳輸損耗/熱固性黏著劑塗層低介電附黏著劑的無粗化銅箔。

ZAC-LDC可在無粗化銅箔和絕緣材料之間維持良好的貼合性,並可根據絕緣材料進行客製化。

優異的傳輸性

作為一種低傳輸損耗材料,ZAC-LDC具有優異的傳輸特性。
它不僅在sub6(目前的5G通訊的頻率)以及毫米波頻率(正式的5G和6G通訊的頻率)等廣泛的範圍內都具有低傳輸損耗,幫助通訊基地台和移動設備等提升性能。

由於ZAC-LDC採用無粗化銅箔,因此可最大限度地減少電訊號傳輸損失,實現高頻率通訊和數據傳輸的高訊號品質和穩定性。
如果您對使用次世代高速通訊技術開發新產品或擴展功能有任何疑問,歡迎隨時與我們聯絡。

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