隨著手機等新世代通訊系統快速發展,高速傳輸、大容量傳輸、低延遲通訊以及多重連結等已是系統設計的必要條件,電訊號的高頻化也因此持續進展。另外,在汽車領域中,毫米波帶的高頻範圍的電訊號也被當作車載雷達系統在使用。
低介電係數材料主要應用於以下構裝與電路相關領域:印刷電路板(PCB)、封裝基板、重分佈層(Redistribution Layer, RDL)和密封與保護材料。不同應用場景對材料的介電特性、耐熱性、機械強度及加工性等要求皆不相同,因此需依據實際用途進行材料設計與優化。
在高頻條件下,電信號在傳輸過程中會產生損失,其總傳輸損失可分為兩個主要來源:
傳輸損失 = 導體損失 + 介電損失
導體損失主要由配線用銅箔所引起,當頻率提高時,電流集中於導體表層流動,產生所謂的「集膚效應」,進而增加電阻與能量損失。
介電損失則源於絕緣材料本身,在高頻電場作用下,材料內部極化反應所造成的能量耗散。
電信號的介電損失可近似表示為下列關係式:
介電損失 ∝ 頻率 × √介電常數 × 介電損耗角正切
由此可知,使用頻率愈高,介電損失愈大;介電常數(Dk)愈高,信號傳輸速度與損失表現愈不利;介電損耗角正切(Df)愈大,能量耗散愈明顯。因此,在高頻高速應用中,介電材料的選擇對信號完整性具有決定性影響。
當通訊頻率進入高頻甚至毫米波範圍時,過大的介電損失將導致信號衰減、相位延遲,甚至影響系統穩定性與可靠度。為解決上述問題,作為電路基板與封裝用的絕緣材料,必須具備低介電常數(2.5 以下)以及低介電損耗角正切(0.002 以下)特性。具備上述特性的低介電損失材料,已成為支撐高頻高速通訊系統與車用雷達應用不可或缺的關鍵基礎材料。