跳至主要內容

雙馬來醯亞胺(BMI):老材料如何因應 AI 與先進封裝的新規格 | 三建產業資訊

技術文章

雙馬來醯亞胺(BMI):老材料如何因應 AI 與先進封裝的新規格

雙馬來醯亞胺(BMI):老材料如何因應 AI 與先進封裝的新規格

提到樹脂,很多人想到的是塑膠、黏著劑等日常材料,但在半導體與電子產業中,樹脂其實是封裝基板、IC載板與銅箔基板(CCL)的重要材料。樹脂除了提供絕緣與黏著,也會影響耐熱性、訊號傳輸、尺寸穩定性與封裝可靠度。

雙馬來醯亞胺(Bismaleimide,BMI)並非因應AI才出現的新材料,而是一類發展已久的高性能熱固性樹脂。BMI具有良好的耐熱性、機械強度與尺寸穩定性,也可作為BT樹脂的重要組成材料。近年高速傳輸、AI伺服器與先進封裝對電子材料提出更高要求,BMI因此再次受到材料業界關注。

BMI 的特性:耐熱之外,還要兼顧電氣與熱機械性能

BMI以馬來醯亞胺官能基為核心,固化後形成高度交聯結構,因此具有極佳的耐熱性與尺寸穩定性。然而,高交聯密度同時也會帶來脆性較高(韌性不足)與加工困難等限制。因此實際應用時,通常會透過分子設計、共聚或與其他樹脂搭配進行改質。

目前電子材料用BMI主要關注以下幾項性能:

高Tg、耐熱性:因應高溫製程與長時間使用。

低介電常數(Low Dk)與低介電損耗(Low Df):降低高速訊號傳輸的介電損耗。

低熱膨脹係數(Low CTE):降低晶片與基板之間的熱膨脹差異。

低吸濕率、尺寸穩定性:減少環境與溫度變化造成的尺寸變化。

韌性與加工性:配合壓合、鑽孔及多層板製程。

這些數值可以更直觀地看出高階材料的要求。以三菱瓦斯化學(MGC)公開的BT材料為例,部分低傳輸損耗產品在10 GHz頻率下,Dk約3.4、Df約0.002~0.004;部分高Tg產品的玻璃轉化溫度(Tg)可達300°C。MGC另有高階BT材料,X-Y方向CTE可低至1 ppm/°C,Tg則高於350°C。

註:上述數據為特定商品化BT材料之性能範例,並非BMI樹脂的單一固定規格。實際數值會因分子改質、樹脂配比、無機填料(Fillers)、玻纖布等級及測試頻率而異。

BMI與BT:名稱相近,但不是同一種材料

BMI與電子材料最直接的關聯之一,就是BT樹脂。BT為Bismaleimide-Triazine 的縮寫,其中Bismaleimide就是BMI;Triazine則是三嗪結構。

簡言之,BMI是BT樹脂的重要組成之一。BT樹脂進一步製成CCL及半固化片(Prepreg)等基板材料後,廣泛應用於CSP、BGA、Flip Chip(覆晶封裝)及SiP(系統級封裝)等載板領域。

圖片來源:Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.(MGC)

先進封裝對樹脂材料提出了哪些新挑戰?

AI 伺服器所搭載的高效能運算(HPC)晶片與高頻寬記憶體(HBM),驅動封裝技術邁向更高的整合密度(如2.5D/3D 封裝與CoWoS)。當封裝尺寸擴大、傳輸速率飆升且熱負載劇增時,樹脂材料必須同時應對電氣性能與熱機械應力的雙重考量:

電氣訊號完整性:隨著運算頻率提升,低Dk/Df 成為降低介電損耗與訊號衰減的關鍵。

熱機械可靠度(Warpage控制):當晶片(矽,CTE約2.6 ppm/°C)與有機基板的CTE存在巨大差異時,熱循環過程中產生的巨大應力極易引發基板翹曲(Warpage)或焊點開裂。

為因應這些要求,先進封裝基板材料持續朝低CTE、高Tg、低吸濕率等方向發展,反映高階封裝載板對材料熱機械性能的要求持續提高。

從近期CCL發展看BMI

近期CCL產業報導指出,隨著M7、M8、M9等高階規格發展,材料競爭焦點開始從玻纖布、銅箔延伸至樹脂配方。樹脂與填料之間的搭配會直接影響Dk、Df、CTE、耐熱性及訊號完整性,因此配方本身成為高階CCL的重要技術環節。

BMI也已出現在這波材料升級中。台灣特化業者崇舜近期表示,其特殊胺類固化劑已導入BMI樹脂體系,目前主要應用於M4~M6高頻高速CCL,並持續朝Low Dk、Low Df、High Tg及更高階板材發展。

老材料的新價值,核心在於配方設計

BMI已經發展多年,近年重新受到關注,與高速傳輸、AI伺服器及先進封裝對電子材料規格的提升有關。

從高階BT材料的公開規格來看,材料性能已需要同時兼顧低Dk、低Df、低CTE、高Tg與尺寸穩定性;BMI相關材料的發展,也逐漸延伸至分子結構、改質方式、固化反應,以及樹脂與填料的搭配。未來隨著高速傳輸與高密度封裝持續發展,BMI相關配方仍將持續朝高性能與高可靠度方向優化。