聚亞醯胺之應用

近年來由於資訊、通訊產業的快速發展，聚亞醯胺薄膜的優異性 與高附加價值，已引起多數業者的注意，自1980 年聚亞醯胺被導入 電子產子產業後，全球聚亞醯胺的消耗量與市場值已呈一線性成長 [60]。

2000 年開始，全球總產能也已達到 5000 公噸以上，而 2004 年 隨著景氣的復甦，不論半導體、通訊以及光電業，對聚亞醯胺的需求 必定會大幅增加。目前聚亞醯胺的應用以薄膜及模製材料為主。以下 將針對聚亞醯胺的應用作一探討分析

2.3-1 聚亞醯胺在 IC 與構裝產業的應用

IC 元件所用的薄膜一般可分為二大類，一類為保護層，功能是 保護元件表面，不讓外界的微粒、濕氣以及α 放射線等破壞元件特 性，另一類為層間絕緣層，利用聚亞醯胺良好的絕緣特性，作為配線 間的絕緣用。表2-4 為聚亞醯胺在半導體元件的用途分類[53]。

以往半導體材料的保護膜均為蒸鍍之無機氧化矽(SiO2、Si3O4)薄 膜，但在封裝環氧樹酯時帶來的高溫高壓環境，會使此一無機薄膜龜 裂，且在針孔與平滑性上，聚亞醯胺也明顯優於無機氧化矽，因此有 日漸取代無機氧化矽的趨勢。隨著LSI高密度積體化，由封裝材料放

出的α線常導致元件異常，而聚亞醯胺具有遮蔽α射線的功能，而受到 重視。

隨著IC 或 LSI 高密度化以及高集積化的帶動，配線絕緣膜的選 擇日益重要，聚亞醯胺與無機薄膜比較，因具有可厚膜化以及表面平 坦的優勢，信賴度也可隨之提升[53]。

1989 年 Hesler 等人將聚亞醯胺利用旋轉塗佈的製程，成功的與 IC 製程結合，得到特性極佳的絕緣層薄膜，並推導出轉速與膜厚的 關係式，讓聚亞醯胺薄膜與IC 製程的整合上，進了一大步[61]

1998 年 Kuntman 等人，將聚亞醯胺模擬氧化矽絕緣膜性質，製作 SIM 結構元件，量測電容與電場關係，結果發現，聚亞醯胺確實具有 接近完美氧化矽的特性，如圖 2-10 所示，在 Cq 曲線發現仍有反轉現 象，Ch 曲線在 inversion(反轉)的部分，雖然不夠垂直，但仍優於其他 高分子材料。在模擬元件工作溫度測試實驗中，發現聚亞醯胺在200℃

工作環境中，電容值可維持穩定。證實聚亞醯胺具有取代氧化矽的潛 力，且具有低溫製程的優勢[62]。

2.3-2 聚亞醯胺之微波應用與濾波器介紹

聚亞醯胺於1989 年即被發現具有可與半導體製程整合的優勢，

加上製程簡便、熱與化學安定性、以及良好電氣特性，在高頻開發上，

漸漸開始被人研究，並應用於濾波器等被動元件[63]。

濾波器的作用即為將各種訊號中不需要的部分濾除，只讓需要的 部份通過，包含電波、光波、影像、語音等。在電子電路中，濾波器 的主要作用為：1.雜訊過濾、2.協波干擾抑制、3.突波吸收、4.電源淨 化、5.EMI 防護、6.信號分離等[64]。

最常用來討論濾波器特性的便是頻率響應(Frequency Response) 圖，又稱為頻譜(Spectrum) 。圖 2-11 所示為 T 型帶通濾波器電路圖 與頻譜圖，其電路主要是由二個電感及一個電容所構成(LCL 架 構) ；頻譜包含信號通過帶(Pass Band) 、信號截止帶(Stop Band) 、 及過渡帶(Transition Region) 。

濾波器以訊號通過特性可分為幾類，分別為低通濾波器(LPF，

Low-Pass Filter)、帶通濾波器(BPF，Band-Pass Filter)、高通濾波器 (HPF，High-Pass Filter) 、帶拒濾波器(BRF Band-Reject Filter)表 2-4 列出上述濾波器之常見用途。

傳統濾波器係由被動元件(R、L、C)所構成，而這些元件必會消 耗功率，故濾波器有一重要參數『插入損失』(insertion loss) ，表示 該元件插入一電子電路所造成的功率消耗，通常以dB 為單位，插入 損失越小，該元件效能越好。

1998 Ponchak 等人為了得到較低成本的元件製程，於是研究將聚 亞醯胺製作於薄膜微帶線上當作基版，在頻率1-110GHz 範圍下，量

測聚亞醯胺的介電常數與其衰減對厚度與頻率之關係，研究指出隨著 厚度的減少與頻率的增加，衰減會增加，但薄膜微帶線的介電損失仍 大於聚亞醯胺，且介電常數變化量不大，與模擬結果相吻合，證實聚 亞醯胺具高頻價值[65]。

2004 年 Ohk-Kun Lim 等人利用聚亞醯胺作為介電層，製作帶通 濾波器，中心頻率為5.65GHz 頻寬 840MHz，插入損失為-2.8dB，與 模擬結果極為吻合。此實驗克服了一般起使物以溶液狀態的聚亞胺酸 (PAA)，再經處理成為聚亞醯胺的製作方式，克服在高頻應用製程上 的缺點：膜厚不易控制、製程需高溫且製程時間較長等問題。Ohk-Kun Lim 等人利用已成膜的聚亞醯胺製程方式，來克服上述問題，並降低 製程成本[66]。

2.3-3 聚亞醯胺其他應用

2000 年 Chu 等人將聚亞醯胺/氧化坦/聚亞醯胺混成膜製成抗諧 振反射光波導(Antiresonant Reflecting Optical Waveguide –

ARROW)，[67]

2002 年 Ying Kong*等人，將聚亞醯胺/TiO2 奈米複和薄膜應用於 分離氫氣與氧氣的氣體感測器上[68]。

表2-1 聚亞醯胺常見商品結構

表2-2 吸水率

聚亞醯胺類型 吸水率(%)

PMDA/ODA 4 PIQ 3 BTDA/ODA/MPD 3

6F/ODA 2

表2-4 聚亞醯胺在半導體元件的用途分類

分類 使用區域 目的

Junction coat

layer 形成pn 接合部 thickness：2-5µm

防止pn 接合部受外界 污染

Passivation layer 形成元件表面

thickness：2-5µm

防止外界污染元件表面

Buffer coat layer

在passivation 上形

α-particle barrier

layer 在passivation 上形 成

thickness：

50-100µm

防止環境α 射線造成元 件的soft error

層間絕源膜 在配線層間形成 thickness：2-4µm

配線層間的絕源

表2-5 LPF、BPF、HPF 、BRF 濾波器之常見用途[64] 體擷取(如 GSM 之 900/1800MHz、GPS 之 1.5GHz 頻段、藍芽的2.4GHz、及 WLAN 之 2.4/5GHz 等) 。

帶拒濾波器 (BRF)

1. 抑制特定干擾源(如固定轉速之引擎、無線基地 台、收發天線、震盪器等) 。

2. 消除特定頻率之主要及次要高頻協波 (Harmonic) 。

3. 隔絕自迴路之路徑干擾(如 ADSL 之用戶迴路反 餽) 。

4. 對相鄰頻道之混波效應作篩選(如 NTSC 信號中 常見的N+1 效應。

圖2-1 聚亞醯胺合成機制[34]

圖2-2 一般工程塑膠加熱變形與連續使用溫度圖[34]

離子極化

偶極矩極化

空間極化

圖2-3 極化機構與交流電場關係圖

圖2-4 聚亞醯胺吸水後介電常數改變量[34]

圖2-5 anatase 結晶圖形[57]