Page 34 - 電路板季刊第110期

32 專業技術 材料高頻介電特性量測技術之發展 Development of High-Frequency Dielectric Properties Measurement Techniques for Materials

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隨著全球通訊需求呈指數成長，未來通訊技術正朝向更高頻寬、更低延遲以及通
訊與感測整合的方向發展。根據國際電信聯盟（ITU-R）及多個標準組織的規劃，6G
系統將涵蓋從 sub-6 GHz、毫米波到次太赫茲的完整頻段，以支援 Tbps 級傳輸、極
高密度連線以及 AI 驅動的自適應網路。這些特性將廣泛應用於元宇宙、智慧交通、遠
距醫療、精準工業控制等場景，並引領資訊與物理世界更深度的融合。
然而，頻率推升至毫米波以上後，訊號的路徑損耗、遮蔽效應與元件效率大幅
惡化，傳統設計方法已無法單獨應對。特別是在基板、天線與封裝等關鍵材料上，其
介電常數與損耗正切對系統性能影響深遠。唯有建立精準且標準化的高頻材料量測技
術，才能為材料開發與元件設計提供可靠依據，加速新材料在通訊、生醫與感測等跨
領域應用中的導入。本文將綜合毫米波與次太赫茲量測研究成果，提出高頻材料量測
技術之現況、挑戰與未來方向，為 6G 及更高世代通訊技術奠定基礎。
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對於第五代行動通訊應用需求（5G），頻譜上分成 FR1 與 FR2，FR1 包含
Sub-6G（6 GHz 以下），以及具備較大傳輸頻寬的毫米波段（24 GHz 以上）；FR2
則涵蓋 20 GHz 以上之頻段應用。依據 ITU-R 所發表之未來無線通訊願景，未來通訊
協定將定位於 10 Gbps 等級以上的寬頻系統，其工作頻率必然落在毫米波乃至次太赫
茲波段。在此頻段中，對應的晶圓、電路板、射頻構裝等相關材料必須持續創新，以
支援全球電子設備高頻化趨勢，尤其針對 5G/6G 基地台、物聯網、雲端運算等產業需
求，推動資通訊產品走向高速、高頻與高容量的無線傳輸。

目前毫米波 5G 技術的實際應用頻段以 28 GHz 與 39 GHz 為主，電路設計多
以多層板為基礎。在此應用下，大量資料傳輸對材料的介電特性提出更高要求：除了
必須具有極低的介電損耗（tan δ） 與導體損耗，確保信號完整性外，還需兼顧導熱
性，以因應高頻功率放大器效率不佳所導致的熱堆積問題。由於高頻天線具高度指向
性，需透過多組天線與高功率放大器組合，進一步提升系統散熱需求，因此如何開發
兼具導熱性與低介電損耗的高頻基板材料，成為產業急迫的挑戰。
進一步展望 6G，材料需求將更趨嚴苛，主要議題包含：
• ϣ˄Ⴚধၾ˄Ⴚধ᎖ݬቇ͜׌j材料需在 100 GHz–1 THz 下仍維持低損耗，且介電
常數隨頻率變化必須平穩。

• ஷৃၾช಻዆Υ€ISACj材料需同時兼顧高速傳輸與高解析度感測之需求，避免
因介電特性不穩定造成定位誤差或感測失真。
• ৷̌ଟוաঐɢj隨著波束成形與超大規模天線陣列的應用，材料需具備優異的導熱
性與耐高功率特性，避免系統過熱。

• ̙ቦ׌ၾᐑྤᖢ֛׌j在長期操作下，材料需能抵抗溫度循環、濕度變化及機械應
力，維持穩定介電性能。
• Ⴁ೻޴࢙׌j能與先進封裝（如 3D IC、系統級封裝 SiP）及新型半導體技術相整
合，支援未來通訊模組的小型化與高整合度。