PTFE, 저유전 특성으로 하이엔드 공략
PTFE(Polytetrafluoroethylene)는 저유전 특성이 수지 중에서도 가장 높으며 고주파 대응 밀리파레이더와 안테나용 편면‧양면 기판 용도에서 채용이 확대되고 있다.
하지만, 동박 등 다른 소재와의 밀착성이 낮고 성형가공이 어렵다는 점에서 루터, 서버 등에 사용되는 다층 기판 적용은 이루어지지 못하는 등 용도가 한정적이라는 단점이 있다.
AGC의 불소수지 EA-2000는 비PTFE계 소재이지만 PTFE 수준의 유전 특성과 동박에 대한 높은 밀착성을 갖추고 있고 펠릿, 필름, 파우더, 분산액으로 공급하고 있다.
플렉서블 기판용 저유전 수지는 MPI(Modified Polyimide), LCP(Liquid Crystal Polymer)가 주류를 이루고 있으나 5G 본격화를 위해 EA-2000을 배합하거나 조합용으로 투입하는 수요가 증가하고 있다. 리지드 기판, 층간 절연 소재 등 반도체 소재용으로도 제안하고 있으며 조기 목표 매출로 50억엔 이상을 설정하고 있다.
다이킨(Daikin)은 프린트 배선판용 불소수지 필름을 2024년 사업화한다.
비PTFE계 소재로 불소 함유량을 최대한 높이는 기술과 독자 표면처리 기술로 PTFE와 동등한 저유전 특성, 동박과의 높은 밀착성을 실현했다 다층 기판, 플렉서블 기판, 안테나 기판용으로 채용을 기대하고 있으며 사업화 후 수년 안에 매출액 50억엔을 올리는 것을 목표로 하고 있다.
불소수지를 사용하면 일반적으로 표면 거칠기를 처리하지 않은 동박(무조화 동박), 표면처리 요철을 억제한 동박(저조도 동박)을 사용 가능해 프린트 배선판 전체적으로 저유전 특성을 향상시킬 수 있다.
고속‧고주파 대응 리지드 기판용 저유전 수지는 PPE(Polyphnylene Ether)계를 중심으로 하면서 말레이미드계, 폴리에테르계, 탄화수소계, 올레핀계 수지와 주변 소재 개발이 본격화되고 있으며 불소수지도 밀착성이 우수한 소재가 등장한다면 용도가 확대될 것으로 기대된다.
유리 크로스, 6G 보급 대비 고기능화
유리 크로스, 필러 등 프린트 배선판 소재 역시 수지와 마찬가지로 저유전화 소재 개발이 진행되고 있다.
수지, 유리 크로스, 필러로 구성된 프린트 배선판 중간 소재인 프리프레그에 동박을 부착할 때 동박 표면이 거칠어지는 것을 막으면 도체손실을 억제할 수 있기 때문이다.
적용 수지가 변경되거나 수지 종류가 늘며 프리프레그 토탈 설계 난이도는 날로 높아지고 있으며 저유전 프리프레그는 동박과의 밀착성이 낮아질 수밖에 없어 CCL(동장적측판) 생산기업들의 노하우가 중요해지고 있다.
하이엔드 영역에서는 일본기업들이 유리 크로스 생산을 장악하고 있다.
유리 얀부터 유리 크로스까지 일관 생산하는 닛토보(Nittobo), 섬유‧화학 노하우를 유리 크로스에 적용한 아사히카세이(Asahi Kasei)가 시장점유율을 높이고 있으며 유니티카(Unitica)도 고기능 유리 크로스 시장에서 선두를 달리고 있다.
저유전정접 유리 크로스는 데이터센터 스위치, 루터용 기판용으로 사용되며 하이엔드 경쟁이 치열한 것으로 파악된다.
서버는 아직 범용 유리 크로스를 사용하나 6G가 보급될 2020년대 후반에는 저유전 유리 크로스로 전환될 가능성이 있고 서버용 마더보드는 수요가 압도적으로 많음에도 코스트 때문에 범용 유리 크로스나 저유전 수지를 사용하고 있으나 6G 시대와 함께 저유전 수지로는 대응이 어려워질 수 있어 저유전 유리 크로스 수요가 증가할 것으로 예상되고 있다.
닛토보는 글로벌 저유전 유리 시장이 단번에 수십배 수준 급성장할 것으로 기대하고 있으며, 단독으로는 수요를 모두 충족시킬 수 없다는 판단 아래 다른 크로스 생산기업에게 저유전 유리 얀을 공급함으로써 전체 시장 성장을 지원해야 한다고 판단하고 있다.
저유전 유리 얀을 외부에 공급하는 동시에 하이엔드 초저유전 영역에서는 자사가 개발한 유리 크로스를 공급하는 방안을 검토하고 있다.
전기특성 유지 위해 수지 대체 투입
아사히카세이는 화학 사업의 노하우를 살려 표면처리 기술을 강화하고 있다.
표면처리 기술을 응용하면 유리 크로스와 수지의 밀착성, 함침성을 향상시킬 수 있으며 다양한 저유전 수지를 블렌드하게 된다면 기존 강점 영역인 화학 사업의 노하우를 다양하게 활용 가능할 것으로 기대하고 있다.
또 섬유 생산기업으로서 축적해온 노하우로는 유리 크로스가 아니라 수지 크로스를 공급하고 있다. 유리 크로스를 사용하면 전기 특성이 악화되기 때문에 일부 용도에서 유리 크로스를 제외한 기판 개발이 이루어지고 있기 때문이다.
다만, 유리 크로스가 없으면 강도가 부족해져 유리 대신 수지 크로스를 사용하는 설계를 고안하고 있으며 베이스 수지에 수지 크로스를 사용해 수지만으로 이루어지기 때문에 유리를 사용하지 못하는 영역에서 상용화 가능성이 높을 것으로 전망하고 있다.
하이엔드 영역에서는 신에츠케미칼(Shin-Etsu Chemical)이 석영 크로스 SQX를 개발해 샘플 공급에 나섰다. 순수하고 불순물이 적어 압도적인 저유전정접을 실현한 것이 강점으로 알려졌다.
아사히카세이는 800GbE(Gigabit Ethernet) 시대 본격화에 대비해 차세대 유리 크로스 L2와 1.6 TbE (Terabit Ethernet)용 차세대제품을 개발하고 있다.
닛토보도 최근 5G 수요부터 6G까지 충족시킬 수 있는 차세대 유리 크로스로 NER, DX1, DX2 등을 준비하고 있다. DX2는 석영 크로스와도 경쟁할 수 있는 성능을 갖추고 있으며 유리 크로스 양산성을 활용할 수 있어 코스트 경쟁력이 우수한 것으로 평가된다.
필러‧동박, 표면처리 기술 경쟁 “치열”
필러는 덴카(Denka)가 2022년 구상 용융 실리카(Silica)로 저유전정접 그레이드를 출시했다.
신규 그레이드는 이미 여러 수요기업에게 채용됐으며 표면처리로 극성을 갖춘 수산기를 줄이고 유전정접을 기존의 50% 수준으로 줄였을 뿐만 아니라 핸들링성은 그대로 유지했다는 특징이 있다.
덴카는 차세대 테라 영역 통신을 위해 새로운 발상으로 저유전정접화를 추진하는 움직임도 나타나고 있다.
유전정접이 낮은 결정 실리카를 사용하는 것으로 결정 실리카를 구상으로 만들 수 있는 것은 덴카가 유일한 것으로 평가되고 있다.
또 하나는 실리카가 아니라 유전정접이 낮은 질화붕소 필러를 사용하는 것으로 방열 분야에 제안하는 질화붕소 필러를 횡적으로 전개하기 위한 것이다.
필러를 중공 형태로 만들어 저유전화하는 방식도 주목하고 있다. 중공이 되면 입경 크기가 커지는 문제가 있으나 교와케미칼(Kyowa Chemical)이 1-2마이크로미터 사이즈 중공 실리카를 개발했고 용융 실리카를 대체할 예정이다.
동박은 표면이 거칠지 않아야 도체손실을 억제할 수 있어 동박 생산기업들은 동박 표면을 거칠게 만드는 기존의 조화처리 방식으로 요철을 만들고 수지와 밀착성을 확보했으나 최근 표면 요철이 지나치게 크면 신호가 산란돼 손실이 일어날 수 있기 때문에 5G에서는 요철을 최소한으로 줄이고 무조화에 가까운 형태로 마감해야 한다는 흐름이 정착되고 있다.
무조화 동박 기술로 고주파 대응 강화
미쓰이금속(Mitsui Mining & Smelting)은 밀착성을 유지하면서 전송 손실을 무조화제품 수준으로 억제한 고주파 기판용 전해 동박 VSP를 공급하고 있다.
기판용 동박은 범용화가 진행되며 경쟁이 치열하나 미쓰이금속은 하이엔드에 특화시키는 전략으로 고주파 영역 동박 분야에서 1위 지위를 확보하고 있다.
안테나 기판은 고주파 대응에 따라 배치 정확성이 중요해지면서 배선 형성이 서브 트랙티브법에서 미세배선에 적합한 mSAP(Modified Semi Additive Process)로 바뀔 것으로 예상된다. 미쓰이금속은 스마트폰 mSAP 기판용 동박에서 압도적인 점유율을 장악하고 있으며 안테나 기판용에서도 점유율을 확대할 예정이다.
마더보드용 하이엔드 CCL를 생산하는 AGC는 PPE가 아닌 새로운 수지를 베이스로 800GbE용 CCL을 개발하고 차세대 테라 영역에서 산업계를 주도할 예정이다.
AGC는 PPE계와 PTFE계를 모두 생산할 수 있다.
자동차용 밀리파 센서는 PTFE계를 사용해 불소에 강점을 갖춘 AGC의 노하우를 활용할 수 있으며 자동차용 센서는 원래 단층 기판이 사용됐으나 최근 복층판 니즈가 확대되며 PPE계를 사용하거나 PPE와 불소계를 조합하는 처방도 검토하고 있다.
파나소닉(Panasonic)은 PPE계에서 시장을 주도하고 있다.
파나소닉은 에폭시수지 베이스 CCL을 PPE계로 가장 먼저 대체하며 PPE계 기판 분야에서 메이저 지위를 확보한 가운데 2023년 800GbE용 저전송손실 다층 기판 소재인 Megtron8을 출시했다.
Megtron8은 저유전정접 유리 크로스와 저조도 동박을 사용해 전송 손실을 기존 대비 약 30% 개선했으며 사용 수지는 공개하지 않았으나 신규 설계가 반영된 것으로 알려졌다. (K)
