在5G/6G通信、AI算力基建与先进半导体封装的浪潮中,一种名为苯并环丁烯(BCB)的材料正以“全能选手”的姿态,颠覆传统电子材料的性能边界,而个别企业突破国外技术垄断,实现BCB树脂吨级量产技术,更是让这一“贵族材料”在国内走向产业化。
BCB——极具潜力的先进电子材料
BCB,英文全称Benzocyclobutene,是一种重要的有机合成原料和苯并环丁烯树脂制备原料,具有优良的电学性能。其介电常数和介电损耗远低于目前热度较高的PSPI,环氧树脂、PPO等有机材料,在电子技术领域拥有广阔的应用前景。但是,网络上关于BCB的商业化报道甚少,主要原因有四:1)价格昂贵;2)制备条件苛刻;3)反应过程的副产物多;4)纯化困难。
一、背景介绍——分子结构决定性能天花板
BCB,中文名称:苯并环丁烯,分子式为C8H8,是一种苯环与四元环的共轭平面环分子结构,既可以形成热塑性聚合物也可形成热固性聚合物。
BCB单体及聚合物分子结构示意图
BCB因结构中不含有极性基团,因此具有优良的电学性能和吸水率,且介电常数和介电损耗因子在较宽的温度和频率范围内能保持稳定,性能远超同类产品,堪称先进电子封装领域的“隐形冠军”。BCB与PI、PSPI特性参数对比 ▽
特性参数 | BCB | PI | PSPI |
介电常数 | 2.65-2.8 | 3-4 | 4-5 |
热膨胀 系数 | 20-30 ppm/℃ | 30-60 ppm/℃ | 40-70 ppm/℃ |
粗糙度 | nm | μm | μm |
溶解性 | 易溶 | 几乎不溶 | 高沸点溶剂 |
加工难度 | 160 ℃ 1 min | m.p.>300 ℃ | 200 ℃ 10 min |
附加值 | 76% | 较低 | 较低 |
据悉BCB已有几十年的研究历程,但直到上世纪90年代,美国开发出Cyclotene系列苯并环丁烯树脂,才成功实现BCB商业化应用,时至今日,BCB的大规模化应用仍受限于量产和成本难题。在国内,经过长期的技术探索和突破,光引聚合科研团队让这一“贵族材料”走向产业化,同时实现成本大幅降低,是目前全球稀缺的具备BCB树脂吨级量产能力的企业,为下游市场的需求爆发提供强有力支撑。
二、BCB应用场景——从覆铜板到先进封装
基于BCB优异的介电性能,高频高速CCL已经将BCB视为优选基材;基于BCB的光敏绝缘性能,BCB也将作为先进半导体封装的主要基材领导行业发展。下面,我们重点回答2个问题:1)BCB主要应用在哪些场景?2)这些场景为什么要用BCB?
| 场景一:高频高速覆铜板用树脂PCB产业链如下图所示,高频高速PCB是AI基建、5G/6G基建等高端场景的核心,而高频高速覆铜板是实现高传输、低损耗的核心,介质层树脂又决定了其介电性能。
图示:PCB产业链 ▽
5G信号要求覆铜板高频高速化
5G时代,通信频率上升到20GHz以上频段,传输速率达到10-20Gbps以上。高频高速环境下,高频信号本身的衰减严重,叠加其在介质中的传输会受到覆铜板特性的影响,将造成信号失真甚至丧失,因此高频高速应用领域对于覆铜板电性能的要求极高,而BCB优异的介电性能直接满足高频信号低衰减、低失真需求,是高频高速CCL的优选基材,能解决高频环境下信号传输失真问题。
AI 大模型加速高频高速覆铜板发展
AI大模型应用推动AI服务器需求激增,AI服务器内部GPU的更新换代与传输速度的优化是推动人工智能技术发展的核心因素,而GPU升级需更低损耗、耐高温材料以适配UBB、OAM单元。以英伟达为例,其每年迭代AI服务器芯片和架构,新一代Rubin系列将于2026年推出量产。同时英伟达下一代AI服务器硬件架构Ultra架构新增78层M9材料的正交背板,该576卡架构上正交背板单机价值量达20万美金。而BCB的优越性能足以应对复杂加工条件与高温环境,支撑先进半导体封的高性能要求。
800G交换机需求驱动覆铜板升级
据Dell’Oro的报告,2025年800G交换机将迎来放量,并在2026年成为主流。随着以太网交换机对传输速率的要求越来越高,PCB潜在的损耗会更大,届时内部主芯片的PCB需要采用M8或以上等级的覆铜板树脂材料,而传统材料难满足需求,BCB低损耗特性完全匹配800G主芯片PCB对高性能树脂的要求,推动其价值量持续上升。
碳氢树脂基材方案已定,国际名企加速布局
目前,英伟达、谷歌等国际巨头已明确将碳氢树脂作为下一代覆铜板的树脂方案,松下、东材科技等厂商也正加速研发其碳氢树脂基材料。2026年全球需求预计飙升至8kt(较当前+150%),但有效产能仅3kt,供需缺口5kt。目前国内主要厂商已大力部署碳氢树脂产能,在建产能超千吨,BCB作为高频高速CCL优选基材,牵动上下游产业链发展。
| 场景二:先进半导体封装--光敏绝缘介质材料
在集成电路先进封装中,光敏绝缘介质材料主要用在圆片级芯片封装(WLCSP)、扇出型圆片级封装、集成无源器件(IPD)圆片级封装上作为主要的介质材料,同时作为芯片的机械支撑材料。在圆片级封装结构中,晶圆表面的钝化层和晶圆信号排布的再布线层结构中的介质都需要通过光敏绝缘介质材料来制造。如下图所示为典型的圆片级封装模块的结构。在再布线层结构中,除可以作为再布线信号层的金属布线和凸点互连材料外,光敏绝缘介质材料是其中最主要的封装结构材料。
圆片级封装模块结构 ▽
目前,市场上应用于集成电路先进封装的光敏绝缘介质材料主要有PSPI和BCB两类。几家主要的封装测试代工厂,如日月光、安靠、矽品、星科金朋等成功实现了BCB在圆片级封装中的量产应用。今年,BCB光刻胶也将被光引聚合这样的企业实现吨级量产,引领行业发展。此外,日本旭化成公司近期因AI算力需求激增导致产能不足,拟限制对中国的PSPI,引发全球产业链震动。该举动暴露了高端材料供应链的脆弱性,同时也为替代材料BCB创造了历史性机遇。
资料来源:
1.《裂解法制备苯并环丁烯的工艺研究》
2.《一种高频低介电损耗的苯并环丁烯树脂及其制备方法与应用》
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光引聚合BCB树脂在市场中具备四大优势:解除国外技术封锁,稀缺性构建市场壁垒;成本碾压国际巨头,代理利润空间大;本土化服务解决国际企业服务滞后痛点;政策红利加速渗透,国产替代进入“黄金窗口”。
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