教程

PCB 材料

5G/6G 通訊

2026年3月2日

1. 緒論：數據洪流下的 PCB 材料革命

在 2025 年的電子硬體研發領域，摩爾定律（Moore's Law）的放緩與數據傳輸速率的指數級增長形成了一個鮮明的對比。隨著人工智慧（AI）大型語言模型的訓練需求呈爆炸式成長，以及 5G/6G 通訊基礎建設的持續布建，系統的瓶頸正從晶片內部的運算能力，迅速轉移至晶片與晶片之間（Chip-to-Chip）、板與板之間（Board-to-Board）的互連通道上。

對於研發工程師（RD）、PCB Layout 工程師以及機電系學生而言，印刷電路板（PCB）已不再僅僅是承載電子元器件的機械支撐體，它本身已演變為一個複雜的主動元件，是高速信號傳輸通道（Channel）中至關重要的一環。當信號速率從早期的 10 Gbps NRZ 躍升至 56 Gbps PAM4，乃至於當前最前沿的 112 Gbps 和 224 Gbps SerDes 技術時，PCB 介質材料的物理特性——介電常數（Dk）與損耗因子（Df）——成為了決定系統成敗的關鍵變數。

本報告旨在為專業讀者提供一份詳盡的高頻高速 PCB 材料研究報告。我們將深入探討信號完整性（Signal Integrity, SI）背後的材料物理機制，剖析 Rogers、Panasonic、Isola 三大國際巨頭的技術護城河，並重點解構台灣本土 CCL（銅箔基板）三雄——台光電（EMC）、聯茂（ITEQ）、台燿（TUC）如何在全球 AI 伺服器供應鏈中異軍突起。此外，本報告將提供基於「性價比」（CP 值）與「供應鏈韌性」的實務選材策略，協助工程師在極致性能與成本控制之間取得最佳平衡。

2. 高頻高速材料的物理基礎與信號完整性機制

要精準地選擇 PCB 材料，必須先回到電磁場理論的物理本質。所謂「高頻」（High Frequency）與「高速」（High Speed）在物理層面上是殊途同歸的：它們都關注電磁波在傳輸線（Transmission Line）結構中的傳播行為。

2.1 介電常數（Dk）與信號傳播速度

介電常數（Dielectric Constant, 符號為 Dk）是衡量絕緣材料儲存電能能力的物理量。在 PCB 傳輸線設計中，Dk 的數值直接決定了電磁波在介質中的傳播速度。根據馬克士威方程組（Maxwell's Equations），信號在介質中的傳播速度 Vp 可由下式表示：

PCB 材料

其中，c 為真空中的光速（約 3×10^8 m/s），Deff 為有效介電常數。由此可見，材料的 Dk 越低，信號傳輸速度越快，傳輸延遲（Propagation Delay）越小。

2.1.1 低 Dk 的工程意義

對於高速數位電路（High-Speed Digital, HSD）而言，低 Dk 材料帶來了三個顯著優勢：

縮短時序延遲： 在長距離傳輸（如伺服器背板）中，低 Dk 材料能顯著減少信號從發送端（Tx）到接收端（Rx）的飛行時間（Time of Flight），這對於 DDR5 或 PCIe Gen 6 等對時序裕量（Timing Margin）要求極其嚴苛的並行匯流排至關重要。
降低電容效應： Dk 降低意味著導線對地電容減小，這有助於提升信號的上升邊緣（Rise Time），減少信號拖尾。
線寬優勢與阻抗控制： 在維持相同的特徵阻抗（如 50 Ω 單端或 100 Ω差分）前提下，使用低 Dk 材料允許設計者使用更寬的導線寬度。較寬的線寬不僅能降低導體損耗（Conductor Loss），還能降低因製程蝕刻公差（Etching Tolerance）造成的阻抗變異。例如，對於 Dk=4.2 的 FR-4，50Ω 線寬可能為 6 mil；而對於 Dk=3.0 的 Rogers RO3003，同樣介質厚度下的線寬可能增加至 8-9 mil，這對於製造良率是一大優勢。

2.2 損耗因子（Df）與信號衰減

損耗因子（Dissipation Factor, 符號為 Df）定義了材料在交變電場作用下，將電能轉化為熱能的效率。它是衡量介質損耗（Dielectric Loss）的核心指標。

總傳輸損耗（Total Insertion Loss）主要由兩部分組成：

導體損耗（Conductor Loss）： 源於銅導線的直流電阻及高頻下的集膚效應（Skin Effect）。
介質損耗（Dielectric Loss）： 源於絕緣材料分子的極化遲滯。

其近似公式為：

從公式可以看出，介質損耗與頻率 f 成正比。在低頻段（< 1 GHz），導體損耗佔主導地位；但在高頻段（> 10 GHz），介質損耗的佔比迅速上升，成為信號衰減的主要殺手。因此，對於 5G 毫米波（28 GHz, 39 GHz）或 112 Gbps PAM4（基頻約 28 GHz）的應用，選擇極低 Df 的材料是維持信號眼圖（Eye Diagram）張開度的唯一途徑。

2.3 銅箔粗糙度（Surface Roughness）的隱形殺手

在傳統 FR-4 時代，為了增加銅箔與樹脂的結合力（Peel Strength），銅箔表面通常會經過粗化處理，形成類似山峰的微觀結構。然而，在高頻下，當電流集中在導體表面的「集膚深度」（Skin Depth）內流動時，粗糙的表面會導致電流路徑被拉長，並產生寄生電感，導致導體損耗急劇增加。

2.4 玻纖效應（Fiber Weave Effect）與信號歪斜

PCB 基材通常由樹脂與玻璃纖維布（Glass Fabric）複合而成。玻璃纖維的 Dk（約 6.0）遠高於樹脂的 Dk（約 2.5-3.0）。傳統的玻璃布編織較為疏鬆（如 1080, 7628 型號），導致板材局部的 Dk 分布不均。

當差分訊號對（Differential Pair）的兩條導線分別走在玻璃束上方（高 Dk）和樹脂空隙上方（低 Dk）時，兩者的傳播速度將不一致，導致接收端出現相位差，稱為「玻纖效應導致的歪斜」（Glass Weave Skew）。這會嚴重破壞共模抑制比，增加電磁干擾（EMI），並導致差分信號眼圖閉合。

解決方案：

開纖布（Spread Glass / Flat Glass）： 如 1067, 1086, 3313, 1078 等型號，將玻璃紗束打扁攤平，減少空隙，使 Dk 分布更均勻。
旋轉佈線（Zigzag Routing）： 在 Layout 設計時讓走線與玻纖經緯向成 10-15 度夾角，平均化 Dk 影響，但會浪費佈線空間。

3. 高頻高速材料的等級分類與選型標準

儘管 IPC-4101 與 IPC-4103 提供了基礎規範，但業界實務上更習慣依據 「傳輸損耗等級」（Loss Bucket） 來對材料進行分類。這是 RD 與 PCB 廠溝通時的通用語言。

3.1 業界通用的損耗分級（Loss Classification @ 10 GHz）

我們根據 10 GHz 下的 Df 值，將材料分為五大等級：

3.2 關鍵選型參數檢核表

在選型時，RD 應對照以下參數進行評估：

Dk / Df 隨頻率的穩定性： 優質材料在 1 GHz 至 50 GHz 範圍內，Dk 變化應小於 5%。
Dk / Df 隨溫度的穩定性（TCDk）： 對於戶外 5G 基地台或高熱 AI 伺服器，材料需在寬溫範圍內保持特性穩定。Rogers RO3000 系列在此方面表現最佳。
吸水率（Moisture Absorption）： 水分子的 Dk 高達 70 以上，極微量的吸濕都會導致材料 Dk/Df 劇增。高階 PPO/PTFE 材料吸水率通常 < 0.1%。
熱可靠性（Tg & Td）： 無鉛製程要求材料 Td (分解溫度) > 340°C，Tg (玻璃轉化溫度) > 180°C，以承受多次回流焊（Reflow）而不發生分層爆板。
抗 CAF 性能： 在高電壓、高密度佈線下，防止導電陽極絲（Conductive Anodic Filament）生長導致短路的能力。

4. 國際三巨頭技術深度解析：Rogers、Panasonic、Isola

在 PCB 材料界，這三個品牌代表了不同領域的最高標準。

4.1 Rogers Corporation：RF 與微波領域的絕對霸主

Rogers（羅傑斯）的名字幾乎等同於「高頻微波板」。其產品線主要基於 PTFE（聚四氟乙烯）與陶瓷填充碳氫化合物技術，專注於解決最嚴苛的 RF 挑戰。

4.1.1 RO4000 系列：打破加工壁壘的革命性材料

技術核心： RO4000（如 RO4350B, RO4003C）並非傳統 PTFE，而是**陶瓷填充碳氫化合物樹脂（Ceramic-filled Hydrocarbon）**加玻璃纖維增強。
殺手級優勢： 它具備接近 PTFE 的電氣性能（Dk 穩定，Df 極低），但完全兼容標準 FR-4 的加工製程。PCB 廠無需購買昂貴的等離子蝕刻設備或高溫壓合機即可生產。這使得它成為 4G/5G 功率放大器（PA）、小型基地台及車用雷達的首選，因為它在性能與量產成本之間取得了完美的平衡。
混壓應用： 由於 RO4000 的熱膨脹係數（CTE）與銅及 FR-4 匹配良好，它極常被用於與 FR-4 進行**混壓（Hybrid Stackup）**設計，即外層用 RO4350B 跑射頻信號，內層用便宜的 FR-4 跑數位控制信號，大幅降低多層板成本。

4.1.2 RO3000 系列：極致性能的追求

技術核心： 陶瓷填充 PTFE 複合材料。
特性： 提供極低的 Df（約 0.001 @ 10 GHz）和極優異的 Dk 溫度穩定性（TCDk 幾乎為 0）。無論選擇哪種介電常數（從 3.0 到 10.2），其熱膨脹特性都設計得一致。
應用： 77 GHz 車載毫米波雷達、GPS 天線、軍用雷達。這是性能不妥協的選擇，但加工難度較高。

4.2 Panasonic（松下）：高速數位電路的代名詞 (Megtron 系列)

如果說 Rogers 是 RF 的王者，Panasonic 的 Megtron 系列則是高速數位（High-Speed Digital）領域的「黃金標準」。

4.2.1 Megtron 6 (M6)：定義行業標準

地位： M6 長期以來是 Very Low Loss 等級的標竿。當工程師說「我要用 M6 等級材料」時，通常是指 Df approx 0.002-0.004、耐熱性極佳且適合高層數壓合的材料。
技術： 採用高耐熱 Polyphenylene Ether (PPE) 樹脂系統，解決了傳統環氧樹脂在高頻損耗過大的問題，同時保持了優異的加工性。

高速數位電路

4.2.2 Megtron 7 (M7) 與 Megtron 8 (M8)：面向 AI 時代的進化

Megtron 7 (M7)： 針對 400G 網路設備開發，進一步降低 Df，是目前高階交換機的主流。
Megtron 8 (M8)： 專為 800GbE 及 AI 伺服器設計，擁有同級材料中最低的傳輸損耗，比 M7 損耗再降低約 30%。它採用了超低粗糙度銅箔與特殊處理的低損耗玻璃布，是目前量產材料的巔峰。
Megtron 9 (M9)： 針對 224 Gbps 世代，Panasonic 已發布 M9，預計將引領下一波材料革命。

4.3 Isola Group：歐美市場的堅實力量

Isola 是總部位於美國的材料大廠，雖然在亞洲市場的聲量受到台廠與日廠擠壓，但在北美及歐洲的航太、國防及工控領域仍有深厚基礎。

I-Tera MT40： Isola 對抗 M6 的主力產品。Dk approx 3.45, Df approx 0.0031。其優勢在於極佳的熱穩定性（Tg 200°C），在寬頻率範圍內 Dk 保持穩定。
Tachyon 100G： 針對 100 Gbps 以上速率設計，直接競爭 M7 市場。其電氣性能針對背板設計進行了優化，具有極寬的眼圖張開度。

5. 台灣之光：本土供應鏈的崛起 (EMC, ITEQ, TUC)

台灣擁有全球最完整的 PCB 產業聚落。近年來，台灣本土的三大 CCL 廠——台光電、聯茂、台燿，在技術上已成功追趕甚至超越國際大廠，成為 Nvidia、AMD、Intel AI 伺服器供應鏈的核心力量。對於 RD 來說，選用本土品牌不僅具備價格優勢（CP 值），更享有短交期（Lead Time）與在地化技術支援的便利。

5.1 台光電 (EMC - Elite Material Co.)：AI 伺服器的最大贏家

台光電（EMC）是目前全球無鹵素（Halogen-free）高階板材的領導者。在 Nvidia 的 AI 伺服器架構（如 H100, GB200）中，EMC 的材料佔據了極高的份額，特別是在最關鍵的 OAM (Open Accelerator Module) 和 UBB (Universal Baseboard) 上。

5.1.1 旗艦產品解析

EM-890K / EM-891K：
- 定位： 對標 Megtron 7 的 Ultra Low Loss 材料。
- 特性： 無鹵素、High Tg (>200°C)、極佳的抗 CAF 能力。EM-890K 在 10 GHz 下的 Df 約為 0.0024，且針對 HDI 及多次壓合（Multiple Lamination）進行了優化，非常適合高層數 AI 主板。
EM-892K / EM-892K2：
- 定位： 對標 Megtron 8 的 Extreme Low Loss 材料，針對 112 Gbps/224 Gbps 應用。
- 突破： Df 進一步降至 0.0017 (at 10 GHz) 甚至更低。此材料已被大量導入 Nvidia Blackwell 架構的運算單元與 800G 交換機設計中。

PCB 產業

5.2 聯茂電子 (ITEQ Corporation)：全方位的強力挑戰者

聯茂（ITEQ）在網通、伺服器與車用電子領域深耕多年，產品線覆蓋廣泛。

5.2.1 旗艦產品解析

IT-968 / IT-968SE：
- 地位： 這是目前伺服器市場最常見的 M6/M7 等級替代料，性價比極高。
- 特性： High Tg、Low Dk/Df。SE 版本（Special Edition）搭配 HVLP 銅箔與低 Dk 玻纖布，損耗性能直逼 M7。在 Intel Eagle Stream 及 AMD EPYC 平台中有極高的滲透率。

5.3 台燿科技 (TUC - Taiwan Union Technology)：高可靠性的堅持

台燿（TUC）以「ThunderClad」系列聞名，雖然在消費性市場聲量較小，但在高階交換機、核心路由器與航太工控等需要極高可靠度的領域擁有死忠客戶。

5.3.1 旗艦產品解析

ThunderClad 3 (TU-933+)：
- 定位： Very Low Loss 材料。
- 特性： Df approx 0.0021 (at 10 GHz)，具備極佳的熱強健性，適合 30 層以上的超厚背板設計。
ThunderClad 4 (TU-943)：
- 定位： Extreme Low Loss，挑戰 M8 等級市場，鎖定未來的 800G 網路基礎建設。

6. 深度剖析：AI 伺服器與 5G 應用的材料戰略

AI 伺服器（如 Nvidia DGX 系列）與 5G 基礎設施是目前推動高頻高速材料發展的兩大引擎。

6.1 Nvidia AI 伺服器 (GB200/H100) 的材料解構

一個典型的 AI 伺服器機櫃包含多種不同功能的 PCB，每種板子對材料的要求截然不同：

6.1.1 OAM (Open Accelerator Module) / GPU 卡

功能： 承載 GPU 晶片與 HBM 記憶體，進行核心運算。
需求： 極致的信號完整性（112G/224G SerDes）、極高的層數（20-30 層 HDI）、極佳的散熱與耐熱性。
選材： 必須使用 Extreme Low Loss (M8 等級) 材料。
- 主力供應商： 台光電 (EM-892K2)、Panasonic (Megtron 8)、斗山 (Doosan)。
- 關鍵技術： 必須搭配 HVLP 銅箔與 Low Dk 開纖布。由於此類材料目前產能緊缺，且玻璃布供應受限，是供應鏈的瓶頸所在。

6.1.2 UBB (Universal Baseboard) / GPU 母板

功能： 承載 8 個 OAM 模組，提供互連（NVLink）與電源分配。
需求： 大尺寸（Big Board）、高層數（24-30 層）、長距離傳輸。
選材： 通常使用 Ultra Low Loss (M7 等級) 材料。
- 主力供應商： 台光電 (EM-890K)、聯茂 (IT-968SE)、Panasonic (Megtron 7)。
- 挑戰： 由於板尺寸極大，材料的漲縮（Scaling）控制與翹曲（Warpage）控制是製造良率的關鍵。

6.1.3 CPU 主板 (Mainboard) 與 Switch Board

功能： 承載 CPU、DRAM 及對外網路交換晶片。
需求： PCIe Gen 5/6 支援。
選材： Very Low Loss (M6 等級) 或 Low Loss (M4 等級) 即可。
- 主力供應商： 聯茂 (IT-170GRA/IT-968)、Isola (370HR/I-Tera)、台燿 (TU-883)。

6.2 5G 基地台與毫米波雷達

AAU (Active Antenna Unit) 天線板： 需要極低的介質損耗與互調失真（PIM）。Rogers RO4730G3 或 RO3003 是主流，部分低頻段 5G (Sub-6 GHz) 會使用 M7 等級材料。
77GHz 車用雷達： 幾乎由 Rogers RO3003 壟斷，因其在毫米波頻段的 Dk 穩定性無可替代。

7. RD 實務選材指南：性價比與供應鏈思維

在性能、成本與交期之間取得平衡，是資深工程師的價值所在。

7.1 性價比（CP 值）分析矩陣

高頻材料的價格結構大致呈現金字塔型：

專家建議：

善用「替代料」（Second Source）： 若客戶原設計指定 Megtron 6，在台灣生產時，可大膽驗證 EMC EM-890K 或 ITEQ IT-968。它們通常能提供同等性能，但成本降低 10%-20%，且交期從日系的 8-12 週縮短至台廠的 2-4 週。
混壓設計（Hybrid Stackup）： 為了降低總成本，可採用「外層 Rogers + 內層 FR-4」的混壓結構。但必須注意 CTE 匹配，否則回流焊後板子會發生嚴重翹曲。Rogers RO4000 系列是混壓的最佳選擇。

7.2 採購與供應鏈風險提示

玻璃布與銅箔短缺： AI 伺服器需求暴增導致上游原材料（特別是 Low Dk 玻璃布與 HVLP 銅箔）供應緊張。RD 在選料時應確認該型號是否有「長交期」（Long Lead Time）風險，避免設計定案後無法量產。
「M等級」術語陷阱： 業界常說「這板子要用 M6」。這通常指「M6 等級性能」，而非一定要 Panasonic M6。RD 應在圖紙上註明「Panasonic Megtron 6 or equivalent (e.g., EMC EM-890K)」，以保留採購彈性。

8. 結論與未來展望

高頻高速 PCB 板材的選擇是一門融合了物理學、化學、材料科學與供應鏈管理的綜合藝術。

對於 極致的 RF/毫米波應用，Rogers 依然是不可撼動的霸主，其 PTFE 與陶瓷技術建立了極高的物理護城河。
對於 AI 伺服器與高速數位應用，Panasonic Megtron 定義了歷史標準，但 台灣的 EMC (台光電) 與 ITEQ (聯茂) 已經憑藉著技術突破與供應鏈優勢，成為了新一代的市場主導者。特別是在 Nvidia GB200 等頂級 AI 系統中，台系材料已證明了其世界級的品質。

對於台灣的工程師而言，掌握這些材料的微觀特性，理解 HVLP 銅箔與開纖布的關鍵作用，並靈活運用本土供應鏈的優勢，將是在 AI 算力時代構建高效能硬體的關鍵競爭力。

未來，隨著 224 Gbps 時代的來臨，我們將看到更多創新技術的導入，如超低損耗樹脂、玻璃基板（Glass Core）以及更先進的表面處理技術。這場材料革命，才正要開始。

PCB 材料專題3 - 高頻高速 PCB 材料全方位技術白皮書：從微觀物理特性到 AI 伺服器供應鏈的戰略選型