高熵合金高頻通訊應用 我國自主研發創新金屬材料

曾博群 |2022.11.30
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高熵材料為國內自主之發明,具備四元以上多個主元素,比起傳統合金,有更耐高溫、高硬度、耐腐蝕、輕量化與低成本等優勢特性。圖/國科會提供

【記者曾博群台北報導】在國科會專案計畫支持下,國立成功大學電機工程學系施權峰教授組成跨校、跨領域研究團隊,成功運用計算材料科學設計出具應用性之高熵材料,自行開發特殊的高熵粉體漿料製程技術,提出引領全球的高熵合金高頻通訊元件,今日舉辦記者會宣布此成果。

高熵材料為國內自主之發明,具備四元以上多個主元素,比起傳統合金有諸多優勢。此技術具備溫度穩定性佳、原料性價比高、可量產開發以及符合商用標準等優勢,除已獲得發明專利,內容更提出近上百種材料配方與關鍵應用,優異研發成果兼具技術突破與產業應用效益。

目前相關產業多使用金、銀、鈀與鉑等貴金屬,除了價格昂貴,金屬與陶瓷基材材料特性匹配不佳的問題,在高頻應用的影響更大。為了解決這些問題,施教授團隊成功開發出通訊元件應用的高熵材料。

該團隊開發的高熵材料不僅可提供優異的導電性與熱穩定性,其金屬原料成本相較於如鈀、鉑金、鉑與銀等常見貴金屬的價格要低許多,估計可大幅降低元件生產的材料成本至少80%以上,除了可取代貴金屬材料並具備低成本優勢,將為產業帶來革命性的突破。

適用於高頻元件導電層的材料電阻率需要夠低才能降低損耗,為了克服傳統合金導電率差的問題,團隊設計出能夠固溶的高熵材料,電阻率可小於4 μΩ-cm,可做為金、銀貴金屬外的全新高導電材料選擇。

相較於金或銀的熱膨脹係數,研究團隊發開發的高熵材料熱膨脹係數介於2~7 ppm/K之間,與常見商用陶瓷基板5~7 ppm/K更加接近,熱穩定性與匹配性優異,可提升金屬-陶瓷共燒製程的導電層接面穩定性,減少金屬擴散及因熱膨脹而剝離等重大問題。

研究團隊在記者會上展示高熵合金的粉體與漿料產品、高熵合金應用於5G NR波段的天線元件、車用高熵薄膜天線以及高頻濾波器。其關鍵技術與配方均已申請多項專利,與國內數家公司進行產學合作並簽訂合作意向,朝向產業化邁進。

除了高頻通訊,同時也將延伸團隊能量到國防、生醫、光電與半導體領域。成功大學在2022年底設立了「高熵科技應用中心」,作為該團隊研發高熵材料的產學研合作平台,積極開發與推廣高熵材料之產業應用。

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