分子ゆらぎ制御による湿度安定型・超低誘電損失材料の開発 ~6G・AI半導体を支える次世代高周波絶縁材料の創製へ~

2026-07-06 東京科学大学

東京科学大学の早川晃鏡教授らの研究グループは、高周波信号伝送時のエネルギー損失の原因となる高分子鎖の「分子ゆらぎ」を抑制し、超低誘電損失と湿度安定性を両立した新しいポリイミド絶縁材料を開発した。研究では、かご型有機・無機ハイブリッド構造であるダブルデッカーシルセスキオキサン(DDSQ)を主鎖に導入し、さらに疎水性シクロヘキシル基を組み合わせることで、水分子吸着と双極子分極による分子運動を抑制した。その結果、10~20GHz帯で誘電率2.57、誘電正接0.0019という極めて低い誘電損失を達成するとともに、相対湿度10~60%でも誘電特性がほとんど変化しない優れた湿度安定性を実現した。FT-IR解析では、水分子の吸着量が従来材料より大幅に少ないことも確認された。本成果は、「分子ゆらぎ制御」という新たな材料設計指針を提示するものであり、6G通信、生成AI、高性能半導体パッケージ、クラウドデータセンターなどを支える次世代高周波絶縁材料への応用が期待される。研究成果は「Communications Materials」に掲載された。

分子ゆらぎ制御による湿度安定型・超低誘電損失材料の開発 ~6G・AI半導体を支える次世代高周波絶縁材料の創製へ~

図1. C-DDSQを導入したポリイミドの分子設計指針

<関連情報>

10~20GHzで低誘電損失を示すシクロヘキシル置換二重デッカー型シルセスキオキサンを有する耐湿性半芳香族ポリイミド Humidity-robust semi-aromatic polyimides with cyclohexyl-substituted double-decker-shaped silsesquioxane exhibiting low dielectric losses at 10-20 GHz

Natsuko Sashi,Erina Yoshida,Hayato Maeda,Riku Takahashi,Kan Hatakeyama-Sato,Yuta Nabae,Masatoshi Tokita,Ririka Sawada,Shinji Ando & Teruaki Hayakawa
Communications Materials  Published:06 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s43246-026-01217-7

Abstract

Emerging high-frequency electronics require polymer dielectrics that combine a low dielectric constant (Dk) with an ultra-low dissipation factor (Df) under realistic humidity. Here, we report semi-aromatic polyimides (PIs) incorporating cyclohexyl-substituted double-decker-shaped silsesquioxane (C-DDSQ) units that simultaneously suppress electronic and dipolar polarizations while limiting water uptake. The best formulation shows Dk = 2.57 and Df = 0.0019 at 10 GHz under 30% RH, and maintains minimal changes up to 60% RH (ΔDk ≈ 0.02, ΔDf ≈ 0.0003). Wide-angle X-ray diffraction confirms the retention of the cage-like silsesquioxane motif, and thermogravimetric analysis shows Td-10 ≥ 470 °C, indicating robust thermal endurance. Correlating Dk with in-plane refractive index (nTE) reveals that the lowered n and the rigid, hydrophobic architecture of C-DDSQ account for the low losses at 10–20 GHz. These results position C-DDSQ-incorporating semi-aromatic PIs as promising interlayer dielectrics that deliver ultra-low loss, humidity stability, and high thermal tolerance without resorting to porosity or heavy fluorination.

0504高分子製品
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました