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杜邦5G低损耗FPC软板材料介绍

随着电子产品持续向轻薄化、多功能化、高性能等方向发展,挠性电路板的使用率越来越高,带来了很多商机。

一、PCB产业持续增长

PCB产业在2020年由于新冠疫情经历了很多动荡,造成了产业界在供需以及未来应用方面很多的不确定性。但是PCB的制造业经过了早期的波动之后迅速恢复,2020年PCB产业的增长超过预期,达到6.4%,产值达650亿美金。

2021年第一季度PCB市场非常强劲,预计有两位数的同比增长,甚至有可能达到20%以上。我们相信今年软板市场会有非常正面的成长,下半年需求将会持续增加。

根据Prismark预测,到2022年全球PCB行业产值将达到688.1亿美元。物联网、汽车电子、工业4.0、云端服务器、存储设备等将成为驱动PCB需求增长的新方向。

二、5G推动挠性线路板的日益广泛采用

5G手机在去年PCB的复苏中起到非常关键的作用。在4G到5G的转换中有两个非常重要的趋势:一个是高频挠性板的应用越来越扩大,尤其是在5G高频毫米波的应用;另外一个就是一家全球领先的智能手机品牌最新款机型中,从原来采用的Rigid-Flex转变成了SIP加上FPCB这样的一个解决方案,并在其不同的产品线中,包括耳机、手机,以及今年可能要推出来的电池模组当中的软板,都会有这样的一个重要转变。

手机是非常重要的带动力。自2007年以来,智能手机的引入及其对高价值FPC的采用极大地推动了FPC市场的发展。到了2020年,由于智能手机需求回升以及用于5G 毫米波智能手机的FPC增多,FPC市场又重新开始回升,这跟5G是息息相关的。

挠性线路板是整个PCB产业当中非常重要的一环,早期它在整个PCB产业产值的比例大概在10%左右,现在已经达到将近20%。我们相信整个挠性线路板未来几年的成长是非常的正面的,这很大程度上是由5G驱动的,同时5G的应用会逐渐扩展到手机之外的其它领域。消费类产品中,除了手机之外,在平板、耳机以及可移动式的消费类产品当中,挠性电路板的应用都非常广泛,所以直接带动了整个产值的增长。


三、低损耗材料需求持续增加

在2020年出现了一些比较重要的转变,尤其在一家全球领先的智能手机品牌的最新款机型中转变非常明显,一个是SIP,另外一个是在手机中采用了一些低损耗的软板材料来做高频天线的连接 。高频天线连接到主板,必须要采用低损耗材料,所以低损耗材料在手机当中起到越来越重要的作用。将来不仅是5G手机,而且在其它的应用端,也都陆陆续续会需要用到这一类的低损耗材料。当5G的应用持续扩展,这方面的需求也会持续扩大,满足更高频率和更高速度应用的需要。在低损耗材料的开发中,具有更低Dk.和Df.值的材料正在商业化。

下面是杜邦低损耗FPC材料高速高频信号传输整体解决方案。

1、低损耗FPC支持5G
并满足消费电子高速高频信号传输需求

在智能手机中,采用低损耗FPC代替同轴线,是消费电子应用领域最关键的应用之一。5G手机里面有AIP模组,摄像头的数量也越来越多,在空间非常有限的情况下,用低损耗软板替代同轴线,用低损耗FPC连接AIP模组和主板的解决方案,可以给客户带来很大的设计自由度。而主板、摄像头和显示屏也有可能采用低损耗材料,这需要我们做进一步的观察和研究。


2. 杜邦™ Pyralux® 低损耗软板材料
以优异性能助力FPC发展

电气性能、信号传输的衰减,都是大家关心的问题。影响传输衰减有两个跟材料相关的因素:一个是介电,另一个是导体。杜邦开发材料的时候,不但考虑到降低介电损耗,而且也要保证介电层和低粗糙度铜箔能够达到比较好的结合力。如果能达到比较好的结合力,铜的损耗和介电的损耗都很低,就能实现一个整体上比较低的传输损耗。杜邦™ Pyralux® 软板材料优化的介电及导体结合实现低于0.003的介电损耗,并保持和低粗糙铜箔良好的结合力,优异的低损耗性能可以减少高速高频信号传输的衰减。

另外,加工性能也非常关键。杜邦低损耗软板材料优良的加工性能提供更宽的软板加工操作窗口,助力客户实现更高的加工良率。Pyralux® GFL提供小于10μm的UV镭射回蚀以及优异的耐热性能;Pyralux® TFH/TFHS提供与普通软板材料近似的加工性能;Pyralux® 低损耗FCCL及低损耗粘合胶膜并行开发一起测试,保证客户加工的兼容性,为天线传输线叠构设计提供优化的整体材料方案。
 
3. 杜邦™ Pyralux® 低损耗软板材料
满足客户多样性设计需求

Pyralux® 低损耗软板材料可以帮助节省空间,减少厚度和重量,让终端的设计师拥有更多的设计自由度,让灵感不受限制。另外,优异的可靠性也非常关键。折叠屏手机对同轴线的弯折性能提出了很大的挑战,而软板在这方面有相当大的优势。Pyralux® 低损耗软板材料可助力客户实现优异天线传输线设计,并保持良好信号传输性能。

杜邦拥有不同种类的低损耗软板材料,可以满足客户不同的设计需求。从产品形态来看,杜邦有单面FCCL Pyralux® TAS/TAHS/TFHS、双面FCCL Pyralux® TA/TAH/TFH以及胶膜Pyralux® GPL/GFL。杜邦FCCL涵盖多种铜的种类,包括电解铜、压延铜和超低损耗压延铜。客户如果既要传输损耗小又要延展性好,可以选用压延铜。如果对弯折性能要求一般,只需电气性能好,电解铜的产品就可以满足要求。

4. 杜邦™ Pyralux® TA低损耗FCCL材料
传输损耗、耐热和弯折性能优于LCP

我们用Pyralux® TA与LCP产品做了一个测试比较。因为压延铜LCP一直没有被大量采用,我们从ED铜里选出一个电气性能最好的LCP材料来和TA做对比。

测试结果对于没有测试过LCP性能的人来说有点意外,因为结果显示(如图1),LCP材料的损耗性能比TA要差。在20GHz以内,LCP和TA的损耗几乎是一模一样的,但是到了20GHz以上,TA材料优于LCP。这可能的原因之一是LCP较难和低粗糙度铜箔达到较好的结合力,而采用的铜箔粗糙度较大,铜箔粗糙度在越高频率影响越大。

需要说明的是,测试的时候我们用了一个微带线测试条,其长度是23厘米,测量前样品无烘烤。在这样的情况下,TA已经表现出和LCP在20GHz相同的性能,而在更高频率甚至优于LCP材料。

(图1)

其次,Pyralux® TA FCCL优异的耐热性能可提高Hot Bar加工良率和可靠性。TA材料可以通过350摄氏度的漂锡测试,而LCP不能通过320摄氏度的测试,因为LCP的熔点在320度左右 (如图2)。而Hot Bar的加工温度一般在340摄氏度左右,如果材料无法承受这么高的温度,就必须降低Hot Bar的温度,这样加工时间就会延长,加工效率就会降低,同时可靠性、良率方面都会存在问题。
(图2)

最后,Pyralux® TA低损耗FCCL优异的弯折性能可以助力客户提升组装良率及可靠性。实验表明(如图3),TA的弯折性能是LCP的3-4倍,远远优于LCP。

(图3)


5. 杜邦™ Pyralux® GPL/GFL低损耗胶膜
进一步减少信号传输损耗

除了FCCL,在做低损耗的FPC的时候,另外一个重要的材料就是胶。Pyralux® GFL是杜邦正在开发的产品,其Dk.和Df.以及耐热性能远超第一代的GPL以及其它产品(如下图4)。数据表明,在给定的测试结构中,相比于Pyralux® GPL,Pyralux® GFL可以减少约3.5%信号传输损耗。

(图4)

在不同界面和叠构中,Pyralux® GFL均表现出优异的结合力和耐热性能。Pyralux® GFL可通过400摄氏度高温Hot Bar制程测试,可提高客户制程效率和良率。而且,GFL优异的UV镭射加工性能及较小的流胶量,提供客户小型化设计的可能,提高盲孔及焊盘连接可靠性。经多次压合后,GFL仍可保持良好的结合力,并通过288摄氏度的漂锡测试。GFL也表现出优异的化学稳定性、耐热及冷热冲击能力。

总体而言,由于5G智能手机演进、可穿戴设备和智能消费电子产品的快速发展,2021年FPC市场前景强劲,低损耗的柔性材料和多层FPC变得越来越流行。FPC的产业未来几年的成长,一个是因为应用面的扩展,另外一个是因为产品的复杂度会越来越高。从单面、双面发展到多层,从传统的PI到MPI,到低损耗的材料的研发到采用,所以整个FPC的产业会因为量的增加、应用的扩展、材料的进步,以及复杂度的提升,而呈现产值逐渐增加的趋势。随着未来物联网及其应用的发展,挠性线路板应用前景将会更加广阔。


文章来源:杜邦上海创新中心


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5月28日,艾邦将举办第三届5G新材料高峰论坛,欢迎莅临现场交流。

活动推荐:
第三届5G新材料产业高峰论坛
2021年5月28日
深圳沙井·维纳斯皇家酒店

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艾邦智造 江耀贵 创始人

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金发科技5G通信高性能材料方案

金发 谢天晖 LCP产品线经理

09:30-10:00

5G通信解决方案

SABIC 吴骁智 业务开发经理

10:00-10:30

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新型隔热膜在5G领域的应用

深圳圣安技术 曹正茂 产品总监

11:00-11:30

空心玻璃微珠在5G通讯领域的应用

郑州圣莱特 王亚豪 研发工程师

11:30-13:30

午餐

13:30-14:00

导热材料和LDS在5G通信的应用

恩信格 刘净 业务开发经理

14:00-14:30

新型LCP材料在5G高频通讯领域的应用

住友化学 陶若渊 开发副总

14:30-15:00

热分析助力5G关键材料表征

梅特勒-托利多 袁宁肖 技术专家

15:00-15:30

5G手机毫米波天线设计演进

宝能通讯 黄奂衢博士

副总经理/手机硬件开发负责人

15:30-16:00

茶歇

16:00-16:30

5G制造技术下的化学工艺变革

光华科技 刘彬云 技术中心副总经理

16:30-17:00

高性能薄膜(PEEK/LCP)生产工艺流程产品性能及应用

达孚新材料 刘书萌 研发工程师

17:00-17:30

低介电超细电子纱及其应用

洪源玻纤 郑培琦 研发部长

17:30-18:00

储能微胶囊分子工程设计及其在热管理材料设计中的应用

深圳大学 倪卓 教授

18:00-20:00

晚宴



欢迎产业链各位朋友们自荐议题!演讲、展台、单页赞助意向请联系周小姐:18320865613 同微信

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张**


3M

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刘**

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付**

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梁**

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张**

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蓝星工程塑料应用于5G基站天线振子
蓝星优质的工程塑料产品,已通过某行业标杆客户的测试,顺利运用在5G基站天线振子内部结构部件。
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三井化学开发适用于毫米波基板的低介电COC树脂
新开发的高机能树脂 Gigafreq™ 具有优异的耐热性能、低介电性能、低吸湿性以及透明性。
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5G天线罩材料及其发展
天线罩的作用是保护天线系统免受外部环境的影响,延长天线寿命,同时需要保证电磁波的透过性,因此5G天线罩材料应满足介电性能、力学性能、耐候性、工艺性和重量等要求。
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LDS工艺在5G手机、基站天线领域的应用
作为手机天线制作工艺的LDS,在4G时代已经应用成熟了,在5G时代,LDS可用于5G手机天线、5G基站天线振子等领域。
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帝斯曼5G通信工程塑料介绍
帝斯曼提供一系列的5G基站包括天线振子、反射板、射频滤波器以及连接器和线缆的塑料减重降本的方案,以及手机天线、充电接口、中框、天线隔断条等部件用材料。
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韩国乐天5G相关塑料介绍
乐天开发的WX系列ASA或ASA/GF材料可应用于5G天线以及手机外壳用PC材料等。
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5G手机后盖“整体天线”介绍
在5G时代,手机中的天线数量由4-6个增加到8个或者更多。在有限的空间里,如何高效率的保障射频性能?一种优先被考虑的模式就是后盖电子化。
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