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高频基材LCP薄膜的4种制备方法
作为新一代通信技术,5G频谱分为两个频率范围FR1和FR2,FR1即通常所讲的5G Sub-6GHz(6GHz以下)频段,FR2则是5G毫米波频段。目前的5G手机大多是在Sub-6GHz,而不是真正的5G毫米波手机。



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在不久前的2021年世界移动通信大会(MWC 2021)上,小米、OPPO、vivo、中兴、荣耀、三星等多家主流手机厂商均表示将在全球范围内共同支持5G毫米波的发展,真正的5G毫米波手机时代即将到来。


一、LCP是毫米波高频基材的极佳选择



LCP薄膜具有介电常数低,介电损耗低、吸水率低、性能稳定的特性,是一种非常理想的5G高频高速FCCL基材,可广泛应用于5G手机天线、摄像头软板、笔记本电脑高速传输线、智能手表天线等领域。

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图 LCP、MPI、PI随频率变化的损耗情况

作为5G手机天线的材料选择,MPI和LCP之争一直是大家讨论的热点。如上图所示,在这个频率范围,MPI和LCP的介电损耗并无明显差异,因此,可采用MPI作为传输线软板基材,而随着频率的升高,MPI的损耗明显,在大于15GHz以上的频段甚至毫米波频率范围内,LCP的介电性能更优于MPI。此外,LCP吸水率非常低,相比于PI性能更稳定。

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图   LCP和PI吸湿后对损耗的影响

而说到介电损耗,LCP并不是介电损耗最优的材料,介电损耗更低的PTFE也适用于高频FCCL,但PTFE与铜箔的结合力差,剥离力差,热收缩率大,影响了使用。而LCP的剥离力和结合力虽不如MPI,但基本上可以做到7~9N左右,可满足基板的使用要求。因此,整体来看,LCP尤其适合用作5G毫米波高频基材。
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5G手机天线材料的选择除了考虑优异的性能外,成本也占有相当大的比重,LCP由于成本较高,也让很多手机厂商望而却步。目前行业最大的瓶颈在于:LCP膜树脂以及如何做成薄膜产品。


  • LCP薄膜级树脂生产企业有:住友化学、塞拉尼斯、宝理、世洋树脂等,国内有沃特股份、金发科技、普利特、聚嘉新材、清研高分子、南通海迪等;

  • LCP薄膜生产企业有:美国Superex polymer、伊势村田制作所、Kuraray、日本千代田、日本DENKA、日本KGK、沃特股份、普利特、聚嘉新材、金发科技、信维通信、南京贝迪等。




二、LCP薄膜的制备方法介绍



LCP薄膜制备是目前LCP天线的主要瓶颈之一,目前LCP薄膜生产方法主要是吹膜法、流延法以及溶液法,当然,不同的成膜工艺对树脂要求不同。

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图  成膜工艺比较


一、吹膜法



吹膜法是将LCP树脂经挤出机熔融塑化后,经环形口模挤成管坯,同时以注入管坯里的压缩空气将其进一步吹胀,经过冷却、牵引、收卷后得到LCP薄膜。

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图  吹塑法成膜


二、挤出流延法(双拉法)



挤出流延法是将LCP树脂经挤出机加热、熔融、塑化,通过T型结构成型模具挤出,流延至冷却辊上,经冷却降温定型,再经牵引、切边后收卷,最终得到LCP薄膜产品。

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图  流延法工艺流程图


三、涂布法(溶液法)



涂布法/溶液法:将可溶性LCP树脂通过常规溶剂进行溶解形成LCP溶液,然后涂布到承载膜上得到LCP薄膜,或直接涂覆到铜箔上得到FCCL。

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图 涂布法

溶液法制膜过程中,LCP从无定形状态转变为经过热处理的薄膜,解决了LCP薄膜的异向性问题,撕裂强度较好,且制膜精度高,可在制膜过程添加填料助剂赋予覆铜板特殊功能。目前可溶性LCP树脂仅见住友化学有开发。


四、挤出压延法



挤出压延法是将LCP树脂熔融塑化后,经过辊筒的多次挤压和延展,再冷却定型后得到LCP薄膜。目前此方法正在开发中,压延法效率较高,成本较低,但是由于压延是单向的,薄膜的异向性问题有待解决。

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