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5G时代下的高性能特种工程塑料薄膜PI、LCP、PTFE、PPS、PEEK、PEN

2022-11-15 来源:艾邦高分子公众号 浏览数:2

说到高性能薄膜的5G应用,绕不开柔性线路板(FPC)。柔性线路板金属箔与塑料薄膜的热膨胀系数不同会导致层叠后易发生形变,因此要求薄膜基材具备耐高温、低吸湿性、低热膨胀以及良好的柔性和弯折性,同时,5G通信等高频应用要求高频下信号传输损失小,因此要求材料的介电损耗和低介电损耗正切小。耐高温特种工程塑料薄膜正是适应5G通信发展的先进材料之一,不仅具有传输损失低、不会造成通讯劣化的特征,并且能与铜箔强力接着,实现了优异的柔软性。

图 拍摄于沃特

近年来,高性能薄膜产业化呈爆发式发展,各种低介电常数低介电损耗的薄膜基材纷纷涌现,如为了降低介电常数和介电损耗而特殊改性的PI薄膜(MPI),为了适应覆铜工艺而调整了耐温性能的PPS薄膜,性能优异但成型极难的LCP薄膜等。下面我们就来简单聊一聊这些高性能特种工程塑料薄膜。

一、聚酰亚胺PI薄膜

FPC是PI薄膜的主要应用领域,PI具有优良的机械强度、弯折性能、持续稳定性、耐热性、绝缘特性等优点。

图 PI 薄膜的应用

聚酰亚胺(PI)可作为4G以及Sub-6频段所使用的软性电路板(FPC)基材,但毫米波频段对于能控制传输损失,且介电特性更低的材料有更进一步的需求。由于PI基材吸水率较大,介电常数和介质损耗因子也较大,尤其对工作频率超过10GHz的产品影响显著,因此很难满足毫米波频段的要求。

PI的介电性能可通过改性改善提升,如通过氟化物配方降低介电损耗,在10-15GHz高频信号上的表现足与LCP媲美。例如钟化推出的用于毫米波频段的高耐热PI薄膜产品Pixeo™ IB,在高频下的介电损耗低至0.0025。且MPI比LCP的优势是在加工工艺、价格方面,MPI更易加工生产,可量产,价格亲民,业内认为MPI与LCP将是并存的一个局面。

图 钟化,5G毫米波高耐热聚酰亚胺 Pixeo™ IB

去年,日本旗胜就采用改性聚酰亚胺(MPI)开发新结构的5G高速传输用FPC,可满足毫米波天线模块、包括sub6在内的5G基站、数据中心以及汽车联网等多种应用要求。

表 LCP FPC和MPI FPC主要物性比较

目前,FPC用PI薄膜主要由杜邦、钟化、SKPI、达迈科技等生产,在全球市场上始终保持着高占有率。国内瑞华泰、国风塑业、丹邦科技等少数企业也具备FPC用电子PI薄膜的供应能力,产能规模与SKPI、钟渊化学等存在差距。

二、液晶聚合物LCP薄膜

LCP薄膜具有低吸湿性,高耐化性,高阻气性的特点,与PI相比,LCP的介电常数和介电损耗随着频率的变化波动非常小,高频信号传输稳定性优越,非常适合毫米波应用。

图 宁波聚嘉,LCP薄膜

但是LCP剥离强度较低,在成型加工工艺方面不易控制,工艺复杂、良品率低、议价能力低、供应厂商少,大规模商用LCP尚无法实现。这也是前面我们说的MPI和LCP之战不分胜负的原因。

整体来看,LCP薄膜相当被看好,被称作5G天线革命性核心膜材,近几年,全球LCP薄膜生产企业数量不断增加,对LCP薄膜的开发和投入不断增多,技术壁垒有望突破。LCP薄膜相关生产企业:

国外:村田制作所、Kuraray、日本千代田、日本电化株式会、KGK;

国内:沃特股份、普利特、聚嘉新材、金发科技、南京贝迪、东材科技等等。

三、聚四氟乙烯PTFE薄膜

PTFE具有很好的耐水性、耐溶剂性、耐热性以及耐化学腐蚀性,特别是其介电常数和介质损耗非常低且稳定,介电常数为2.1(10GHz),介质损耗为0.0001(10GHz)。PTFE良好的性能使其在高频线路板领域有良好的应用前景。

图 AGC EA-2000薄膜

但PTFE也有一些缺点,如热膨胀系数(CTE)远高于铜箔的热膨胀系数,且PTFE的表面能低,与铜箔的附着力较差等。对其进行改性时采用的如化学浸渍、等离子处理等方法都会在其表面产生极性官能团,因而往往会导致介电常数升高。同时,添加中空结构的填料或引入空气则极可能等同于在PTFE中引入缺陷,降低力学性能。

毫无疑问,PTFE是极适合毫米波高频领域应用的材料,被业内认为是未来天线基板材料,也是各家开发的重点,例如住友电工就成功量产了5G通信用氟树脂FPC,旗胜也针对氟树脂FPC进行开发研究。

目前PTFE薄膜生产企业有 霓佳斯、AGC、中兴化成、德清科赛、东材科技等企业。

四、聚苯硫醚PPS薄膜

由于LCP的成本高且加工性能难度较大,新材料替代就成了大家开发的重点。在5G时代,PPS将在薄膜、基板等电子市场有所增长。低介电PPS与LCP相比较,它主要有这些优点:成本价格低、低介电可行性高、介电损耗更低、金属结合力强、耐温阻燃等等。

图 东丽 PPS薄膜用于FPC

低介电PPS薄膜的开发将有望替代LCP在柔性线路板上的应用。例如东丽推出了5G高频高速传输的柔性电路板(FPC)用耐高温PPS薄膜,这种新PPS薄膜在250°C的加热试验中不会变形,耐高温性能可满足线路板加工,且保留了PPS优异的介电性能。

PPS薄膜相关企业有:日本东丽、浙江新和成、沃特股份、德阳科吉等。

五、聚醚醚酮PEEK薄膜

很多人都知道PEEK薄膜可用于微型扬声器振膜等领域,但PEEK薄膜作为高频高速基材也极具前景,PEEK在高频20GHz下,介电常数3.2,介电损耗为0.0035,完全满足材料要求,可用于5G射频天线柔性基板,这也是目前研究热点,例如罗杰斯采用PEEK薄膜制作FCCL。

PEEK薄膜相关企业有:威格斯、鹏孚隆、沃特股份、达孚新材料等。

图 达孚新材 PEEK薄膜

六、PEN薄膜

PEN薄膜即聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Naphthalate)薄膜,它的高频特性优于PI薄膜,相比于LCP薄膜,介电性能较差,但在成本竞争力、稳定供应性方面,PEN较具优势。帝人有开发相关材料。

 

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