圖 拍攝于沃特
近年來,高性能薄膜產業化呈爆發式發展,各種低介電常數低介電損耗的薄膜基材紛紛涌現,如為了降低介電常數和介電損耗而特殊改性的PI薄膜(MPI),為了適應覆銅工藝而調整了耐溫性能的PPS薄膜,性能優異但成型極難的LCP薄膜等。下面我們就來簡單聊一聊這些高性能特種工程塑料薄膜。
一、聚酰亞胺PI薄膜
FPC是PI薄膜的主要應用領域,PI具有優良的機械強度、彎折性能、持續穩定性、耐熱性、絕緣特性等優點。
圖 PI 薄膜的應用
聚酰亞胺(PI)可作為4G以及Sub-6頻段所使用的軟性電路板(FPC)基材,但毫米波頻段對于能控制傳輸損失,且介電特性更低的材料有更進一步的需求。由于PI基材吸水率較大,介電常數和介質損耗因子也較大,尤其對工作頻率超過10GHz的產品影響顯著,因此很難滿足毫米波頻段的要求。
PI的介電性能可通過改性改善提升,如通過氟化物配方降低介電損耗,在10-15GHz高頻信號上的表現足與LCP媲美。例如鐘化推出的用于毫米波頻段的高耐熱PI薄膜產品Pixeo? IB,在高頻下的介電損耗低至0.0025。且MPI比LCP的優勢是在加工工藝、價格方面,MPI更易加工生產,可量產,價格親民,業內認為MPI與LCP將是并存的一個局面。
圖 鐘化,5G毫米波高耐熱聚酰亞胺 Pixeo? IB
去年,日本旗勝就采用改性聚酰亞胺(MPI)開發新結構的5G高速傳輸用FPC,可滿足毫米波天線模塊、包括sub6在內的5G基站、數據中心以及汽車聯網等多種應用要求。
表 LCP FPC和MPI FPC主要物性比較
目前,FPC用PI薄膜主要由杜邦、鐘化、SKPI、達邁科技等生產,在全球市場上始終保持著高占有率。國內瑞華泰、國風塑業、丹邦科技等少數企業也具備FPC用電子PI薄膜的供應能力,產能規模與SKPI、鐘淵化學等存在差距。
二、液晶聚合物LCP薄膜
LCP薄膜具有低吸濕性,高耐化性,高阻氣性的特點,與PI相比,LCP的介電常數和介電損耗隨著頻率的變化波動非常小,高頻信號傳輸穩定性優越,非常適合毫米波應用。
圖 寧波聚嘉,LCP薄膜
但是LCP剝離強度較低,在成型加工工藝方面不易控制,工藝復雜、良品率低、議價能力低、供應廠商少,大規模商用LCP尚無法實現。這也是前面我們說的MPI和LCP之戰不分勝負的原因。
整體來看,LCP薄膜相當被看好,被稱作5G天線革命性核心膜材,近幾年,全球LCP薄膜生產企業數量不斷增加,對LCP薄膜的開發和投入不斷增多,技術壁壘有望突破。LCP薄膜相關生產企業:
國外:村田制作所、Kuraray、日本千代田、日本電化株式會、KGK;
國內:沃特股份、普利特、聚嘉新材、金發科技、南京貝迪、東材科技等等。
三、聚四氟乙烯PTFE薄膜
PTFE具有很好的耐水性、耐溶劑性、耐熱性以及耐化學腐蝕性,特別是其介電常數和介質損耗非常低且穩定,介電常數為2.1(10GHz),介質損耗為0.0001(10GHz)。PTFE良好的性能使其在高頻線路板領域有良好的應用前景。
圖 AGC EA-2000薄膜
但PTFE也有一些缺點,如熱膨脹系數(CTE)遠高于銅箔的熱膨脹系數,且PTFE的表面能低,與銅箔的附著力較差等。對其進行改性時采用的如化學浸漬、等離子處理等方法都會在其表面產生極性官能團,因而往往會導致介電常數升高。同時,添加中空結構的填料或引入空氣則極可能等同于在PTFE中引入缺陷,降低力學性能。
毫無疑問,PTFE是極適合毫米波高頻領域應用的材料,被業內認為是未來天線基板材料,也是各家開發的重點,例如住友電工就成功量產了5G通信用氟樹脂FPC,旗勝也針對氟樹脂FPC進行開發研究。
目前PTFE薄膜生產企業有 霓佳斯、AGC、中興化成、德清科賽、東材科技等企業。
四、聚苯硫醚PPS薄膜
由于LCP的成本高且加工性能難度較大,新材料替代就成了大家開發的重點。在5G時代,PPS將在薄膜、基板等電子市場有所增長。低介電PPS與LCP相比較,它主要有這些優點:成本價格低、低介電可行性高、介電損耗更低、金屬結合力強、耐溫阻燃等等。
圖 東麗 PPS薄膜用于FPC
低介電PPS薄膜的開發將有望替代LCP在柔性線路板上的應用。例如東麗推出了5G高頻高速傳輸的柔性電路板(FPC)用耐高溫PPS薄膜,這種新PPS薄膜在250°C的加熱試驗中不會變形,耐高溫性能可滿足線路板加工,且保留了PPS優異的介電性能。
PPS薄膜相關企業有:日本東麗、浙江新和成、沃特股份、德陽科吉等。
五、聚醚醚酮PEEK薄膜
很多人都知道PEEK薄膜可用于微型揚聲器振膜等領域,但PEEK薄膜作為高頻高速基材也極具前景,PEEK在高頻20GHz下,介電常數3.2,介電損耗為0.0035,完全滿足材料要求,可用于5G射頻天線柔性基板,這也是目前研究熱點,例如羅杰斯采用PEEK薄膜制作FCCL。
PEEK薄膜相關企業有:威格斯、鵬孚隆、沃特股份、達孚新材料等。
圖 達孚新材 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,它的高頻特性優于PI薄膜,相比于LCP薄膜,介電性能較差,但在成本競爭力、穩定供應性方面,PEN較具優勢。帝人有開發相關材料。