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。