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探秘5G時代下的柔性電路板(FPC)創(chuàng)新材料與應(yīng)用挑戰(zhàn)

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人氣：2268發(fā)布日期：2024-09-20 08:55【大中小】

柔性電路板(FPC) 是以撓性覆銅板FCCL 為基礎(chǔ)而制作成的一種特殊印制電路板，具備重量輕、厚度薄、體積小、可折疊、線路密度高等優(yōu)勢。FPC作為新型消費(fèi)電子產(chǎn)品連接電子元器件的關(guān)鍵材料，過去的主要考慮因素是在使用時節(jié)省空間，符合消費(fèi)電子產(chǎn)品向多功能、小型化、便攜化發(fā)展的趨勢，為復(fù)雜電子設(shè)計提供了靈活可靠的解決方案，被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、汽車電子、現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備、工控設(shè)備等電子產(chǎn)品領(lǐng)域。

5G 信號高速傳輸由低頻向高頻發(fā)展, 材料為致勝關(guān)鍵

FPC作為重要傳輸通道之一，隨著5G通信和傳輸技術(shù)的高速演進(jìn)，對于它的要求日益提高。為了能夠在不產(chǎn)生損耗的前提下進(jìn)行高頻率信號傳輸，高速和大容量數(shù)據(jù)傳輸尤其是對于天線、模塊和電路來說已成為關(guān)鍵性能?，F(xiàn)時大部分高速傳輸FPC采用低介電常數(shù)液晶聚合物(LCP)作為基材。然而市場中的LCP供應(yīng)量有限，已成為制造高速傳輸FPC的瓶頸。此外，LCP因材質(zhì)與普通FPC的基材PI不同，工藝難度較高，存在生產(chǎn)效率和良率下降的問題。為此，在6GHz以下信號高速傳輸中，F(xiàn)PC的基材已開始采用改性聚酰亞胺(Modified PI; M-PI)替代LCP，且已被用于智能手機(jī)的天線連接等領(lǐng)域。但對于6GHz以上的高速傳輸FPC，目前尚未找到合適的材料替代方案。

NAMI開發(fā)的N-FLEX-FPC基材在不同頻率范圍 (如5GHz,10GHz,28GHz和40GHz 等)下，均有穩(wěn)定的介電常數(shù)(Dk)和損耗因子(Df)。同時，該產(chǎn)品可在180℃下進(jìn)行熱壓，因此可以使用傳統(tǒng)FPC產(chǎn)品的制造設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。

新材料結(jié)構(gòu)解決成本問題并創(chuàng)造超低介電常數(shù)設(shè)計

NAMI開發(fā)了一種低成本、高性能的介電基材。N-FLEX-FPC的技術(shù)突破主要基于以下設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：

1.改性低成本聚合物結(jié)構(gòu)以增加分子剛性并提高熱穩(wěn)定性常見的聚合物如聚烯烴，雖具有較低的介電常數(shù)(2.0-5.0)和介電損耗(0.001-0.003)，但熔點(diǎn)相對較低(<150℃)，這限制了材料在操作過程中的可加工性和穩(wěn)定性。通過聚合物的環(huán)化和交聯(lián)反應(yīng)可以提高其熱穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高常規(guī)聚合物的加工能力，線性聚合物鏈因此可以轉(zhuǎn)化為剛性、非極化的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步降低其介電常數(shù)。

2.開發(fā)高度多孔結(jié)構(gòu)以降低介電常數(shù)空氣的介電常數(shù)為1.0，賦予聚合物多孔結(jié)構(gòu)已被證明是降低介電常數(shù)的有效方法。通過電紡技術(shù)，聚合物可以被紡成一種孔隙率高達(dá)80％纖維薄膜，從而降低材料的介電常數(shù)。

3.注入低損耗材料以增強(qiáng)纖維穩(wěn)定性并降低介電損耗雖然電紡技術(shù)可以產(chǎn)生高度多孔的結(jié)構(gòu)，然而纖維之間并不相互連接，蓬松的纖維層會影響復(fù)合材料的穩(wěn)定性和性能。NAMI利用創(chuàng)新技術(shù)，在孔隙中注入低損耗材料，增強(qiáng)纖維結(jié)構(gòu)，同時降低介電損耗。

4.應(yīng)對傳統(tǒng)FPC制程以降低制造成本這種新開發(fā)的銅層壓板可以經(jīng)受住常規(guī)的FPC制程，例如使用光刻、化學(xué)蝕刻、剝離光阻膜、加工孔洞、制作連通孔、無電鍍銅和電解銅等工藝進(jìn)行銅圖案化處理，因此制造成本相對可控。為進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，F(xiàn)PC 企業(yè)逐漸調(diào)整和改進(jìn)生產(chǎn)工藝，卷對卷 FPC 生產(chǎn)工藝和加成法 FPC 線路制備工藝成為行業(yè)主流。

電氣性能、信號傳輸?shù)乃p，都是大家關(guān)心的問題。影響傳輸衰減有兩個跟材料相關(guān)的因素：一個是介電常數(shù)，另一個是材料的介電損耗。NAMI N-FLEX-FPC介電常數(shù)可達(dá)到2.1，介電損耗為0.002，并且和低粗糙度銅箔具有良好的結(jié)合力，銅的損耗和介電的損耗都很低，因此NAMI N-FLEX-FPC能實(shí)現(xiàn)一個整體上比較低的傳輸損耗，優(yōu)異的低損耗性能可以減少高速高頻信號傳輸?shù)乃p。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G、駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和生成式人工智能(Gen-AI)的普及，信息量不斷增加，數(shù)據(jù)通信需要高速和高頻傳輸。NAMI的N-FLEX FPC可以在各個領(lǐng)域提高傳輸性能和用戶體驗(yàn)，包括：i）計算機(jī)、移動設(shè)備和通信設(shè)備的高速數(shù)據(jù)傳輸；ii）通過提供必要的信號完整性和更緊湊的形狀因子來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的最小化；iii）為高頻率、射頻（RF）和微波電路，提供更寬的帶寬進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；iv）材料的穩(wěn)定性可以提高器件的可靠性；v）材料的傳輸穩(wěn)定性使其在汽車電子和航空航天設(shè)備等領(lǐng)域創(chuàng)造新的應(yīng)用機(jī)會。此外，高速和高頻FPC預(yù)計在6G技術(shù)的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。在THz頻率下，F(xiàn)PC將在電子學(xué)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，特別是對于天線封裝（AiP）和低功耗設(shè)計。

FPC廠也將直面這些挑戰(zhàn)，尋求創(chuàng)新材料，不斷更新柔性電路版的性能。在5G時代之下，才能有更好的發(fā)展出路。

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