随着光电、航天、国防及行动通讯于高频传输等领域的快速发展,针对高性能工程塑胶需求大幅提升,LCP薄膜因其具备低吸湿、耐化性佳、高阻气性以及低介电常数/介电耗损因子(Dk/Df)等特性受到业内人士的关注。
一个明显的例子就是,iPhone X的手机天线价值高达5美元,其采用了多层LCP薄膜。
苹果iPhone X采用多层LCP薄膜主要原因在于:手机向5G方向发展,信号传输频率越来越高、速度越来越快,采用LCP材料介质损耗更小;其次,iPhoneX 采用全面屏后,留给天线的净空间减少,天线设计需要改变,而LCP 薄膜可以弯曲,节省空间;第三,LCP 薄膜天线还可以代替射频同轴连接器。
为啥要介电常数和介电损耗更低的薄膜呢?
首先还是要回顾一下iPhone的那些事,由于iPhone X 全球售卖,基本上覆盖了全球主流运营商正在使用的所有频段,对比 3GPP 频段标准,w66最给力的老牌得出结论:iPhone X 天线需要支持低频段698~960MHz、中频段1710~2200MHz、高频段2300~2690MHz。
此外,iPhone X 天线还要支持 WiFi 2400~2500MHz、5~6GHz;GPS、北斗频段1570~1620MHz。相比于初代iPhone,十年后的 iPhone X 天线功能复杂程度成几何级数上升。更多的天线,加上更少的设计空间,导致手机天线也只能采用FPC这样的薄膜方案。
随着芯片计算性能持续提升,高速信号传输要求电路板具备更低的延迟。
iPhone X 采用最新 A11仿生芯片,拥有最高可达每秒6000亿次的神经网络引擎,同时全新中央处理器的四个能效核心速度比 A10 Fusion 最高提升70%,两个性能核心也有了最高达25%的速度提升,A11处理速度的提升要求系统信号传递低延迟,相信大家都会诟病手机越用越慢,当然系统的冗余以及内存消耗是很大一部分,是用户自己贡献的性能下降,那么FPC的介质层如果选择不好,就是手机先天能力的问题了,在这一块还是需要长期的关注和改善的。
最后3D识别方面,泛光感应元件首先识别到人脸存在,然后点阵投影仪投射超过 30,000 个肉眼不可见的光点,红外镜头对它们进行分析,最终通过 A11 芯片为脸部绘制精确细致的深度图。要在屏幕点亮瞬间实现完整过程才能有优良的用户体验,3D 识别要求信号传输过程高速、低延迟。 相信没人希望看到你不停对着屏幕挤眉弄眼还不能打开屏幕的情景吧。
综上所述,高频高速电路的需求内含就是传输信号的速度和品质。
影响这两项的主要因素是传输材料的电气性能,包括介电常数与介电损耗,具体而言,信号传输的速度与介电常数负相关,信号品质与介电损耗负相关。正是由于 LCP 材质的 FPC 相较于 PI 材质的 FPC,具备更低介电常数和低介电损耗,由此获得更高的信号传输速度和信号质量。
常用材料电性能比较
LCP薄膜天线代表了5G时代手机天线发展方向!未来天线设计有一个重要趋势,那就是集成天线的射频前端电路,LCP作为一种材料,非常适用于微波、毫米波设备,具有很好的应用前景、适合微波和毫米波射频前端电路集成和封装。
LCP薄膜这么好,w66最给力的老牌就多了解它一些吧。
LCP,英文名称为 Liquid Crystal Polymer,称为液晶高分子聚合物,是80年代初期发展起来的一种新型高性能特种工程塑料。最初工业化液晶聚合物是美国 DuPont 公司开发出来的溶致性聚对亚苯基对苯二甲酰胺,当时这种聚合物只能在溶液中加工,不能熔融,只能用作纤维和涂料。
LCP特性
具有自增强性,具有异常规整的纤维状结构特点,因而不增强的液晶塑料即可达到甚至超过普通工程塑料用百分之几十玻璃纤维增强后的机械强度及其模量的水平。如果用玻璃纤维、碳纤维等增强,更远远超过其他工程塑料。
具有优良的热稳定性、耐热性及耐化学药品性,对大多数塑料存在的蠕变特点,液晶材料可以忽略不计,而且耐磨、减磨性均优异。
耐气候性、耐辐射性良好,具有优异的阻燃性,能熄灭火焰而不再继续进行燃烧。其燃烧等级达到 UL94 V-0级水平。
具有优良的电绝缘性能。其介电强度比一般工程塑料高,耐电弧性良好。
具有突出的耐腐蚀性能,LCP制品在浓度为90%酸及浓度为50%碱存在下不会受到侵蚀,对于工业溶剂、燃料油、洗涤剂及热水,接触后不会被溶解,也不会引起应力开裂。
因此,LCP是一种综合性能优异的特种工程塑料,与聚苯硫醚 (PPS),聚砜 (PSF),聚醚醚酮 (PEEK),聚芳酯 (PAR),聚酰亚胺 (PI) 一起被称为6大特种工程塑料。
LCP加工成薄膜的方法
LCP加工成型可通过熔纺、注射、挤出、模压、涂复等工艺。虽然加工方法各异,但有一共同点是均利用在液晶态时分子链高度取向下进行成型再冷却固定取向态,从而获得高机械性能,所以除分子结构和组成因素外,材料性能与受热和机械加工的历程史、加工设备及工艺过程密切相关。
LCP成膜时,LCP分子流动特性及排列方向对薄膜机械性质有影响,LCP存在强烈顺向性,故成膜后 TD 方向受力易破膜,而现有LCP制膜技术皆是以破坏分子顺向性为出发点,其中最早投入LCP膜制作之 Superex (Foster-Miller) 公司透过旋转模头的设计来破坏分子排列的顺向性,开发同时异方向旋转之模头,透过不同方向之剪切应力来改变LCP分子之排列,此设计更可经由押出量及相对旋转速度来进行分子排列方向之调控,进而达到 CTE 可调整之功能。
LCP膜领导厂——则是透过吹膜制程吹胀比的调控来进行薄膜 MD/TD 方向薄膜特性的调整,若要更进一步改变LCP膜之耐热性及 CTE 则是透过二次加工制程来达到。
对于液晶聚合物 (LCP) 薄膜和层压板而言,薄膜是使用最广泛的类型,2017年占全球总数的约67%。
全球液晶聚合物 (LCP) 薄膜和层压板的平均价格呈下降趋势,从2012年的14美元/公斤降至2017年的12.4美元/公斤。如果更多的产能投入运行,价格将呈下降趋势,未来原材料价格将会下降。
全球液晶聚合物 (LCP) 薄膜和层压板的销售量将从2012年的7100吨增长到2017年达到约9050吨,复合年增长率为6.7%。由于新兴市场运输、电子和汽车工业的不断扩大,对轻量化和小型化零部件的需求不断增长,到2024年,预计将达到1.669亿美元。
日本是过去几年全球**的液晶聚合物 (LCP) 薄膜和层压板消费国,在未来几年内将保持同样的地位。日本市场在2016年占全球市场的约38%,其次是美国 (27%),中国紧随其后约占21%。
中国台湾,美国和日本现在是液晶聚合物 (LCP) 薄膜和层压板的主要生产商。高品质的产品主要由海外生产商提供。液晶聚合物 (LCP) 薄膜和层压板的其他主要工厂来自欧洲等。
中国,美国和日本现在是液晶聚合物 (LCP) 薄膜和层压板的主要生产商。中国生产商价格低廉,产品质量低劣,竞争激烈。高品质的产品主要由海外生产商提供。液晶聚合物 (LCP) 薄膜和层压板的其他主要工厂来自欧洲等。