LCP材料成為行業新寵，華為或繼續使用LCP
PCB信息網
2020-04-15
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基于5G高頻高速的技術革新下，LCP材料成為行業新寵
隨著5G商業化逐步成熟后步入毫米波頻段，疊加LCP材料的產能和良率瓶頸打破后，材料成本進一步降低，LCP將是5G天線材料的最終歸宿。
從5G商用確立到5G基建提速，5G時代下的關鍵材料及零部件需求進入快速增長期。其中，基于5G高頻高速的技術革新下，LCP材料成為行業新寵，在天線模組、FPC連接器等領域占據得天獨厚的優勢。據悉，今年在5G的帶動下，安卓系手機廠商中，華為持續推進使用LCP天線，加之碩貝德和信維通信在LCP天線相關產品上的持續加碼，將帶動安卓系手機使用LCP天線。由于5G高速、高頻等特點，為保證可靠性、減少信號在傳輸過程中的損耗，5G通信對天線材料的介電常數、介質損耗因子等指標有更高要求。目前4G時代手機天線所用的柔性電路板（FPC）基材主要是聚酰亞胺（PI），這是綜合考慮了PI其優良的機械強度、彎折性能、持續穩定性、耐熱性、絕緣特性等優點。但是，由于PI基材吸水率太大，介電常數（Dk）和介質損耗因子（Df）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5G時代對天線材料的要求。目前主流的解決方式有兩種：改性PI（MPI）或者LCP，其中MPI在 Sub-6G具備一定綜合優勢，但隨著5G商用化進程的推進，毫米波階段仍將以LCP為主。傳輸可靠性方面，LCP>MPI>PI；防潮性方面，LCP>MPI>PI；但成本方面，目前LCP薄膜受制于產品良率和薄膜供應壟斷，成本最高、經濟性最低，而PI膜作為成熟應用產品成本最低，但無法用于5G時代的天線傳輸。經過改性后的MPI在Sub-6G階段能夠和LCP分庭抗禮，但在毫米波頻段損耗較LCP差距進一步拉大，因此在毫米波階段LCP仍將是主要天線膜材。相較于PI，LCP可大幅減少高頻傳輸損耗。根據住友電氣工業數據，LCP和PI材料相比，在5GHz頻率時傳輸損耗更小，且隨著頻率的逐漸提升，損耗減少幅度進一步擴大。LCP材料的極低吸水率注定其成為5G天線傳輸的核心膜材。相比PI，除了LCP擁有較低的介質損耗因子Df外，還有一個重要指標便是其吸水率極低，即幾乎不會吸潮，因此其基材的損耗-頻率曲線在吸濕前后遷移并不明顯，相反PI 基材的損耗-頻率曲線在吸濕前后遷移較為明顯，傳輸損耗較大。實際應用中，蘋果公司在2017年末新發行的iPhone X首次將LCP材料應用于天線，旨在提高天線高頻高速性能的同時減小空間的占用。根據電子發燒友等產業拆機報告，iPhone X應用了兩組LCP天線，分別是上天線和下天線，此外上下天線仍各應用1組PI天線，整個手機中LCP和PI天線各有兩組。而2018年iPhone XS/XS Max/XR則分別擁有3/3/2組LCP天線，但2019年的新機系列中，由于該系列仍不支持5G且受制于成本及供應商等因素，減少了LCP天線數目，使用MPI天線替代。蘋果此舉讓市場認為Sub-6G頻段下，MPI由于供應商較多、性能夠用且經濟性更好，不失為過渡到5G毫米波頻段前的LCP替代材料。但長期看，隨著5G商業化逐步成熟后步入毫米波頻段，疊加LCP材料的產能和良率瓶頸打破后材料成本的進一步降低，LCP終將是5G天線材料的最終歸宿。因對原材料樹脂性能的高要求，以及薄膜本身較高的工藝壁壘，LCP天線產業鏈各環節供應商中薄膜生產企業較為稀缺。從技術層面看，目前主要制約LCP 產能和成本的瓶頸在于薄膜的生產環節。原因主要有：1）LCP 薄膜的加工技術壁壘較高；2）薄膜制備對制膜樹脂也有較高要求，目前市面上能夠量產用于天線模組的 LCP 薄膜的樹脂供貨商并不多，高端膜級樹脂主要集中在日本寶理、塞拉尼斯和住友等美日企業。從產業化進展看，目前國內仍然沒有能夠自主量產滿足天線用LCP薄膜或者膜LCP樹脂材料的企業。其中，沃特股份的薄膜級LCP仍處在測試階段；普利特已研發出薄膜級LCP，正和下游行業知名客戶聯合研發LCP薄膜產品；金發科技的薄膜級樹脂產品已小批量出口到日本，同時與國內知名5G通信設備商共同開發天線產品；寧波聚嘉新材料已開發出膜級LCP，薄膜產品目前仍處在中試階段。
