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5G时代下柔性印刷电路板(FPC)创新材料与应用挑战

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人气：2741发布日期：2024-08-29 08:39【大中小】

柔性印刷电路板(FPC) 是以挠性覆铜板FCCL 为基础而制作成的一种特殊印制电路板，具备重量轻、厚度薄、体积小、可折叠、线路密度高等优势。FPC作为新型消费电子产品连接电子元器件的关键材料，过去的主要考虑因素是在使用时节省空间，符合消费电子产品向多功能、小型化、便携化发展的趋势，为复杂电子设计提供了灵活可靠的解决方案，被广泛应用于智能手机、可穿戴设备、汽车电子、现代医疗设备、工控设备等电子产品领域。

5G 信号高速传输由低频向高频发展, 材料為致勝關鍵

FPC厂讲随着5G通信和传输技术的高速演进，对于传输通道之一的FPC要求日益提高。为了能够在不产生损耗的前提下进行高频率信号传输，高速和大容量数据传输尤其是对于天线、模块和电路来说已成为关键性能。現時大部分高速传输FPC采用低介电常数液晶聚合物(LCP)作为基材。然而市场中的LCP供应量有限，已成为制造高速传输FPC的瓶颈。此外，LCP因材质与普通FPC的基材PI不同，工艺难度較高，存在生产效率和良率下降的问题。为此，在6GHz以下信号高速传输中，FPC的基材已开始采用改性聚酰亚胺(Modified PI; M-PI)替代LCP，且已被用于智能手机的天线连接等领域。但对于6GHz以上的高速传输FPC，目前尚未找到合适的材料替代方案。

开发的N-FLEX-FPC基材在不同频率范围 (如5GHz,10GHz,28GHz和40GHz 等)下，均有稳定的介电常数(Dk)和损耗因子(Df)。同时，该产品可在180℃下进行热压，因此可以使用传统FPC产品的制造设备进行生产。

新材料结构解决成本问题并创造超低介电常数设计

开发了一种低成本、高性能的介电基材。N-FLEX-FPC的技术突破主要基于以下设计标准：

1.改性低成本聚合物结构以增加分子刚性

并提高热稳定性常见的聚合物如聚烯烃，虽具有较低的介电常数(2.0-5.0)和介电损耗(0.001-0.003)，但熔点相对较低(<150℃)，这限制了材料在操作过程中的可加工性和稳定性。通过聚合物的环化和交联反应可以提高其热稳定性，进一步提高常规聚合物的加工能力，线性聚合物链因此可以转化为刚性、非极化的环状结构，从而进一步降低其介电常数。

2.开发高度多孔结构以降低介电常数

空气的介电常数为1.0，赋予聚合物多孔结构已被证明是降低介电常数的有效方法。通过电纺技术，聚合物可以被纺成一种孔隙率高达80％纤维薄膜，从而降低材料的介电常数。

3.注入低损耗材料以增强纤维稳定性并降低介电损耗

虽然电纺技术可以产生高度多孔的结构，然而纤维之间并不相互连接，蓬松的纤维层会影响复合材料的稳定性和性能。利用创新技术，在孔隙中注入低损耗材料，增强纤维结构，同时降低介电损耗。

4.应对传统FPC制程以降低制造成本

这种新开发的铜层压板可以经受住常规的FPC制程，例如使用光刻、化学蚀刻、剥离光阻膜、加工孔洞、制作连通孔、无电镀铜和电解铜等工艺进行铜图案化处理，因此制造成本相对可控。为进一步降低生产成本，FPC 企业逐渐调整和改进生产工艺，卷对卷 FPC 生产工艺和加成法 FPC 线路制备工艺成为行业主流。

电气性能、信号传输的衰减，都是大家关心的问题。影响传输衰减有两个跟材料相关的因素：一个是介电常数，另一个是材料的介电损耗。 N-FLEX-FPC介电常数可达到2.1，介电损耗为0.002，并且和低粗糙度铜箔具有良好的结合力，铜的损耗和介电的损耗都很低，因此 N-FLEX-FPC能实现一个整体上比较低的传输损耗，优异的低损耗性能可以减少高速高频信号传输的衰减。

软板厂讲随着物联网、5G、驾驶辅助系统(ADAS)和生成式人工智能(Gen-AI)的普及，信息量不断增加，数据通信需要高速和高频传输。N-FLEX FPC可以在各个领域提高传输性能和用户体验，包括：i）计算机、移动设备和通信设备的高速数据传输；ii）通过提供必要的信号完整性和更紧凑的形状因子来实现产品的最小化；iii）为高频率、射频（RF）和微波电路，提供更宽的带宽进行数据传输；iv）材料的稳定性可以提高器件的可靠性；v）材料的传输稳定性使其在汽车电子和航空航天设备等领域创造新的应用机会。此外，高速和高频FPC预计在6G技术的发展中发挥重要作用。在THz频率下，FPC将在电子学中发挥关键作用，特别是对于天线封装（AiP）和低功耗设计。

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