推进5G时代的电子材料解决方案

物联网、汽车电子、工业4.0、云端服务器、存储设备等将成为驱动PCB需求成长的新方向。杜邦

随着电子产品持续向轻薄化、多功能、高性能等方向发展，软性电路板的需求日益增加，也带来许多商机。在Prismark与杜邦电子互连科技联合举办的5G趋势与软板电路技术应用研讨会中，与会专家全面解读了5G演进、消费电子发展趋势、以及针对软性电路板、部件的要求及材料解决方案。

以下是Prismark执行合夥人姜旭高博士针对5G发展趋势及对软板材料的要求的简报精华。

PCB产业持续成长

PCB产业在2020年因COVID-19(新冠肺炎)经历许多动荡，造成产业界在供需以及未来应用的不确定性。然而PCB的制造业经过了早期的波动之后迅速恢复，2020年PCB产业的成长超过预期，达到6.4%，产值达650亿美元。

2021年前几季度PCB市场非常强劲，我们相信2021年软板市场会有非常正面的成长，下半年需求将会持续增加。

根据Prismark预测，到2022年全球PCB行业产值将达到688.1亿美元。物联网、汽车电子、工业4.0、云端服务器、存储设备等将成为驱动PCB需求成长的新方向。

5G推动软板的日益广泛采用

5G手机在2020年PCB的复苏中扮演关键角色。在4G到5G的转换中有两个非常重要的趋势：一个是高频软板的应用越来越广，尤其是在5G高频毫米波的应用；另一个就是在一家全球领先的智能手机品牌的最新机型中，从原来采用的软硬结合板转变成了SiP加上软板这样的一个解决方案，并在其不同的产品线中，包括耳机、手机，以及2021年可能要推出来的电池模块当中的软板，都会有这样的一个重要转变。

手机在消费性电子市场扮演非常重要的带动力。自2007年以来，智能手机的引入及其对高价值软板的采用大幅推动了软板市场的发展。到了2020年，由于智能手机需求回升以及用于5G毫米波智能手机的软板增多，软板市场又重新开始回升，这些都跟5G市场息息相关。

软板是整个PCB产业当中非常重要的一环，早期它在整个PCB产业产值的比例大概在10%左右，现在已经达到将近20%。我们相信整个软板未来几年的成长是非常正面的，这很大程度上是由5G驱动的，同时5G的应用会逐渐扩展到手机之外的其他领域。

消费类产品中，除了手机之外，在平板、耳机以及可移动式的消费类产品当中，软板的应用都非常广泛，所以直接带动了整个产值的成长。

低损耗材料需求持续增加

在2020年出现了一些相对重要的转变，尤其在全球领先的智能手机的最新款机型中转变非常明显，一个是SiP，另外一个是在手机中采用了一些低损耗的软板材料来做高频天线的连接。

高频天线连接到主板，必须要采用低损耗材料，所以低损耗材料在手机当中起到越来越重要的作用。将来不仅是5G手机，而且在其他的应用端，也都会需要用到这一类的低损耗材料。当5G的应用持续扩展，这方面的需求也会持续扩大，满足更高频率和更高速度应用的需要。在低损耗材料的开发中，具有更低Dk.和Df.值的材料正在商业化。

低损耗软板支持5G并满足消费电子高速高频信号传输需求

在智能手机中，采用低损耗软板代替同轴线，是消费电子应用领域最关键的应用之一。 5G手机里面有AIP模块，摄像镜头的数量也越来越多，在空间非常有限的情况下，用低损耗软板替代同轴线，用低损耗软板连接AIP模块和主板的解决方案，可以给客户带来很大的设计自由度。而主板、摄像镜头和显示屏幕也有可能采用低损耗材料，这些我们将进一步观察研究。

杜邦Pyralux低损耗软板材料以优异性能助力FPC发展

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，另一个是导体。杜邦开发材料的时候，不但考虑到降低介电损耗，而且也要保证介电层和低粗糙度铜箔能够达到比较好的结合力。如果能达到比较好的结合力，铜的损耗和介电的损耗都很低，就能实现一个整体上比较低的传输损耗。

杜邦Pyralux软板材料优化的介电及导体结合实现低于0.003的介电损耗，并保持和低粗糙铜箔良好的结合力，优异的低损耗性能可以减少高速高频信号传输的衰减。

杜邦Pyralux低损耗软板材料满足客户多样性设计需求

Pyralux低损耗软板材料可以帮助节省空间，减少厚度和重量，让终端的设计师拥有更多的设计自由度，灵感不受限。另外，优异的可靠性也非常关键。折叠屏手机对同轴线的弯折性能提出了很大的挑战，而软板在这方面有相当大的优势。Pyralux低损耗软板材料可助力客户实现优异天线传输线设计，并保持良好信号传输性能。

杜邦拥有不同种类的低损耗软板材料，可以满足客户不同的设计需求。从产品形态来看，杜邦有单面FCCL Pyralux TAS/TAHS/TFHS、双面FCCL Pyralux TA/TAH/TFH以及胶膜Pyralux GPL/GFL。

杜邦FCCL涵盖多种铜的种类，包括电解铜、压延铜和超低损耗压延铜。客户如果既要传输损耗小又要延展性好，可以选用压延铜。如果对弯折性能要求一般，只需电气性能好，电解铜的产品就可以满足要求。

杜邦Pyralux TA低损耗FCCL材料传输损耗、耐热和弯折性能优于LCP

我们用Pyralux TA与LCP产品做了一个测试比较。因为压延铜LCP一直没有被大量采用，我们从ED铜里选出一个电气性能最好的LCP材料来和Pyralux TA做对比。

测试结果对于没有测试过LCP性能的人来说有点意外，因为结果显示(如图1)，LCP材料的损耗性能比TA要差。在20GHz以内，LCP和TA的损耗几乎是一模一样的，但是到了20GHz以上，TA材料优于LCP。这可能的原因之一是LCP较难和低粗糙度铜箔达到较好的结合力，而采用的铜箔粗糙度较大，铜箔粗糙度在越高频率影响越大。

需要说明的是，测试的时候我们用了一个微带线测试条，其长度是23厘米，测量前样品无烘烤。在这样的情况下，TA已经表现出和LCP在20GHz相同的性能，而在更高频率甚至优于LCP材料。

其次，Pyralux TA FCCL优异的耐热性能可提高Hot Bar加工良率和可靠性。 TA材料可以通过350°C的漂锡测试，而LCP不能通过320°C的测试，因为LCP的熔点在320°C左右 (如图2)。而Hot Bar的加工温度一般在340°C左右，如果材料无法承受这麽高的温度，就必须降低Hot Bar的温度，这样加工时间就会延长，加工效率就会降低，同时可靠性、良率方面都会存在问题。

最后，Pyralux TA低损耗FCCL优异的弯折性能可以助力客户提升组装良率及可靠性。实验表明(如图3)，TA的弯折性能是LCP的3-4倍，远远优于LCP。

杜邦 Pyralux GPL/GFL低损耗胶膜进一步减少信号传输损耗

除了FCCL，在做低损耗的软板的时候，另外一个重要的材料就是胶。 Pyralux GFL是杜邦正在开发的产品，其Dk.和Df.以及耐热性能远超第一代的GPL以及其他产品(如图4)。数据表明，在给定的测试结构中，相比于Pyralux GPL，Pyralux GFL可以减少约3.5%信号传输损耗。

在不同界面和叠构中，Pyralux GFL均表现出优异的结合力和耐热性能。 Pyralux GFL可通过400°C高温Hot Bar制程测试，可提高客户制程效率和良率。而且，GFL优异的UV雷射加工性能及较小的流胶量，提供客户小型化设计的可能，提高盲孔及焊盘连接可靠性。经多次压合后，GFL仍可保持良好的结合力，并通过288°C的漂锡测试。 GFL也表现出优异的化学稳定性、耐热及冷热冲击能力。

总体而言，由于5G智能手机演进、可穿戴设备和智能消费电子产品的快速发展，2021年软板市场前景强劲，低损耗的柔性材料和多层软板变得越来越流行。软板的产业未来几年的成长，一个是因为应用面的扩展，另外一个是因为产品的复杂度会越来越高。

从单面、双面发展到多层，从传统的PI到MPI，到低损耗的材料的研发到采用，所以整个软板的产业会因为量的增加、应用的扩展、材料的进步，以及复杂度的提升，而呈现产值逐渐增加的趋势。随着未来物联网及其应用的发展，软板应用前景将会更加广阔。