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探秘5G時代下的柔性電路板(FPC)創新材料與應用挑戰

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人氣：52發布日期：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、線路密度高等優勢。FPC作為新型消費電子產品連接電子元器件的關鍵材料，過去的主要考慮因素是在使用時節省空間，符合消費電子產品向多功能、小型化、便攜化發展的趨勢，為復雜電子設計提供了靈活可靠的解決方案，被廣泛應用于智能手機、可穿戴設備、汽車電子、現代醫療設備、工控設備等電子產品領域。

5G 信號高速傳輸由低頻向高頻發展, 材料為致勝關鍵

FPC作為重要傳輸通道之一，隨著5G通信和傳輸技術的高速演進，對于它的要求日益提高。為了能夠在不產生損耗的前提下進行高頻率信號傳輸，高速和大容量數據傳輸尤其是對于天線、模塊和電路來說已成為關鍵性能。現時大部分高速傳輸FPC采用低介電常數液晶聚合物(LCP)作為基材。然而市場中的LCP供應量有限，已成為制造高速傳輸FPC的瓶頸。此外，LCP因材質與普通FPC的基材PI不同，工藝難度較高，存在生產效率和良率下降的問題。為此，在6GHz以下信號高速傳輸中，FPC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的天線連接等領域。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開發的N-FLEX-FPC基材在不同頻率范圍 (如5GHz,10GHz,28GHz和40GHz 等)下，均有穩定的介電常數(Dk)和損耗因子(Df)。同時，該產品可在180℃下進行熱壓，因此可以使用傳統FPC產品的制造設備進行生產。

新材料結構解決成本問題并創造超低介電常數設計

NAMI開發了一種低成本、高性能的介電基材。N-FLEX-FPC的技術突破主要基于以下設計標準：

1.改性低成本聚合物結構以增加分子剛性并提高熱穩定性常見的聚合物如聚烯烴，雖具有較低的介電常數(2.0-5.0)和介電損耗(0.001-0.003)，但熔點相對較低(<150℃)，這限制了材料在操作過程中的可加工性和穩定性。通過聚合物的環化和交聯反應可以提高其熱穩定性，進一步提高常規聚合物的加工能力，線性聚合物鏈因此可以轉化為剛性、非極化的環狀結構，從而進一步降低其介電常數。

2.開發高度多孔結構以降低介電常數空氣的介電常數為1.0，賦予聚合物多孔結構已被證明是降低介電常數的有效方法。通過電紡技術，聚合物可以被紡成一種孔隙率高達80％纖維薄膜，從而降低材料的介電常數。

3.注入低損耗材料以增強纖維穩定性并降低介電損耗雖然電紡技術可以產生高度多孔的結構，然而纖維之間并不相互連接，蓬松的纖維層會影響復合材料的穩定性和性能。NAMI利用創新技術，在孔隙中注入低損耗材料，增強纖維結構，同時降低介電損耗。

4.應對傳統FPC制程以降低制造成本這種新開發的銅層壓板可以經受住常規的FPC制程，例如使用光刻、化學蝕刻、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行銅圖案化處理，因此制造成本相對可控。為進一步降低生產成本，FPC 企業逐漸調整和改進生產工藝，卷對卷 FPC 生產工藝和加成法 FPC 線路制備工藝成為行業主流。

電氣性能、信號傳輸的衰減，都是大家關心的問題。影響傳輸衰減有兩個跟材料相關的因素：一個是介電常數，另一個是材料的介電損耗。NAMI N-FLEX-FPC介電常數可達到2.1，介電損耗為0.002，并且和低粗糙度銅箔具有良好的結合力，銅的損耗和介電的損耗都很低，因此NAMI N-FLEX-FPC能實現一個整體上比較低的傳輸損耗，優異的低損耗性能可以減少高速高頻信號傳輸的衰減。

隨著物聯網、5G、駕駛輔助系統(ADAS)和生成式人工智能(Gen-AI)的普及，信息量不斷增加，數據通信需要高速和高頻傳輸。NAMI的N-FLEX FPC可以在各個領域提高傳輸性能和用戶體驗，包括：i）計算機、移動設備和通信設備的高速數據傳輸；ii）通過提供必要的信號完整性和更緊湊的形狀因子來實現產品的最小化；iii）為高頻率、射頻（RF）和微波電路，提供更寬的帶寬進行數據傳輸；iv）材料的穩定性可以提高器件的可靠性；v）材料的傳輸穩定性使其在汽車電子和航空航天設備等領域創造新的應用機會。此外，高速和高頻FPC預計在6G技術的發展中發揮重要作用。在THz頻率下，FPC將在電子學中發揮關鍵作用，特別是對于天線封裝（AiP）和低功耗設計。

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

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