幾種5G用撓性覆銅板結(jié)構(gòu)

林均秀

（珠海元盛電子科技股份有限公司，廣東 珠海 519060）

0 前言

通信技術(shù)已進入到第5代（5G）時代，通訊設(shè)備中使用到大量的印制電路板（PCB），包括撓性印制板（FPCB），為保證信號的高速傳輸以及減少失真，5G通訊對FPCB材料提出了更嚴格的低介質(zhì)損耗（Df）要求。

FPCB所用的撓性覆銅板（FCCL）基材材絕大多數(shù)是聚酰亞胺（PI）膜，但常規(guī)PI由于其分子鏈結(jié)構(gòu)導(dǎo)致Df較大，吸水率較大，這兩個特點都不適合高頻高速材料的要求。由此出現(xiàn)了對PI膜進行改性，以及尋找全新的樹脂基材，達到低介電常數(shù)（Dk）、低介質(zhì)損耗（Df）以及低吸水率的FCCL，可以用于5G通訊。

本文將對目前行業(yè)中較常用的可以應(yīng)用于5G的 FCCL的材料種類進行介紹，分為均質(zhì)材料和改性PI（MPI）兩大類。

1 均質(zhì)材料FCCL

1.1 液晶聚合物膜FCCL

液晶聚合物（LCP：Liquid Crystal Polymer）聚對亞苯基對苯二甲酰胺是一種物理性能優(yōu)異的熱塑性材料，I型熱致（熔融）型[1]可以加工成電子行業(yè)應(yīng)用的薄膜，結(jié)構(gòu)式如圖1，可以應(yīng)用于FCCL制造。

圖1 熱致（熔融）型LCP結(jié)構(gòu)式

LCP薄膜加熱可熔，在熔點附近溫度與高頻用的低粗糙度銅箔壓合在一起就形成LCP基FCCL。5G用途的FCCL銅箔厚度為12 μm 或18 μm，LCP薄膜厚度為25 μm～100 μm。

1.2 涂布LCP FCCL

在銅箔上涂布LCP樹脂溶液，烘干后去除溶劑，LCP面再與銅箔壓合[2]就可以生產(chǎn)成涂布LCP型FCCL。層疊與LCP膜類FCCL是一樣的，也是均質(zhì)LCP材料。通常情況下涂布LCP型FCCL中的LCP基材不能像LCP膜類那樣可以加熱熔融，這類FCCL在制造FPCB多層板時內(nèi)層需要搭配合適的純膠膜使用。

1.3 PEEK FCCL

聚醚醚酮（PEEK）是一種芳香族結(jié)晶性熱塑性聚合物，耐溫性較好，可以在250 ℃下長期使用[3]。耐受反復(fù)的高溫高壓蒸氣消毒以及耐輻射，適合醫(yī)療器械的特殊場合應(yīng)用（見圖2）。

圖2 PPEK結(jié)構(gòu)式

PEEK薄膜與低粗糙度銅箔壓合在一起就形成PEEK型FCCL，PEEK FCCL也擁有較好的電性能，可以應(yīng)用于5G通訊領(lǐng)域。

1.4 其它低損耗材料

聚苯醚（PPO）是一種性能優(yōu)良的熱塑性塑料，由 2，6-二甲基苯酚合成，Dk為2.45，Df是0.0007，吸水率0.05%；聚四氟乙烯（PTFE）是以四氟乙烯作為單體的聚合物，俗稱“塑料王”，Dk為1.8，Df是0.0008，吸水率0.01%Dk。以上這些都是高頻性能非常優(yōu)秀的高分子材料，但由于這些材料物理性能與現(xiàn)有的PCB/FPC工藝無法配合，并且線性膨脹系數(shù)與銅箔不能匹配，導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸不穩(wěn)定[4]，因此需要改性才能應(yīng)用于FCCL。目前尚未見到這些物質(zhì)的純粹的均質(zhì)材料的 FCCL（見圖3）。

2 MPI型 FCCL

2.1 改性PI（MPI）2層FCCL

PI是FPC行業(yè)最主要的FCCL原材料，應(yīng)用已非常成熟。由于其分了鏈結(jié)構(gòu)中H原子較多導(dǎo)致吸濕性較大，常規(guī)PI材料高頻性能并不優(yōu)越。為了既不影響PI的物理性能而又獲得更好的電學性能，可以在分子鏈側(cè)鏈上引入柔性功能團例如氟素元素對PI進行改性造成MPI，以達到降低Dk、Df和吸水率的效果[1]（如圖4）。

MPI膜與銅箔結(jié)合在一起就是其中一種MPI FCCL，MPI型FCCL的高頻性能與普通PI比較電性能相比已有較大改觀。

圖3 均質(zhì)材料的FCCL電性能與結(jié)構(gòu)

圖4 MPI結(jié)構(gòu)式

2.2 MPI型“3層”FCCL

由于MPI制造成本相對普通PI有較大幅度上升，純粹MPI的2層FCCL成本也大幅上升。結(jié)合成本和性能的需求，可以開發(fā)出兩種MPI型“3層”FCCL。

一種是采用普通PI作為芯材，加上改性TPI膠，再加上低粗糙度銅箔，制造出MPI型“3層”FCCL。嚴格來講這種含TPI的FCCL并沒有歸于傳統(tǒng)的3層結(jié)構(gòu)中，因此我們稱之為“3層”。這種成本相對較低的FCCL相對傳統(tǒng)材料在高頻性能上也有一定改善。

2.3 MPI配合TPI型FCCL

另外一種結(jié)構(gòu)與將芯材改為MPI，配合改性TPI使用。這樣的FCCL得到更穩(wěn)定高頻性能，但成本相對也更高一些。

圖5 MPI型FCCL的電性能與結(jié)構(gòu)

2.4 橡膠改性膠類FCCL

由于成本和技術(shù)問題，2層MPI FCCL有一定制約性。通過對FCCL常用膠粘劑改性，例如引入橡膠基團改性，涂覆在MPI上再制造成FCCL，這種疊構(gòu)的FCCL的高頻性能也得到一定程度的改善。

2.5 含醚類膠FCCL

醚類（PPO、TPE等）樹脂高頻下有較低的Dk、Df表現(xiàn)，引入醚類樹脂基團對FCCL所用的膠粘劑進行改性，也可以制造出FCCL。這類FCCL也表現(xiàn)出較好的高頻性能指標，可以應(yīng)用于5G通訊領(lǐng)域。

2.6 含氟類膠FCCL

PTFE具有良好的高頻性能，但其表面接觸角高達114°不與水潤濕，純的PTFE膜無法直接制造FCCL應(yīng)用于FPC行業(yè)。將氟素引入膠粘劑改性，可以開發(fā)出高頻性能良好的5G FCCL，而且可以適應(yīng)現(xiàn)有的FPC制造技術(shù)，生產(chǎn)工藝和設(shè)備無需改造。經(jīng)這樣改性后的FCCL高頻性能數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定，并且數(shù)據(jù)隨著膠粘劑厚度不同而有較明顯變化（見圖5）。

3 結(jié)束語

隨著5G通訊技術(shù)商業(yè)化進展，5G技術(shù)應(yīng)用走進千家萬戶，滲入到人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?，造福社會?G FCCL種類將越來越多，材料各種性能也越來越完善。相信不久的將來，各種結(jié)構(gòu)的5G FCCL將呈現(xiàn)百花齊放的局面。