推進5G時代的電子材料解決方案

物聯網、汽車電子、工業4.0、雲端伺服器、存儲設備等將成為驅動PCB需求成長的新方向。杜邦

隨著電子產品持續向輕薄化、多功能、高性能等方向發展，軟性電路板的需求日益增加，也帶來許多商機。在Prismark與杜邦電子互連科技聯合舉辦的5G趨勢與軟板電路技術應用研討會中，與會專家全面解讀了5G演進、消費電子發展趨勢、以及針對軟性電路板、部件的要求及材料解決方案。

以下是Prismark執行合夥人姜旭高博士針對5G發展趨勢及對軟板材料的要求的簡報精華。

PCB產業持續成長

PCB產業在2020年因COVID-19(新冠肺炎)經歷許多動盪，造成產業界在供需以及未來應用的不確定性。然而PCB的製造業經過了早期的波動之後迅速恢復，2020年PCB產業的成長超過預期，達到6.4%，產值達650億美元。

2021年前幾季度PCB市場非常強勁，我們相信2021年軟板市場會有非常正面的成長，下半年需求將會持續增加。

根據Prismark預測，到2022年全球PCB行業產值將達到688.1億美元。物聯網、汽車電子、工業4.0、雲端伺服器、存儲設備等將成為驅動PCB需求成長的新方向。

5G推動軟板的日益廣泛採用

5G手機在2020年PCB的復甦中扮演關鍵角色。在4G到5G的轉換中有兩個非常重要的趨勢：一個是高頻軟板的應用越來越廣，尤其是在5G高頻毫米波的應用；另一個就是在一家全球領先的智慧型手機品牌的最新機型中，從原來採用的軟硬結合板轉變成了SiP加上軟板這樣的一個解決方案，並在其不同的產品線中，包括耳機、手機，以及2021年可能要推出來的電池模組當中的軟板，都會有這樣的一個重要轉變。

手機在消費性電子市場扮演非常重要的帶動力。自2007年以來，智慧型手機的引入及其對高價值軟板的採用大幅推動了軟板市場的發展。到了2020年，由於智慧型手機需求回升以及用於5G毫米波智慧型手機的軟板增多，軟板市場又重新開始回升，這些都跟5G市場息息相關。

軟板是整個PCB產業當中非常重要的一環，早期它在整個PCB產業產值的比例大概在10%左右，現在已經達到將近20%。我們相信整個軟板未來幾年的成長是非常正面的，這很大程度上是由5G驅動的，同時5G的應用會逐漸擴展到手機之外的其他領域。

消費類產品中，除了手機之外，在平板、耳機以及可移動式的消費類產品當中，軟板的應用都非常廣泛，所以直接帶動了整個產值的成長。

低損耗材料需求持續增加

在2020年出現了一些相對重要的轉變，尤其在全球領先的智慧型手機的最新款機型中轉變非常明顯，一個是SiP，另外一個是在手機中採用了一些低損耗的軟板材料來做高頻天線的連接。

高頻天線連接到主板，必須要採用低損耗材料，所以低損耗材料在手機當中起到越來越重要的作用。將來不僅是5G手機，而且在其他的應用端，也都會需要用到這一類的低損耗材料。當5G的應用持續擴展，這方面的需求也會持續擴大，滿足更高頻率和更高速度應用的需要。在低損耗材料的開發中，具有更低Dk.和Df.值的材料正在商業化。

低損耗軟板支持5G並滿足消費電子高速高頻信號傳輸需求

在智慧型手機中，採用低損耗軟板代替同軸線，是消費電子應用領域最關鍵的應用之一。 5G手機裡面有AIP模組，攝像鏡頭的數量也越來越多，在空間非常有限的情況下，用低損耗軟板替代同軸線，用低損耗軟板連接AIP模組和主板的解決方案，可以給客戶帶來很大的設計自由度。而主板、攝像鏡頭和顯示螢幕也有可能採用低損耗材料，這些我們將進一步觀察研究。

杜邦Pyralux低損耗軟板材料以優異性能助力FPC發展

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，另一個是導體。杜邦開發材料的時候，不但考慮到降低介電損耗，而且也要保證介電層和低粗糙度銅箔能夠達到比較好的結合力。如果能達到比較好的結合力，銅的損耗和介電的損耗都很低，就能實現一個整體上比較低的傳輸損耗。

杜邦Pyralux軟板材料優化的介電及導體結合實現低於0.003的介電損耗，並保持和低粗糙銅箔良好的結合力，優異的低損耗性能可以減少高速高頻信號傳輸的衰減。

杜邦Pyralux低損耗軟板材料滿足客戶多樣性設計需求

Pyralux低損耗軟板材料可以幫助節省空間，減少厚度和重量，讓終端的設計師擁有更多的設計自由度，靈感不受限。另外，優異的可靠性也非常關鍵。折疊屏手機對同軸線的彎折性能提出了很大的挑戰，而軟板在這方面有相當大的優勢。Pyralux低損耗軟板材料可助力客戶實現優異天線傳輸線設計，並保持良好信號傳輸性能。

杜邦擁有不同種類的低損耗軟板材料，可以滿足客戶不同的設計需求。從產品形態來看，杜邦有單面FCCL Pyralux TAS/TAHS/TFHS、雙面FCCL Pyralux TA/TAH/TFH以及膠膜Pyralux GPL/GFL。

杜邦FCCL涵蓋多種銅的種類，包括電解銅、壓延銅和超低損耗壓延銅。客戶如果既要傳輸損耗小又要延展性好，可以選用壓延銅。如果對彎折性能要求一般，只需電氣性能好，電解銅的產品就可以滿足要求。

杜邦Pyralux TA低損耗FCCL材料傳輸損耗、耐熱和彎折性能優於LCP

我們用Pyralux TA與LCP產品做了一個測試比較。因為壓延銅LCP一直沒有被大量採用，我們從ED銅裡選出一個電氣性能最好的LCP材料來和Pyralux TA做對比。

測試結果對於沒有測試過LCP性能的人來說有點意外，因為結果顯示(如圖1)，LCP材料的損耗性能比TA要差。在20GHz以內，LCP和TA的損耗幾乎是一模一樣的，但是到了20GHz以上，TA材料優於LCP。這可能的原因之一是LCP較難和低粗糙度銅箔達到較好的結合力，而採用的銅箔粗糙度較大，銅箔粗糙度在越高頻率影響越大。

需要說明的是，測試的時候我們用了一個微帶線測試條，其長度是23厘米，測量前樣品無烘烤。在這樣的情況下，TA已經表現出和LCP在20GHz相同的性能，而在更高頻率甚至優於LCP材料。

其次，Pyralux TA FCCL優異的耐熱性能可提高Hot Bar加工良率和可靠性。 TA材料可以通過350°C的漂錫測試，而LCP不能通過320°C的測試，因為LCP的熔點在320°C左右 (如圖2)。而Hot Bar的加工溫度一般在340°C左右，如果材料無法承受這麼高的溫度，就必須降低Hot Bar的溫度，這樣加工時間就會延長，加工效率就會降低，同時可靠性、良率方面都會存在問題。

最後，Pyralux TA低損耗FCCL優異的彎折性能可以助力客戶提升組裝良率及可靠性。實驗表明(如圖3)，TA的彎折性能是LCP的3-4倍，遠遠優於LCP。

杜邦 Pyralux GPL/GFL低損耗膠膜進一步減少信號傳輸損耗

除了FCCL，在做低損耗的軟板的時候，另外一個重要的材料就是膠。 Pyralux GFL是杜邦正在開發的產品，其Dk.和Df.以及耐熱性能遠超第一代的GPL以及其他產品(如圖4)。數據表明，在給定的測試結構中，相比於Pyralux GPL，Pyralux GFL可以減少約3.5%信號傳輸損耗。

在不同界面和疊構中，Pyralux GFL均表現出優異的結合力和耐熱性能。 Pyralux GFL可通過400°C高溫Hot Bar製程測試，可提高客戶製程效率和良率。而且，GFL優異的UV雷射加工性能及較小的流膠量，提供客戶小型化設計的可能，提高盲孔及焊盤連接可靠性。經多次壓合後，GFL仍可保持良好的結合力，並通過288°C的漂錫測試。 GFL也表現出優異的化學穩定性、耐熱及冷熱衝擊能力。

總體而言，由於5G智慧型手機演進、可穿戴設備和智能消費電子產品的快速發展，2021年軟板市場前景強勁，低損耗的柔性材料和多層軟板變得越來越流行。軟板的產業未來幾年的成長，一個是因為應用面的擴展，另外一個是因為產品的複雜度會越來越高。

從單面、雙面發展到多層，從傳統的PI到MPI，到低損耗的材料的研發到採用，所以整個軟板的產業會因為量的增加、應用的擴展、材料的進步，以及復雜度的提升，而呈現產值逐漸增加的趨勢。隨著未來物聯網及其應用的發展，軟板應用前景將會更加廣闊。