LCP 软板产品
传统FPC 电路板基材主要是聚酰亚胺(PI),而“LCP天线”是采用LCP 作为基材的FPC电路板。LCP材质具有低介电常数(Dk=2.9)、低介电损耗(Df=0.001-0.002)的特质,更适用于高频信号传输。
除具备高频信号传输的优异电气特性外,LCP也具备低吸湿性(吸湿率约为0.01-0.02%,只有一般PI基材的1/10)而使其具有良好的基板高可靠性,过去一段时间行业内认为LCP有机会取代PI,直到近来iPhone X 上对于高频低损耗传输的需求浮现,LCP 成为软板基材的呼声再起。
多层 FPC 结构示意图
iPhone X首次规模应用LCP天线,引领软板工艺升级浪潮
iPhoneX首度使用LCP(液晶聚合物)天线,用于提高天线的高频高速性能并减小空间占用,单机价值提升约20倍。
据产业界的拆解,iPhoneX首度使用2个LCP天线,iPhone8/8Plus亦使用1个局部基于LCP软板的天线模组,均用于提高终端天线的高频高速性能,减小组件的空间占用。
iPhoneX的单根LCP天线价值约为4-5美元,两根合计8-10美元,而iPhone7的独立PI天线单机价值约为0.4美元,从PI天线到LCP天线单机价值提升约20倍。
▲旗舰机iPhone X用了4倍于中端机iPhone 8/8Plus的LCP软板
iPhone X共使用4个LCP软板,分别用于天线、中继线和摄像头模组。其中:
▶▷两个LCP天线位于顶部和底部,用于将信号从主板末端传递到上部和下部天线;
▶▷中继线卡在主板上,用于中继电路板两侧的电话信号;
▶▷3Dsensing摄像头由于高速大容量数据传输要求,也采用了村田制作所的MetroCirc(一种LCP软板)。传统方案使用同轴电缆进行数据传输,而MetroCirc可在单片软板内容纳三个同轴电缆等效功能,大大减小了空间占用。
iPhoneX首度规模使用LCP软板意义重大,可解读为苹果为5G提前布局与验证;对于消费电子行业层面,LCP软板正成为高频高速趋势和小型化趋势下新的软板技术浪潮。
高频高速趋势下,传统软板遭遇性能瓶颈,LCP成为新的软板工艺
传统软板具有由铜箔、绝缘基材、覆盖层等构成的多层结构,使用铜箔作为导体电路材料,PI膜作为电路绝缘基材,PI膜和环氧树脂粘合剂作为保护和隔离电路的覆盖层,经过一定的制程加工成PI软板。
由于绝缘基材的性能决定了软板Zui终的物理性能和电性能,为了适应不同应用场景和不同功能,软板需要采用各种性能特点的基材。
目前应用较多的软板基材主要是聚酰亚胺(PI),由于PI基材的介电常数和损耗因子较大、吸潮性较大、可靠性较差,PI软板的高频传输损耗严重、结构特性较差,已经无法适应当前的高频高速趋势。
▲PI软板与LCP软板的剖面结构
液晶聚合物(LCP)是一种新型热塑性有机材料,可在保证较高可靠性的前提下实现高频高速软板。
LCP具有优异的电学特征:
▶▷1. 在高达110GHz的全部射频范围几乎能保持恒定的介电常数,一致性好;
▶▷2. 正切损耗非常小,仅为0.002,在110 GHz时也只增加到0.0045,非常适合毫米波应用;
▶▷3. 热膨胀特性非常小,可作为理想的高频封装材料。
目前LCP主要应用在高频电路基板、COF基板、多层板、IC封装、u-BGA、高频连接器、天线、扬声器基板等领域。随着高频高速应用趋势的兴起,LCP将替代PI成为新的软板工艺。
LCP软板替代PI软板和同轴电缆,可实现更高程度的小型化
LCP软板具有更好的柔性性能,相比PI软板可提高空间利用率。柔性电子可利用更小的弯折半径轻薄化,对柔性的追求也是小型化的体现。
▶▷以电阻变化大于10%为判断依据,同等实验条件下,LCP软板相比传统的PI软板可以耐受更多的弯折次数和更小的弯折半径,LCP软板具有更好的柔性性能和产品可靠性。
优良的柔性性能使LCP软板可以自由设计形状,从而充分利用智能手机中的狭小空间,提高空间利用效率。
▶▷以村田制作所的MetroCirc产品为例,对于跨越电池的软板连线,其LCP软板可以完美贴合,而传统PI软板在回弹效应的影响下无法较好的贴合电池表面,造成空间浪费。
▲LCP软板具有更好的柔性性能,提高空间利用效率和软板可靠性
LCP软板替代天线传输线可减小65%厚度,提高空间利用率。传统设计使用天线传输线(同轴电缆)将信号从天线传输到主板,随着多模多频技术的发展,在狭小空间内放置多根天线传输线的需求愈发迫切。
LCP软板拥有与天线传输线同等的传输损耗,可在仅0.2毫米的3层结构中携带若干根传输线,并将多个射频线一并引出,从而取代肥厚的天线传输线和同轴连接器,并减小65%的厚度,具有更高的空间效率。
▲LCP软板替代天线传输线可以减小65%的厚度
▍ “LCP 天线”实现WiFi 天线功能,是蜂窝天线重要组成部分
根据iPhone X 拆解信息和产业链调研验证,iPhone X 的LCP软板分别位于机身的顶部和底部,软板上通过电路画线形成WiFi天线的主体,软板表面贴装有电容、电感、开关器件等,和金属边框共同组成蜂窝天线系统。
iPhone X上的LCP 软板
iPhone X 采用的LCP 软板有一段细长线,将WiFi天线、蜂窝天线与主板相连,起到传递射频信号的作用。
三星等其他品牌手机对于天线与主板的连接,采用的是常规射频同轴线(RFcable),iPhone X采用LCP软板直接承担射频连接功能。相比于RF cable,LCP软板走线扁平化,占用体积小,具有结构紧凑的特点。
iPhone天线由FPC构成
综合来看,“LCP 天线”身兼数职,既承担了WiFi天线主体的构成,又配合金属边框实现蜂窝天线的部分功能,还起到信号传递的作用,是iPhoneX满足紧凑机身结构,综合创新下的客观选择。