手機移動終端天線材料工藝革命!解析LCP軟板的優劣勢

2021-01-08 愛集微APP

集微網(文/Kelven)天風國際近日下調了iPhone XR的預估出貨量,緣由是市場需求疲軟、市場競爭和中美貿易戰。當中投資建議裡面點名了iPhone XR的主要供應商嘉聯益,其營收和盈利有可能受到一定的影響。

手機天線材料工藝迎革命

嘉聯益是蘋果供應鏈的企業之一,位於臺灣,其主要供應天線軟板。近一兩年由於軟板新材料的革命,LCP工藝的軟板已經逐漸替代傳統軟板和同軸信號線纜,最明顯的變化就是從上一年開始iPhone X已經導入LCP材質的FPC天線,而嘉聯益便是其中之一的供應商。

FPC市場大而且很常見

軟板也就是FPC,英文是Flexible Printed Circuit Board,我們一般稱為軟板或者柔性電路板、柔性印刷線路板等。它是是以柔性覆銅板(FCCL) 製成的一種具有高度可靠性,絕佳可撓性的印刷電路板。

天線軟板應用

實際軟板的應用在我們生活是非常常見的,幾乎涉及了我們所有的電子產品。例如從最初的DIY裝機的硬體驅動器的帶狀引線,數位相機和攝像機都有應用,規模大一點的汽車電子也有軟板的應用,儀器儀表、辦公自動化設備、醫療器械也涉及。

以下截取了手機、筆記本、汽車上需要用到軟板連接的元器件。

智慧型手機上的應用

筆記本電腦上的應用

汽車上的應用

可以看到軟板的應用範圍很廣,需求市場也很大。有統計顯示,中國的FPC市場規模會達到300億以上。隨著手機、平板、筆記本電腦和可穿戴等小型化終端的發展,同時消費者對於產品形態的下一步革新,諸如全面屏、柔性屏幕等採用,FPC的需求只會有增無減。

LCP軟板推動FPC市場革新

FPC也就是軟板市場經歷了多年的發展,傳統的PI軟板已經逐漸顯示出應用的劣勢,尤其在高頻傳輸方面。舊材料的局限和劣勢也推動該領域新材料新工藝的發展,而LCP工藝的軟板也逐漸走入大眾的視野。

LCP是一種新型的熱塑性有機材料,可以保證在較高可靠性的前提下實現高頻高速傳輸。LCP具有良好的電學特性:在高達110GHz的全部射頻範圍幾乎能保持恆定的介電常數,一致性好;其次,正切損耗非常小,僅為0.002,即使在110 GHz時也只增加到0.0045,非常適合毫米波應用;再次,熱膨脹特性非常小,可作為理想的高頻封裝材料。

這些電學特性可以令LCP軟板能在4G和5G時代應用在終端天線方面,應對無線傳輸逐漸向高頻高速方向的轉變,尤其在毫米波上的應用。

LCP軟板成為5G主流天線工藝

軟板的應用範圍很廣,不過通過新型材料工藝,其會助力終端的天線的發展,尤其在很快到來的5G網絡。

以手機為例,日常大家可能都是關心手機的屏幕、處理器、內存等部件,卻很少關注到天線。位於射頻前端的天線因為距離用戶比較遠,位於通信技術的底層,所以日常大家的關注點並不在此,可是它對於智慧型手機無線終端的作用是很關鍵的。

5G和物聯網的趨勢下,前端射頻和天線已經開始收穫的關注。天線顧名思義,它負責這首發射頻信號,它決定了通信質量、信號功率、信號帶寬、連接速度等通信指標。

回歸到我們的手機應用,智慧型手機包含的Cellular(LTE/ TD-SCDMA/ FD-SCDMA/ WCDMA/ CDMA2000/ GSM等)、BT、Wi-Fi、GPS、NFC等諸多射頻前端功能模塊,這些不同模式的通信方式令我們實現文字、語音、視頻通信、上網、網頁瀏覽、地圖定位、文件傳輸等一系列的應用。我們需要無線連接,而連接便需要依靠天線進行信號的發射和接受。

手機等無線終端設備需要應對不同環境工況,而軟板已經成為天線的主流材質工藝。天線可以分為網絡覆蓋天線和終端天線,前者為基站天線,我們不展開說,主要說說我們常用的手機等無線終端天線,包括手機天線、手機電視天線、筆記本電腦電線、GPS天線等。

對於智慧型手機來說,由於行業和市場發展,隨著手機外觀設計的一體化和高度集成化,內部空間不斷減少,這對於天線的設計可以說是極高的難度。手機的天線已經從早期的外置天線發展為內置天線,同時軟板已經成為主流工藝,超過7成。

隨著逐步踏入5G時代,通信頻率也將會全面進入高頻領域,高速大容量也會成為主調。根據5G的發展路線圖,第一階段是6GHz以下的應用,而在2020年後,第二階段便是毫米波(30-60GHz)的應用。

智慧型手機等終端天線的信號頻率不斷提升,高頻應用越來越多,而高速的網絡連接需求也越發增多。軟板作為終端設備中的天線和傳輸介質,技術升級是必然的。

傳統軟板遇瓶頸 LCP崛起

傳統軟板由銅箔、絕緣基材、覆蓋層等構成的多層結構組成,使用銅箔作為導體電路材料,PI膜作為電路絕緣基材,PI膜和環氧樹脂粘合劑作為保護和隔離電路的覆蓋層,經過一定的製程加工成PI軟板。

目前應用較多的軟板基材主要是聚醯亞胺(PI),但是由於PI基材的介電常數和損耗因子較大、吸潮性較大、可靠性較差,因此PI軟板的高頻傳輸損耗嚴重、結構特性較差,已經無法適應當前的高頻高速趨勢。

前面已經說到,LCP(液晶聚合物)是一種新型的熱塑性有機材料,可以保證較高可靠性的前提下實現高頻高速。

它具有以下電學特性:(1)在高達110GHz的全部射頻範圍幾乎能保持恆定的介電常數,一致性好;(2)正切損耗非常小,僅為0.002,即使在110 GHz時也只增加到0.0045,非常適合毫米波應用;(3)熱膨脹特性非常小,可作為理想的高頻封裝材料。

目前LCP主要應用在高頻電路基板、COF基板、IC封裝等領域,可以預見,隨著高頻高速應用的趨勢越來越明顯,LCP這種新型工藝將會替代PI成為新的軟板工藝。

LCP可以實現更高的小型化

以手機為例,隨著全面屏等興起,產品形態改變、更多組件加入、更大的電池等等,這些都是導致手機內部空間進一步壓縮的原因。天線可以用於設計的空間越來越小,天線陣列等小型化手段層出不窮。

手機內部空間壓縮,主要有三方面:(1)全面屏設計,雖然手機長寬變大,但厚度繼續下降。(2)智慧型手機集成的功能組件越來越多,比如傳感器和攝像頭等,進一步把空間壓榨。(3)更大屏幕尺寸和更多功能組件對電量的消耗急劇增加,而電池密度通常每年只增加10%,增加的電能需求使電池體積越來越大。

要想改變天線在手機內部的」生存空間」,除了優化天線性能、採用陣列結構等方式,更多需要從天線本質形態做一下努力。

LCP軟板有更好的柔性性能,相比PI軟板可以進一步提高空間利用率。用電阻變化大於10%來做判斷,同等實驗條件下,LCP軟板相比傳統的PI軟板可以耐受更多的彎折次數和更小的彎折半徑,因此LCP軟板具有更好的柔性性能和產品可靠性。

此外,優秀的柔性性能使LCP軟板可以自由設計形狀,從而充分切合手機內部狹小的空間。以跨越電池的柔性軟板為例,LCP軟板可以很好貼合電池,而PI軟板在回彈效應的影響下沒法緊貼電池表面,這造成整機內部結構的不嚴密,同時浪費了一定的空間。

LCP軟板替代天線傳輸線可以減少65%的厚度,可以進一步提高空間利用率。傳統設計使用天線傳輸線,也就是我們所說的同軸電纜,將信號從天線傳輸到主板,而多模多頻要求在狹小的空間放置多跟天線傳輸線。

LCP軟板擁有與天線傳輸線一樣優秀的傳輸損耗,可在僅0.2毫米的3層結構中攜帶若干根傳輸線,並將多個射頻線一併引出,這意味著利用LCP軟板可以取代粗厚的天線傳輸線和同軸連接器,減少厚度。

日系臺系入LCP戰場

早在今年8月份,日本旗勝為應對5G(下一代通信技術)智慧型手機發展,將開發LCP(液晶聚合物)材料基柔性印刷線路板(FPC),用於高頻及數位訊號的傳輸線路、天線等的設計應用。

此外臻鼎、臺郡兩家廠商也表示將積極參與到新型工藝技術的手機天線軟板市場當中,上遊原物料廠商臺虹及新揚、亞電均更積極投入5G通訊產品開發。臺虹及新揚也相繼完成新材料,以因應5G通訊需求。

業內暫時能穩定出貨便是日系的村田製作所和臺系的嘉聯益兩家,而嘉聯益開發多年的 LCP 軟板天線產品獲得了蘋果的青睞,已經從iPhone X開始成為其天線的供應商。

蘋果iPhone將拉動LCP軟板產業的發展

可以看到,整個軟板行業都已經活躍起來,被市場看好在5G時代將會獲得快速的發展。

雖然整個行業都在迅速發展,但是供應鏈消息人士表示,LCP材料的獲得還是相對來說比較困難,現階段並沒有成為規模效應,同時需要極高的技術才能加工成為軟板,其成本要比普通PI薄膜高出很多倍。

目前只有臺灣嘉聯益和日本的村田(Murata)可以提供LCP天線軟板,不過隨著技術的進步和材料成本的下降,同時有著巨大的市場需求的狀況下,LCP軟膜天線的前景還是很巨大的。

2019年已經規模5G的預商用,而2020年將會實現全面商用。高頻高速是5G無線通訊前期的兩個關鍵詞,市場需求的改變,5G等無線終端可以預見在未來會呈爆炸式的增長,而受益於此,更適合用於高頻高速天線的LCP軟膜會否引爆整個產業鏈,我們拭目以待。

相關焦點

  • LCP有望成為主流天線材料!
    5G時代即將來臨,通信頻率將從通信網絡到移動終端全面提升。LCP天線是採用LCP作為基材的FPC電路板,並承載部分天線功能,具有低介質損耗等優點,更適用於高頻信號傳輸。此外,LCP軟板具有良好的柔性,替代天線傳輸線可減小65%左右的厚度,縮減佔用的手機空間。在5G時代,LCP天線將成為主流選擇。
  • 手機天線材料LCP有什麼神奇之處
    手機天線材料LCP有什麼神奇之處 胡薇 發表於 2018-10-31 11:06:46 一、LCP概述 手機天線行業近半年來的熱詞相信非LCP莫屬。
  • LCP材料主要生產企業
    2017年蘋果新一代iPhone X首次採用多層LCP天線,單機價值提升約20倍,供應商是日本村田。而去年新發布的幾款蘋果手機(iPhone XS/XS Max/XR)均無一例外使用了LCP天線,iPhone手機的天線材料如此青睞LCP,與LCP材料本身損耗因子小的特性離不開。
  • 5G手機LCP天線模組領域「烽煙再起」
    市場預測,未來5年內,中國5G手機出貨量將持續佔據全球約一半的市場份額。儘管受中美貿易戰和全球疫情的影響,但5G手機出貨量仍處於高速增長。這其中,天線作為5G產業鏈中最先進行工藝革新和需求放量的一環,在5G高頻高速的傳輸需求下,LCP天線成為5G手機天線的主流工藝。基於當前的5G手機需求,國內相關產業鏈廠商也瞄準了此領域的藍海市場,市場競爭加劇。
  • 華為繼續使用LCP天線 LCP材料國產化開始提速
    隨著海外疫情的持續蔓延和發酵,LCP原料供應或將受到影響,而基於國內LCP材料持續增長的需求,LCP材料廠商的國產化進程開始提速。 華為高端旗艦沿用LCP天線 因5G手機通信的高頻化,對天線材料也提出了更高要求。
  • 一文看懂,LCP天線產業鏈
    ,可在保證較高可靠性的前提下實現高頻高速軟板。 其次, 上遊 LCP 材料、薄膜、FCCL 價格昂貴且供應緊缺,LCP 多層軟板需要重新購置雷射打孔的技術設備,無法沿用原 PI 軟板製程,並且 LCP 多層板和天線模組良率較低,導致 LCP 天線模組產能受限且成本較高。
  • LCP天線將在5G時代大放異彩
    毫無疑問,未來智慧型手機的發展將向著高頻化和小型化發展,柔性電路板(Flexible Printed Circuit Board,FPC軟板)目前已成為天線主流工藝根據公開資料,2018 款 iPhone XS/XS Max/XR 各使用3/3/2 個 LCP,單機價值6-10美元,2018 年 iPhone 銷量2.25億臺,其中X系列出貨約5千萬臺,綜合考慮 2019 年部分LCP天線可能替換為 MPI天線,以及未來5G手機中國生產廠商天線材料的轉變,中信建投預計僅
  • 蘋果iPhone 11S將採用LCP軟板!
    報告指出,LCP軟板單價較MPI軟板高約50%或以上,因而LCP軟板供貨商營收與盈利有望在2020年實現顯著增長。LCP軟板2020年需求顯著增長可歸為兩點原因,其一是天風國際預計,配備LCP軟板的iPhone機型出貨比重將從2019年的45–50%增長至2020年的70–75%。
  • 蘋果LCP天線2018年滲透率提升,2019年LCP仍是主角
    MPI在低層數、中低頻軟板上具有較好性價比和供應鏈成熟度,而由於蘋果19年不會推出支持高頻應用的手機,我們判斷19年新iPhone少數料號將採用MPI替代LCP,但數量上仍以LCP為主。LCP封裝可整合毫米波天線和射頻前端,有望成為5G毫米波模組終極解決方案。隨著19年5G預商用終端發布,LCP市場進一步打開,市場需求有望在未來幾年全面釋放。從時間角度看,近兩年LCP/MPI將在Sub-6GHz天線開始滲透,而2020年後有望看到LCP在毫米波天線模組中的大量應用。
  • LCP材料應用領域及需求量分析,5G應用下LCP將成為核心材料
    LCP天線是指採用LCP為基材的FPC軟板,並承載部分天線功能。PI與LCP材料性能對比分析資料來源:公開資料整理LCP從樹脂材料到最後的手機天線模組應用需經過如下步驟:LCP樹脂—薄膜—撓性覆銅板FCCL—柔性電路板FPC—天線模組。
  • 5G時代來臨,LCP天線滲透率持續提升
    集微網消息 隨著5G時代的來臨,市場對於天線的需求增量十分顯著,Massive MIMO技術應用大大增加手機天線的需求,帶來單機天線數量顯著增加,LCP天線的滲透率提升也帶來價值量提升。除此之外,碩貝德也曾在投資者活動調研中表示,基於近幾年在LCP線相關產品技術的布局和研發,目前已經配合全球前幾大手機及筆記本終端廠商開發5G的LCP天線產品,並完成相關產品的測試及樣品交付。5G時代對於高頻高速的傳輸需求,LCP天線成為5G手機天線的主流工藝,三星、華為等未來或將大幅採用LCP天線。
  • 蘋果棄用LCP天線改用MPI天線:鵬鼎控股/東山精密成核心供應商
    雖然在2019年下半年推出的新款iPhone將大規模採用MPI天線而棄用LCP天線,但據郭明錤預期,這只是短期的,長遠角度來看,在生產問題改善之後,未來5G天線軟板材料仍以LCP為主。 對於上述信息,據手機報在線從國內知名天線供應商處證實得知,「蘋果主要是為了降低成本才採用MPI天線,但是從5G高頻來看,還是需要LCP天線。
  • 郭明錤:新iPad Pro將首度採用LCP軟板 提升聯網性能
    4 月 25 日消息,今日天風國際分析師郭明錤在最新報告中預測,預計 2 款新iPad Pro將在 2019 年第四季度- 2020 年第一季度量產,新款iPad Pro將首度採用高單價LCP軟板。
  • MPI 將取代 LCP 成為 2019 年 iPhone 主流天線技術
    ,理由如下: (1) Apple對LCP原材供貨商議價力較低、(2) 因生產複雜故難有新LCP軟板供貨商、(3) LCP軟板較脆,不利模塊廠商生產良率、(4) 基於目前技術限制,若欲提升LCP軟板與模塊生產良率,可能會降低天線效能、(5) MPI天線效能因氟化物配方改善而提升,在10-15GHz的高頻 (或更低) 效能已與LCP
  • 臺郡下半年進入營運旺季,量產5G LCP天線
    臺郡表示,2年前即宣布進入新5G天線技術研發,今年將能提供客戶在後疫情時代對無線智能傳輸新科技產品的強勁需求。臺郡高雄新廠一期將投資百億元臺幣,全產能產出將可較目前產能增加1倍,將專注提供5G毫米波技術整合方案。
  • LCP行業深度研究報告:扼住5G咽喉的關鍵材料
    (二)從價值角度來看,LCP 膜級樹脂潛力巨大,而薄膜遠期市場空間近 140 億元1、手機通信的高頻化影響天線材料的選擇天線(antenna)是在空間傳播的無線電波和在金屬導體中移動的電流之間的變換器。
  • 新iPhone導入使用LCP材質FPC天線
    根據蘋果供應鏈透露,為了讓2018年產品全面支持4×4MIMO,和為下一代5G產品補路,蘋果2018全系列iPhone,iPad,iWatch,均導入使用LCP材質的FPC天線 ,預期在上下天線部分,變更目前iPhoneX天線設計結構,更加複雜。 據透露,蘋果2018年的新機在天線的供應廠已確定為日本村田、安菲諾、以及立訊。
  • 蘋果已定調 5G版iPhone將用LCP軟板
    作者|芯科技    校對|Aki集微網·愛集微APP,各大主流應用商店均可下載芯科技消息,為應對高頻傳輸需求,蘋果新款iPhone到底要用哪一種的材質軟板,一直讓市場相當關注,不過最新消息指出,蘋果今年將推出的4G版iPhone將採用MPI(Modify PI;異質PI)軟板,但是明年將推出的5G版iPhone則會採用LCP
  • 一文解析LCP材料優勢在何處?
    ,中國 LCP 材料產能正快速成長。8 開始導入 LCP 天線後,天線軟板材料已由過去的 PI 漸漸走向 LCP(液晶高分子) 發展。LCP 是一種熱塑性的有機材料,由於 LCP 材料性能具備低吸溼、耐化性佳、高阻氣性及低介電常數 / 介電耗損因子等特性,再加上具有良好的可彎曲性,方便組合設計,可滿足電子產品小型化的趨勢,使其在 5G 高頻訊號傳輸的應用場景中很快擴展開來。而傳統 PI 材料的介電常數和損耗因子較大、吸溼性較高、可靠性較差,因此導致高頻傳輸訊號耗損嚴重,已經無法適應 5G 的高頻高速趨勢。
  • 【觀察】手機天線技術的發展與挑戰
    最低68元 MIMO、載波聚合、波束賦形等5G新技術的應用,將會為手機天線的設計與製造帶來一系列新挑戰,而手機天線的變化又將反過來影響5G手機的整體設計。本文推薦的是來自中銀國際的5G天線報告,詳細解讀5G時代手機天線的尺寸、數量、以及材料、封裝技術的變化與行業機遇。