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日本Mectron和LG化学合作开发出柔性基板新材料

2013.7.16

  柔性基板制造商日本Mectron与韩国材料厂商LG化学合作开发出了用于柔性基板的新型绝缘材料。这种材料不仅能够承受修理时所需要的350℃以上高温,还支持高速接口等的高速传输性能。过去这两项性能很难兼顾,利用该材料便能够更加容易地设计和制造电子产品(图1)。比如,传输损耗为-3dB时的支持频率,现有的聚酰亚胺为6.8GHz,液晶聚合物为8.0GHz,而新材料可高达9.2GHz。

  LG化学将于2013年内开始量产将所开发的绝缘材料与Cu箔重叠而成的双层材料。日本Mectron将优先获得这种双层材料,用来制造柔性基板。


  液晶聚合物的耐热性差

  作为柔性基板使用的绝缘材料,一般使用聚酰亚胺。不过,聚酰亚胺的相对介电常数为3.3、介电损耗角正切(tan)为0.02,都略高,所以传输损耗较大。为此,高速传输用途越来越多地采用相对介电常数为3.0、介电损耗角正切为0.0008的液晶聚合物作为绝缘材料。比如,电脑的USB 3.0等高速接口连接主板的柔性基板等采用的就是液晶聚合物。

  不过,液晶聚合物也存在一个问题。那就是由于具有热可塑性,在250~300℃下开始熔化。虽然能够承受250~270℃的回流焊工艺,但无法承受在300~350℃下用烙铁修理的工艺。


图1:兼顾耐热性和高速传输

  新材料兼顾了耐热性和高速传输(a)。LG化学负责开发材料,日本Mectron负责评估该材料作为柔性基板的特性(b)。(图(a)由《日经电子》根据日本Mectron的资料制作)

  日本Mectron不仅制造柔性基板,很多情况下还受客户委托,向柔性基板上安装零部件。因此,作为柔性基板的用户,该公司商品策划室商品策划部主任外山敬三指出“液晶聚合物不仅不能修理安装好的零部件,还要注意回流焊的温度管理问题”,令人苦恼。

  花两年时间改进聚酰亚胺

  作为液晶聚合物以外的绝缘材料,有人提出了在聚酰亚胺上层叠PTFE(聚四氟乙烯)的构造。虽然这样可以利用比聚酰亚胺相对介电常数和介电损耗角正切低的PTFE来支持高速传输,并利用聚酰亚胺实现高耐热性,但因材料成本高,现在尚未普及。

  为此,日本Mectron和LG化学着手开发在聚酰亚胺基础上,耐热性和成本的同时优秀的耐高速传输特性新材料。2011年5月,双方签订了保密协议,然后花费了2年时间进行合作开发。另外,这也是日本Mectron与LG化学的首次合作。

  LG化学负责开发材料,日本Mectron负责评估该材料作为柔性基板的特性,并反馈到材料开发中。包括改进表面电阻和绝缘电阻等在内,一共进行了四次重大的改进。

  两家公司未公布材料详情,不过日本Mectron执行董事松本博文指出“包括聚酰亚胺的构造在内进行了改良。是用简单的方法实现的”。虽然对手企业也进行了尝试,但绝缘材料与用来粘合Cu布线的热可塑性聚酰亚胺(TPI:thermoplastic polyimide)之间很难紧密贴合。

  相对介电常数为2.5

  此次开发出的绝缘材料,相对介电常数为2.5,介电损耗角正切为0.0029。与液晶聚合物相比,介电损耗角正切高,但相对介电常数低,因此最终传输损耗减小。实际在温度为24℃、湿度为42%的环境下放置24小时后,测量了传输损耗,结果也证实传输损耗比液晶聚合物要小(图2)。

  在温度为24℃、湿度为42%的环境下放置后的传输损耗,采用新材料的柔性基板最低(a)。在水中放置48小时后,新材料和液晶聚合物显示基本相同的特性(b)。(图由《日经电子》根据日本Mectron的资料制作)

  新材料不及液晶聚合物的地方是耐吸湿性。由于该材料以聚酰亚胺为基础,因此跟聚酰亚胺一样会吸湿。在水中放置48小时后的传输损耗比在空气中放置后增大。不过,10GHz以下的传输损耗跟液晶聚合物相当,即使频率更高,结果也相差不大,“即使环境变化,也能保持出色的特性”(日本Mectron的外山)(图2(b))。

  另外,该材料还对制造柔性基板时使用的很多药液具有耐腐蚀性,具有制造时所需要的贴合性等机械特性。

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