導(dǎo)讀：
第5代移動(dòng)通信技術(shù)（簡(jiǎn)稱5G）是繼4G通訊之后新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，5G通訊的特點(diǎn)是高數(shù)據(jù)速率，低延遲，低能耗，低成本，超大系統(tǒng)容量以及大規(guī)模設(shè)備連接。
為了滿足高性能與便攜性，5G電子產(chǎn)品的輕薄化，元器件的小型化勢(shì)在必行，對(duì)于電感生產(chǎn)廠商的工藝要求也大大提升。納米級(jí)小型化、高精度、代表即將到來(lái)的新一代的技術(shù)產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于5G供應(yīng)鏈端及模塊端應(yīng)用，小型化的電子元器件將會(huì)繼續(xù)擴(kuò)充產(chǎn)能，將在模塊化產(chǎn)品及5G市場(chǎng)中快速推動(dòng)，對(duì)于部件輕薄化，薄膜化的需求隨著5G應(yīng)用落地，其應(yīng)用于開發(fā)已有較大幅度增長(zhǎng)。本文將為您揭示5G時(shí)代的7種薄膜新材料。
5G新材料薄膜與力學(xué)測(cè)試項(xiàng)
01、絕緣彎折兩兼顧—— LCP膜
使用島津試驗(yàn)機(jī)測(cè)試LCP膜拉伸強(qiáng)度
LCP薄膜是一種特殊的絕緣材料，具備低吸濕、耐老化性佳、高阻氣性以及低介電常數(shù)等特性，其拉伸強(qiáng)度與彎曲模量也非常優(yōu)異。LCP材料是國(guó)際上公認(rèn)的5G信號(hào)天線與柔性電路板（FPC）必不可少的絕緣材料。5G要求更高的電磁波傳輸速度、更小的信號(hào)傳播損失， LCP正是滿足這些苛刻要求的材料，還可以用特殊的LCP絕緣材料隔絕數(shù)個(gè)信號(hào)間相互干擾。當(dāng)前，各大廠商推出的5G手機(jī)多采用了多層LCP天線，而柔性多層電路板與LCP 薄膜相結(jié)合而誕生的新型樹脂多層基板，具有優(yōu)越的高頻特性，具備可撓性，使輕薄可彎曲電路結(jié)構(gòu)成為可能。使用LCP材料可以為手機(jī)電池等組件節(jié)約大量空間，提高手機(jī)內(nèi)部空間的利用率。5G手機(jī)內(nèi)部天線和電路板小型化，堆疊化是大勢(shì)所趨，LCP材料的廣泛應(yīng)用已迎來(lái)集中爆發(fā)期。島津已做過(guò)一些測(cè)定LCP材料的拉伸強(qiáng)度的試驗(yàn)，在LCP生產(chǎn)與質(zhì)量控制領(lǐng)域?qū)?huì)發(fā)揮更大的作用。
裁切方向不同的LCP膜斷裂方式和拉伸強(qiáng)度變化很大，圈中為W向曲線
用島津AGS-X試驗(yàn)機(jī)測(cè)出的LCP薄膜拉伸測(cè)試數(shù)據(jù)
02、5G天線不可少——MPI膜
MPI薄膜
隨著5G設(shè)備的普及，PI軟板已無(wú)法滿足消費(fèi)者的需求，因此改性PI（MPI）進(jìn)入了大家的視線。LCP固然好，但工藝復(fù)雜，成本高，是傳統(tǒng)PI天線的20倍。雖然MPI在傳輸損耗、尺寸穩(wěn)定性和可彎折性等方面并不如LCP，但其而且其成本只有LCP的70%。而MPI材質(zhì)天線在10-15GHz的高頻甚至高頻的信號(hào)處理上的表現(xiàn)有望媲美LCP天線，故在5G發(fā)展中MPI有望替代部分PI，成為中低頻段天線的重要材料。對(duì)MPI膜要求有良好的柔軟性，機(jī)械性能，耐熱耐化學(xué)能力以及較低的吸水性。
03、芯片面板穿紗衣——非導(dǎo)電粘合膜
NCF膜對(duì)5G芯片必不可少（3D堆疊芯片組示意圖）
非導(dǎo)電粘合膜（NCF）
非導(dǎo)電粘合膜是將IC芯片電極表面和電路表面粘合在一起的絕緣膜，主要用作底部填充和TSV（硅通孔）晶片的粘合材料。與傳統(tǒng)的二維芯片把所有的模塊放在平面層相比，三維芯片允許多層堆疊，而TSV用來(lái)提供多個(gè)晶片垂直方向的通信。其中TSV是3D芯片堆疊技術(shù)的關(guān)鍵，而NCF膜則是實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)不可缺少的材料。
晶圓級(jí)非導(dǎo)電性薄膜可用于倒裝晶片安裝和 TSV 管芯疊積，間隙和凸點(diǎn)節(jié)距都非常小。為了減少客戶的加工程序，晶圓級(jí)非導(dǎo)電性薄膜貼有背面研磨膠帶或切割膠帶（二合一結(jié)構(gòu)）。因?yàn)閷?duì) NCF 進(jìn)行了晶圓級(jí)層壓，因此，可安全處理薄晶圓，不會(huì)出現(xiàn)任何破損。
04、元件固定都需要——MLCC用離型膜
電路板上的MLCC元件
MLCC離型膜主要應(yīng)用于微型片式多層陶瓷電容涂布層，要求具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度與化學(xué)性能，才能保證手機(jī)顯示屏與攝像頭電流電阻的穩(wěn)定。MLCC離型膜主要原材料為PET基膜。
有調(diào)查顯示，5G將帶動(dòng)移動(dòng)端，小型基站、毫米波裝置等建置量增加一倍。智能手機(jī)所需MLCC 元件平均數(shù)量約550 顆到900 顆左右，而5G 手機(jī)，平均每部手機(jī)所需MLCC 數(shù)量將超過(guò)1,000 顆。預(yù)期從4G 過(guò)渡到5G 手機(jī)，平均每部所需MLCC元件數(shù)量將增加33%。另外，設(shè)計(jì)復(fù)雜度更高的5G 基站，結(jié)合多輸入多輸出技術(shù)（MIMO）天線系統(tǒng)，需要更高容值的被動(dòng)元件，未來(lái)的需求量和發(fā)展前景非常可觀。
05、阻燃絕緣全防護(hù)——PEN膜
電磁屏蔽隔離膜
隨著5G設(shè)備普及，信號(hào)串?dāng)_會(huì)成為通信的核心待解決問(wèn)題。5G高頻基站外殼一般是鋁合金壓鑄件，既要防止外界電磁波干擾，又要防止自身產(chǎn)生的電磁輻射干擾外界和危害人體健康，需要在接縫處用電磁屏蔽膜隔開屏蔽。使基站殼體形成一個(gè)連續(xù)的導(dǎo)電體，材料的導(dǎo)電性越強(qiáng)，渦流效應(yīng)越明顯，通過(guò)導(dǎo)電體的渦流效應(yīng)和反射效應(yīng)將電磁波限制在基站內(nèi)部，從而防止電磁波泄漏造成輻射。
除了對(duì)導(dǎo)電性有要求以外，電磁屏蔽膜還要滿足特定的機(jī)械性能才能滿足實(shí)際應(yīng)用需要，例如基站集成商對(duì)拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、壓縮形變，抗老化性等都有嚴(yán)格的要求。隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品、汽車電子產(chǎn)品、通信設(shè)備等行業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大以及相關(guān)電子產(chǎn)品向輕薄化、小型化、輕量化方向發(fā)展，電磁屏蔽膜行業(yè)的使用率將會(huì)逐步擴(kuò)大。
07、終端穿上“凱夫拉”——芳綸纖維膜
芳綸纖維應(yīng)用的演變
芳綸纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫的優(yōu)異性能，具有突出的耐沖擊和電磁波透過(guò)性等特性。將芳綸與薄鋁板、環(huán)氧無(wú)緯布交疊熱壓后形成的超混復(fù)合層板，具有很高的比模量和比強(qiáng)度，抗疲勞壽命是鋁合金板的100倍～1000倍，可用于飛機(jī)的機(jī)身等部位。芳綸纖維制備的樹脂基增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用于飛機(jī)客體中，可使飛機(jī)總重量大大減輕。隨著軍用防護(hù)服引入，凱夫拉爾芳綸纖維防彈衣與防彈盔不僅體積小、質(zhì)量輕，而且防彈效能提高了40%。防彈芳綸無(wú)緯布與高性能聚乙烯薄膜制成的軟質(zhì)防彈背心，具有更好的防彈性能和耐熱性。
5G手機(jī)已普及玻璃背板等新材料的應(yīng)用，手機(jī)掉落摔碎以及隨后帶來(lái)的一大筆維修費(fèi)用著實(shí)讓人頭痛，手機(jī)保護(hù)套已經(jīng)成為了手機(jī)用戶的標(biāo)準(zhǔn)配置，隨著人們將芳綸纖維嵌入手機(jī)防護(hù)殼，既不會(huì)過(guò)度增加手機(jī)重量，又能防摔防砸，還具有非常好的電磁波透過(guò)率，不會(huì)影響手機(jī)信號(hào)和通話質(zhì)量，相當(dāng)于為5G手機(jī)穿上了堅(jiān)固通透的“防彈衣”。
島津提供完善的解決方案
島津試驗(yàn)機(jī)長(zhǎng)期為薄膜類型材料測(cè)試積累技術(shù)儲(chǔ)備，能提供完善的解決方案。
島津新推出的AGX-V電子試驗(yàn)機(jī)采用智能橫梁，多處理器，多控制單元實(shí)現(xiàn)高速采樣和高精度自動(dòng)控制。搭載了用戶界面的智能控制器和支持直觀操作的試驗(yàn)軟件。
高精度測(cè)量：
-
在傳感器額定容量的1/1000~1/1范圍內(nèi)，誤差小于測(cè)得值的±0.5%
-
在傳感器額定容量的1/100~1/1范圍內(nèi)，誤差小于測(cè)得值的±0.3%
-
在傳感器額定容量的1/2000~1/1范圍內(nèi)，誤差小于測(cè)得值的±1%
數(shù)據(jù)采集：10KHz（數(shù)據(jù)采樣間隔0.1ms），大幅度提高了材料試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
試驗(yàn)軟件：全新軟件TRAPEZIUMX-V，兼顧“簡(jiǎn)單操作”。
配合島津研發(fā)的500N薄膜拉伸夾具（特殊材料夾齒），可以對(duì)應(yīng)幾乎所有薄膜材料的拉伸測(cè)試需要，解決了薄膜厚度小容易打滑或斷裂位置不良的問(wèn)題。
測(cè)量薄膜硬度對(duì)于確定薄膜制造參數(shù)并檢測(cè)其制造質(zhì)量非常重要，該設(shè)備可使用較小試驗(yàn)力，根據(jù)下壓深度，對(duì)硬度值進(jìn)行評(píng)價(jià)。島津DUH-211/211S動(dòng)態(tài)顯微硬度計(jì)可動(dòng)態(tài)測(cè)量硬度并評(píng)價(jià)塑性和彈性變形的硬度，另外，如果壓痕尺寸足以用顯微鏡觀察，則可通過(guò)測(cè)量壓痕的對(duì)角線長(zhǎng)度，來(lái)從塑性變形部分測(cè)得硬度。
特點(diǎn)：
-
具有精度良好的彈性率評(píng)價(jià)。
-
0.1976mN的試驗(yàn)力分辨率
-
0.1~1961mN的超寬試驗(yàn)力范圍
-
采用高精度的壓入深度測(cè)定方法
-
多種加載-卸載方式
-
可以測(cè)定維氏硬度和努氏硬度
通過(guò)選擇壓盤與壓縮軟件可以進(jìn)行微小載荷的壓縮測(cè)試。
島津HITS系列液壓式高速?zèng)_擊試驗(yàn)機(jī)
材料和部件的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度評(píng)價(jià)正變得越來(lái)越重要，利用島津HITS系列液壓式高速?zèng)_擊試驗(yàn)機(jī)可以簡(jiǎn)單，進(jìn)行高速?zèng)_擊試驗(yàn)。對(duì)于評(píng)價(jià)膜材的抗沖擊性能會(huì)有非常大的幫助。
特點(diǎn)：
-
可以進(jìn)行速度20m/s(72km/s)的高速?zèng)_擊試驗(yàn)
-
優(yōu)良的操作性，提高了試驗(yàn)效率
-
充分的安全防護(hù)
-
可以使用恒溫槽進(jìn)行溫度特性試驗(yàn)
小結(jié)
隨著5G通訊設(shè)備朝著更小型化方向發(fā)展，對(duì)各種電子用新材料薄膜的應(yīng)用會(huì)更趨熱烈，在研發(fā)，生產(chǎn)等領(lǐng)域釋放出越來(lái)越大的對(duì)此類產(chǎn)品的檢測(cè)與質(zhì)量控制的需求。島津試驗(yàn)機(jī)深耕于材料力學(xué)測(cè)試領(lǐng)域已逾百年，不斷探索新材料和熱點(diǎn)領(lǐng)域，深受材料測(cè)試領(lǐng)域從業(yè)人員的倚重與信賴。本文試圖通過(guò)對(duì)5G相關(guān)薄膜材料的介紹，一方面使各位獲悉材料領(lǐng)域在5G通訊行業(yè)中那些不為人所注意的進(jìn)步，同時(shí)也希望各位能夠借助島津試驗(yàn)機(jī)在科研，生產(chǎn)等領(lǐng)域不斷前進(jìn)。
