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島津試驗機助您認識5G時代新膜材

來源:www.keyunbc.com 時間:2020-09-18

第5代移動通信技術(簡稱5G)是繼4G通訊之后新一代蜂窩移動通信技術,5G通訊的特點是高數據速率,低延遲,低能耗,低成本,超大系統容量以及大規模設備連接。...

導讀:

第5代移動通信技術(簡稱5G)是繼4G通訊之后新一代蜂窩移動通信技術,5G通訊的特點是高數據速率,低延遲,低能耗,低成本,超大系統容量以及大規模設備連接。

為了滿足高性能與便攜性,5G電子產品的輕薄化,元器件的小型化勢在必行,對于電感生產廠商的工藝要求也大大提升。納米級小型化、高精度、代表即將到來的新一代的技術產品,可廣泛應用于5G供應鏈端及模塊端應用,小型化的電子元器件將會繼續擴充產能,將在模塊化產品及5G市場中快速推動,對于部件輕薄化,薄膜化的需求隨著5G應用落地,其應用于開發已有較大幅度增長。本文將為您揭示5G時代的7種薄膜新材料。


5G新材料薄膜與力學測試項

01、絕緣彎折兩兼顧—— LCP膜

使用島津試驗機測試LCP膜拉伸強度

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等特性,其拉伸強度與彎曲模量也非常優異。LCP材料是國際上公認的5G信號天線與柔性電路板(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絕緣材料隔絕數個信號間相互干擾。當前,各大廠商推出的5G手機多采用了多層LCP天線,而柔性多層電路板與LCP 薄膜相結合而誕生的新型樹脂多層基板,具有優越的高頻特性,具備可撓性,使輕薄可彎曲電路結構成為可能。使用LCP材料可以為手機電池等組件節約大量空間,提高手機內部空間的利用率。5G手機內部天線和電路板小型化,堆疊化是大勢所趨,LCP材料的廣泛應用已迎來集中爆發期。島津已做過一些測定LCP材料的拉伸強度的試驗,在LCP生產與質量控制領域將會發揮更大的作用。

裁切方向不同的LCP膜斷裂方式和拉伸強度變化很大,圈中為W向曲線



用島津AGS-X試驗機測出的LCP薄膜拉伸測試數據

02、5G天線不可少——MPI膜


MPI薄膜

隨著5G設備的普及,PI軟板已無法滿足消費者的需求,因此改性PI(MPI)進入了大家的視線。LCP固然好,但工藝復雜,成本高,是傳統PI天線的20倍。雖然MPI在傳輸損耗、尺寸穩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材質天線在10-15GHz的高頻甚至高頻的信號處理上的表現有望媲美LCP天線,故在5G發展中MPI有望替代部分PI,成為中低頻段天線的重要材料。對MPI膜要求有良好的柔軟性,機械性能,耐熱耐化學能力以及較低的吸水性。

03、芯片面板穿紗衣——非導電粘合膜


NCF膜對5G芯片必不可少(3D堆疊芯片組示意圖)

非導電粘合膜(NCF)

非導電粘合膜是將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用來提供多個晶片垂直方向的通信。其中TSV是3D芯片堆疊技術的關鍵,而NCF膜則是實現這項技術不可缺少的材料。

晶圓級非導電性薄膜可用于倒裝晶片安裝和 TSV 管芯疊積,間隙和凸點節距都非常小。為了減少客戶的加工程序,晶圓級非導電性薄膜貼有背面研磨膠帶或切割膠帶(二合一結構)。因為對 NCF 進行了晶圓級層壓,因此,可安全處理薄晶圓,不會出現任何破損。


04、元件固定都需要——MLCC用離型膜

電路板上的MLCC元件

MLCC離型膜主要應用于微型片式多層陶瓷電容涂布層,要求具有優異的機械強度與化學性能,才能保證手機顯示屏與攝像頭電流電阻的穩定。MLCC離型膜主要原材料為PET基膜。

有調查顯示,5G將帶動移動端,小型基站、毫米波裝置等建置量增加一倍。智能手機所需MLCC 元件平均數量約550 顆到900 顆左右,而5G 手機,平均每部手機所需MLCC 數量將超過1,000 顆。預期從4G 過渡到5G 手機,平均每部所需MLCC元件數量將增加33%。另外,設計復雜度更高的5G 基站,結合多輸入多輸出技術(MIMO)天線系統,需要更高容值的被動元件,未來的需求量和發展前景非?捎^。


05、阻燃絕緣全防護——PEN膜



電磁屏蔽隔離膜

隨著5G設備普及,信號串擾會成為通信的核心待解決問題。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連續的導電體,材料的導電性越強,渦流效應越明顯,通過導電體的渦流效應和反射效應將電磁波限制在基站內部,從而防止電磁波泄漏造成輻射。

除了對導電性有要求以外,電磁屏蔽膜還要滿足特定的機械性能才能滿足實際應用需要,例如基站集成商對拉伸強度、撕裂強度、斷裂伸長率、壓縮形變,抗老化性等都有嚴格的要求。隨著消費電子產品、汽車電子產品、通信設備等行業規模的擴大以及相關電子產品向輕薄化、小型化、輕量化方向發展,電磁屏蔽膜行業的使用率將會逐步擴大。


07、終端穿上“凱夫拉”——芳綸纖維膜

芳綸纖維應用的演變

芳綸纖維具有高強度、高模量、耐高溫的優異性能,具有突出的耐沖擊和電磁波透過性等特性。將芳綸與薄鋁板、環氧無緯布交疊熱壓后形成的超混復合層板,具有很高的比模量和比強度,抗疲勞壽命是鋁合金板的100倍~1000倍,可用于飛機的機身等部位。芳綸纖維制備的樹脂基增強復合材料應用于飛機客體中,可使飛機總重量大大減輕。隨著軍用防護服引入,凱夫拉爾芳綸纖維防彈衣與防彈盔不僅體積小、質量輕,而且防彈效能提高了40%。防彈芳綸無緯布與高性能聚乙烯薄膜制成的軟質防彈背心,具有更好的防彈性能和耐熱性。

5G手機已普及玻璃背板等新材料的應用,手機掉落摔碎以及隨后帶來的一大筆維修費用著實讓人頭痛,手機保護套已經成為了手機用戶的標準配置,隨著人們將芳綸纖維嵌入手機防護殼,既不會過度增加手機重量,又能防摔防砸,還具有非常好的電磁波透過率,不會影響手機信號和通話質量,相當于為5G手機穿上了堅固通透的“防彈衣”。

島津提供完善的解決方案

島津試驗機長期為薄膜類型材料測試積累技術儲備,能提供完善的解決方案。

島津新推出的AGX-V電子試驗機采用智能橫梁,多處理器,多控制單元實現高速采樣和高精度自動控制。搭載了用戶界面的智能控制器和支持直觀操作的試驗軟件。


島津新AGX-V電子試驗機


高精度測量:

  • 在傳感器額定容量的1/1000~1/1范圍內,誤差小于測得值的±0.5%

  • 在傳感器額定容量的1/100~1/1范圍內,誤差小于測得值的±0.3%

  • 在傳感器額定容量的1/2000~1/1范圍內,誤差小于測得值的±1%

數據采集:10KHz(數據采樣間隔0.1ms),大幅度提高了材料試驗結果的準確性。

試驗軟件:全新軟件TRAPEZIUMX-V,兼顧“簡單操作”。

配合島津研發的500N薄膜拉伸夾具(特殊材料夾齒),可以對應幾乎所有薄膜材料的拉伸測試需要,解決了薄膜厚度小容易打滑或斷裂位置不良的問題。



島津DUH-211/211S動態顯微硬度計:



測量薄膜硬度對于確定薄膜制造參數并檢測其制造質量非常重要,該設備可使用較小試驗力,根據下壓深度,對硬度值進行評價。島津DUH-211/211S動態顯微硬度計可動態測量硬度并評價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,則可通過測量壓痕的對角線長度,來從塑性變形部分測得硬度。

特點:

  1. 具有精度良好的彈性率評價。

  2. 0.1976mN的試驗力分辨率

  3. 0.1~1961mN的超寬試驗力范圍

  4. 采用高精度的壓入深度測定方法

  5. 多種加載-卸載方式

  6. 可以測定維氏硬度和努氏硬度

通過選擇壓盤與壓縮軟件可以進行微小載荷的壓縮測試。

島津HITS系列液壓式高速沖擊試驗機


材料和部件的動態強度評價正變得越來越重要,利用島津HITS系列液壓式高速沖擊試驗機可以簡單,進行高速沖擊試驗。對于評價膜材的抗沖擊性能會有非常大的幫助。

特點:

  1. 可以進行速度20m/s(72km/s)的高速沖擊試驗

  2. 優良的操作性,提高了試驗效率

  3. 充分的安全防護

  4. 可以使用恒溫槽進行溫度特性試驗

小結
隨著5G通訊設備朝著更小型化方向發展,對各種電子用新材料薄膜的應用會更趨熱烈,在研發,生產等領域釋放出越來越大的對此類產品的檢測與質量控制的需求。島津試驗機深耕于材料力學測試領域已逾百年,不斷探索新材料和熱點領域,深受材料測試領域從業人員的倚重與信賴。本文試圖通過對5G相關薄膜材料的介紹,一方面使各位獲悉材料領域在5G通訊行業中那些不為人所注意的進步,同時也希望各位能夠借助島津試驗機在科研,生產等領域不斷前進。








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