揭開手機天線材料LCP的神秘面紗
任何產業鏈的發展都離不開CMF（色彩、材料、工藝）設計
一、LCP概述
手機天線行業近半年來的熱詞相信非LCP莫屬。這個被蘋果公司看中，並率先應用在iPhone8及iPhoneX上的天線材料是何許物也，又有什麼「神奇」之處？本文為就您揭開LCP的神秘面紗，一探究竟。
液晶聚合物（Liquid Crystal Polyester）是80年代初期發展起來的一種新型高性能工程塑料，又稱LCP。是一種由剛性分子鏈構成的各向異性的芳香族聚酯類產品，具有極高的物理強度和結晶性，在一定的物理條件下既有液體的流動性又呈現晶體的各項異性的物理狀態-液晶態性能特殊，製品拉伸強度和彎曲模量可超過10年來發展起來的各種熱塑性工程塑料。由於液晶聚合物在熱、電、機械、化學方面優良的綜合性能而受到各國的重視，其產品被引入到各個高技術領域的應用中，被譽為超級工程塑料。
液晶聚合物有溶致性液晶聚合物（LLCP）、熱致性液晶聚合物（TLCP）和壓致性液晶聚合物（PLCP）三大類。顧名思義，溶致性液晶聚合物的液晶態是在溶液中形成，熱致性液晶聚合物的液晶態是在熔體中或玻璃化溫度以上形成，壓致性液晶聚合物的液晶態是在壓力下形成。LLCP用來生產纖維，TLCP可注塑、擠出成型等。應用於柔性電路製作是熱致液晶，所以本文著重介紹熱致性液晶聚合物—TLCP（ThermotropicLiquid Crystal Polymer）。
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二、蘋果公司為什麼選擇LCP作為天線材料
目前手機市場的兩大熱點議題：5G時代；全面屏時代。
首先，5G時代對手機天線提出了怎樣的要求？
5G代指5th-Generation，第5代移動通信網路，其突出特點為理論峰值傳輸速度可達每秒數十Gb，比4G網路的傳輸速度快數百倍。5G信號傳輸的載體是天線，天線就如同公路一樣，提供的是信息交互的通道。想要達到高效的傳輸速度，對於載體天線的信號收發能力勢必要提出更高的要求。
圖1.在高頻率範圍時，LCP軟板具有比PI軟板更好的S21損耗特性
傳統天線軟板PI基材，對2.4G的射頻信號產生3db損耗，對應1000倍的信號損失；並且頻率越高，這種S21損耗越大。（S21表示插入損耗，也就是有多少能量被傳輸到目的端Port2了，這個值越大越好，理想值是1，即0dB，S21越大傳輸的效率越高）。LCP基材的損耗值僅為2‰—4‰，相比傳統基材2％的電磁損耗要小10倍，可以有效降低損耗。
全面屏時代對手機天線又提出了怎樣的要求？
圖2.手機全面屏種類
繼蘋果推出全面屏手機iPhoneX後，華為、小米、VIVO、OPPO等國內手機廠商緊隨其後，紛紛推出自主品牌的全面屏手機。屏佔比一度從80%飆升到了93.8%（官宣）。屏佔比越來越大，留給天線的裝載空間卻越來越小了。從16:9的屏幕，到18:9甚至更大比例的屏幕，留給天線的空間大概只有3-5毫米或更窄。可擺放天線的位置更加受限，天線的凈空區縮小，天線與金屬結構件更近，這會使得天線的全向通信性能很差，也使得天線的設計難度提升。
1. 天線的凈空區縮小
圖3.手機天線凈空間的變化
2. 屏幕更加靠近天線
屏對天線效率有吸收的劣化作用，具體來說，屏對天線的影響有﹕效率降低、電子雜訊干擾，縮減的天線擺放空間；反之，天線對屏潛在的影響風險則主要來自於因天線發射功率而造成屏幕產生誤動作，即EMI（電磁干擾）的現象，尤其是在發射天線與屏之間的距離愈來愈近時。
面對諸多難題，應對方案要從多方面考慮。本文主要探討LCP材料的選取依據。
1) 天線小型化
毋庸置疑，將天線尺寸減小是首要任務。合理將天線輻射體進行彎折，是在空間上縮小天線尺寸的一種有效方法，在對天線進行彎折的同時可以使其產生多模諧振的特性，對多頻段、寬頻化有幫助。
圖4. PI和LCP彎折能力對比
2) 另一個不得不提的優點是LCP可取代同軸電纜。
同軸電纜，由於電纜中的信號線組成，能夠進行大容量數據傳輸，但缺點是它的厚度。低損耗柔性多層電路板，裡面包含幾根信號線，可同時達到大容量數據傳輸和超薄設計。採用LCP材料的軟板電路厚度僅有0.2毫米，而且具有3層結構，可攜帶幾根信號線，可取代同軸電纜。
圖5.智能手機空間日漸緊迫 | 圖6.LCP軟板替代天線傳輸可見小65%厚度
圖7. LCP軟板具有與天線傳輸線同等的優良傳輸損耗表現，成本卻更低
圖8. LCP軟板替代天線傳輸線可實現更高的空間利用率
採用LCP薄膜，在其上設計天線，並用共面波導CPW等形式把信號低損耗的引出到晶元端，省去了肥厚的同軸線纜。且可以多個射頻線一併引出。
3) 選擇低電磁損耗的天線材料。
如上文提到全面屏手機留給天線的凈空間縮小，使得天線的全向通信性能變差，所以必須選用損耗因子小的材料來製作天線以達到更好的信號傳輸效果。
素材來源
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高臻智能裝備
編輯整理
| CMF設計軍團
THE END
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2018觸控顯示暨手機外殼產業高峰論壇
2018年12月28日
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人數規模：300
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承辦單位：
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擬定議題（待定）
1、小尺寸觸摸屏的現狀及未來發展趨勢分析 |
2、中大尺寸觸摸屏未來發展的趨勢及難點 |
3、 UV 熱熔膠在中大尺寸觸摸屏上的應用 |
4、中大尺寸觸摸屏的發展會給設備廠家帶來哪些利好 |
5、手機產業轉型升級及創新趨勢 |
6、手機 3D 玻璃/ 複合材料蓋板鍍膜工藝 |
7、 3D 玻璃熱轉印工藝解析 |
8、 3D 玻璃熱彎工藝目前發展現狀 |
9、複合材料蓋板工藝解析 |
10、觸摸屏尺寸上的變化對鍍膜工藝會帶來哪些變化 |
11、新材料在中大尺寸觸摸屏上的應用 |
12、激光設備在中大尺寸觸摸屏上切割具備哪些特點 ....... |
13、柔性顯示的現狀及未來趨勢 |
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