天風(fēng)國際近日下調(diào)了iPhone XR的預(yù)估出貨量,緣由是市場需求疲軟、市場競爭和中美貿(mào)易戰(zhàn)。當(dāng)中投資建議里面點名了iPhone XR的主要供應(yīng)商嘉聯(lián)益,其營收和盈利有可能受到一定的影響。
手機(jī)天線材料工藝迎革命
嘉聯(lián)益是蘋果供應(yīng)鏈的企業(yè)之一,位于臺灣,其主要供應(yīng)天線軟板。近一兩年由于軟板新材料的革命,LCP工藝的軟板已經(jīng)逐漸替代傳統(tǒng)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(jīng)導(dǎo)入LCP材質(zhì)的FPC天線,而嘉聯(lián)益便是其中之一的供應(yīng)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) 制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(yīng)用
實際軟板的應(yīng)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(chǎn)品。例如從最初的DIY裝機(jī)的硬件驅(qū)動器的帶狀引線,數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)都有應(yīng)用,規(guī)模大一點的汽車電子也有軟板的應(yīng)用,儀器儀表、辦公自動化設(shè)備、醫(yī)療器械也涉及。
以下截取了手機(jī)、筆記本、汽車上需要用到軟板連接的元器件。
智能手機(jī)上的應(yīng)用
筆記本電腦上的應(yīng)用
汽車上的應(yīng)用
可以看到軟板的應(yīng)用范圍很廣,需求市場也很大。有統(tǒng)計顯示,中國的FPC市場規(guī)模會達(dá)到300億以上。隨著手機(jī)、平板、筆記本電腦和可穿戴等小型化終端的發(fā)展,同時消費者對于產(chǎn)品形態(tài)的下一步革新,諸如全面屏、柔性屏幕等采用,F(xiàn)PC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(jīng)歷了多年的發(fā)展,傳統(tǒng)的PI軟板已經(jīng)逐漸顯示出應(yīng)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(lǐng)域新材料新工藝的發(fā)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(jī)材料,可以保證在較高可靠性的前提下實現(xiàn)高頻高速傳輸。LCP具有良好的電學(xué)特性:在高達(dá)110GHz的全部射頻范圍幾乎能保持恒定的介電常數(shù),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(yīng)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(xué)特性可以令LCP軟板能在4G和5G時代應(yīng)用在終端天線方面,應(yīng)對無線傳輸逐漸向高頻高速方向的轉(zhuǎn)變,尤其在毫米波上的應(yīng)用。
LCP軟板成為5G主流天線工藝
軟板的應(yīng)用范圍很廣,不過通過新型材料工藝,其會助力終端的天線的發(fā)展,尤其在很快到來的5G網(wǎng)絡(luò)。
以手機(jī)為例,日常大家可能都是關(guān)心手機(jī)的屏幕、處理器、內(nèi)存等部件,卻很少關(guān)注到天線。位于射頻前端的天線因為距離用戶比較遠(yuǎn),位于通信技術(shù)的底層,所以日常大家的關(guān)注點并不在此,可是它對于智能手機(jī)無線終端的作用是很關(guān)鍵的。
5G和物聯(lián)網(wǎng)的趨勢下,前端射頻和天線已經(jīng)開始收獲的關(guān)注。天線顧名思義,它負(fù)責(zé)這首發(fā)射頻信號,它決定了通信質(zhì)量、信號功率、信號帶寬、連接速度等通信指標(biāo)。
回歸到我們的手機(jī)應(yīng)用,智能手機(jī)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(xiàn)文字、語音、視頻通信、上網(wǎng)、網(wǎng)頁瀏覽、地圖定位、文件傳輸?shù)纫幌盗械膽?yīng)用。我們需要無線連接,而連接便需要依靠天線進(jìn)行信號的發(fā)射和接受。
手機(jī)等無線終端設(shè)備需要應(yīng)對不同環(huán)境工況,而軟板已經(jīng)成為天線的主流材質(zhì)工藝。天線可以分為網(wǎng)絡(luò)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(jī)等無線終端天線,包括手機(jī)天線、手機(jī)電視天線、筆記本電腦電線、GPS天線等。
對于智能手機(jī)來說,由于行業(yè)和市場發(fā)展,隨著手機(jī)外觀設(shè)計的一體化和高度集成化,內(nèi)部空間不斷減少,這對于天線的設(shè)計可以說是極高的難度。手機(jī)的天線已經(jīng)從早期的外置天線發(fā)展為內(nèi)置天線,同時軟板已經(jīng)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(jìn)入高頻領(lǐng)域,高速大容量也會成為主調(diào)。根據(jù)5G的發(fā)展路線圖,第一階段是6GHz以下的應(yīng)用,而在2020年后,第二階段便是毫米波(30-60GHz)的應(yīng)用。
智能手機(jī)等終端天線的信號頻率不斷提升,高頻應(yīng)用越來越多,而高速的網(wǎng)絡(luò)連接需求也越發(fā)增多。軟板作為終端設(shè)備中的天線和傳輸介質(zhì),技術(shù)升級是必然的。
傳統(tǒng)軟板遇瓶頸 LCP崛起
傳統(tǒng)軟板由銅箔、絕緣基材、覆蓋層等構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)組成,使用銅箔作為導(dǎo)體電路材料,PI膜作為電路絕緣基材,PI膜和環(huán)氧樹脂粘合劑作為保護(hù)和隔離電路的覆蓋層,經(jīng)過一定的制程加工成PI軟板。
目前應(yīng)用較多的軟板基材主要是聚酰亞胺(PI),但是由于PI基材的介電常數(shù)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(yán)重、結(jié)構(gòu)特性較差,已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前的高頻高速趨勢。
前面已經(jīng)說到,LCP(液晶聚合物)是一種新型的熱塑性有機(jī)材料,可以保證較高可靠性的前提下實現(xiàn)高頻高速。
它具有以下電學(xué)特性:(1)在高達(dá)110GHz的全部射頻范圍幾乎能保持恒定的介電常數(shù),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(yīng)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(yīng)用在高頻電路基板、COF基板、IC封裝等領(lǐng)域,可以預(yù)見,隨著高頻高速應(yīng)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(xiàn)更高的小型化
以手機(jī)為例,隨著全面屏等興起,產(chǎn)品形態(tài)改變、更多組件加入、更大的電池等等,這些都是導(dǎo)致手機(jī)內(nèi)部空間進(jìn)一步壓縮的原因。天線可以用于設(shè)計的空間越來越小,天線陣列等小型化手段層出不窮。
手機(jī)內(nèi)部空間壓縮,主要有三方面:(1)全面屏設(shè)計,雖然手機(jī)長寬變大,但厚度繼續(xù)下降。(2)智能手機(jī)集成的功能組件越來越多,比如傳感器和攝像頭等,進(jìn)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(jī)內(nèi)部的”生存空間”,除了優(yōu)化天線性能、采用陣列結(jié)構(gòu)等方式,更多需要從天線本質(zhì)形態(tài)做一下努力。
LCP軟板有更好的柔性性能,相比PI軟板可以進(jìn)一步提高空間利用率。用電阻變化大于10%來做判斷,同等實驗條件下,LCP軟板相比傳統(tǒng)的PI軟板可以耐受更多的彎折次數(shù)和更小的彎折半徑,因此LCP軟板具有更好的柔性性能和產(chǎn)品可靠性。
此外,優(yōu)秀的柔性性能使LCP軟板可以自由設(shè)計形狀,從而充分切合手機(jī)內(nèi)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(yīng)的影響下沒法緊貼電池表面,這造成整機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不嚴(yán)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(jìn)一步提高空間利用率。傳統(tǒng)設(shè)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?shù)街靼?,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(yōu)秀的傳輸損耗,可在僅0.2毫米的3層結(jié)構(gòu)中攜帶若干根傳輸線,并將多個射頻線一并引出,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(zhàn)場
早在今年8月份,日本旗勝為應(yīng)對5G(下一代通信技術(shù))智能手機(jī)發(fā)展,將開發(fā)LCP(液晶聚合物)材料基柔性印刷線路板(FPC),用于高頻及數(shù)字信號的傳輸線路、天線等的設(shè)計應(yīng)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(shù)的手機(jī)天線軟板市場當(dāng)中,上游原物料廠商臺虹及新?lián)P、亞電均更積極投入5G通訊產(chǎn)品開發(fā)。臺虹及新?lián)P也相繼完成新材料,以因應(yīng)5G通訊需求。
業(yè)內(nèi)暫時能穩(wěn)定出貨便是日系的村田制作所和臺系的嘉聯(lián)益兩家,而嘉聯(lián)益開發(fā)多年的 LCP 軟板天線產(chǎn)品獲得了蘋果的青睞,已經(jīng)從iPhone X開始成為其天線的供應(yīng)商。
蘋果iPhone將拉動LCP軟板產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
可以看到,整個軟板行業(yè)都已經(jīng)活躍起來,被市場看好在5G時代將會獲得快速的發(fā)展。
雖然整個行業(yè)都在迅速發(fā)展,但是供應(yīng)鏈消息人士表示,LCP材料的獲得還是相對來說比較困難,現(xiàn)階段并沒有成為規(guī)模效應(yīng),同時需要極高的技術(shù)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(lián)益和日本的村田(Murata)可以提供LCP天線軟板,不過隨著技術(shù)的進(jìn)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(jīng)規(guī)模5G的預(yù)商用,而2020年將會實現(xiàn)全面商用。高頻高速是5G無線通訊前期的兩個關(guān)鍵詞,市場需求的改變,5G等無線終端可以預(yù)見在未來會呈爆炸式的增長,而受益于此,更適合用于高頻高速天線的LCP軟膜會否引爆整個產(chǎn)業(yè)鏈,我們拭目以待。