日本Mectron和LG化學合作開發出柔性基板新材料

　　柔性基板制造商日本Mectron與韓國材料廠商LG化學合作開發出了用于柔性基板的新型絕緣材料。這種材料不僅能夠承受修理時所需要的350℃以上高溫，還支持高速接口等的高速傳輸性能。過去這兩項性能很難兼顧，利用該材料便能夠更加容易地設計和制造電子產品(圖1)。比如，傳輸損耗為-3dB時的支持頻率，現有的聚酰亞胺為6.8GHz，液晶聚合物為8.0GHz，而新材料可高達9.2GHz。

　　LG化學將于2013年內開始量產將所開發的絕緣材料與Cu箔重疊而成的雙層材料。日本Mectron將優先獲得這種雙層材料，用來制造柔性基板。

　　液晶聚合物的耐熱性差

　　作為柔性基板使用的絕緣材料，一般使用聚酰亞胺。不過，聚酰亞胺的相對介電常數為3.3、介電損耗角正切(tan)為0.02，都略高，所以傳輸損耗較大。為此，高速傳輸用途越來越多地采用相對介電常數為3.0、介電損耗角正切為0.0008的液晶聚合物作為絕緣材料。比如，電腦的USB 3.0等高速接口連接主板的柔性基板等采用的就是液晶聚合物。

　　不過，液晶聚合物也存在一個問題。那就是由于具有熱可塑性，在250～300℃下開始熔化。雖然能夠承受250～270℃的回流焊工藝，但無法承受在300～350℃下用烙鐵修理的工藝。

圖1：兼顧耐熱性和高速傳輸

　　新材料兼顧了耐熱性和高速傳輸(a)。LG化學負責開發材料，日本Mectron負責評估該材料作為柔性基板的特性(b)。(圖(a)由《日經電子》根據日本Mectron的資料制作)

　　日本Mectron不僅制造柔性基板，很多情況下還受客戶委托，向柔性基板上安裝零部件。因此，作為柔性基板的用戶，該公司商品策劃室商品策劃部主任外山敬三指出“液晶聚合物不僅不能修理安裝好的零部件，還要注意回流焊的溫度管理問題”，令人苦惱。

　　花兩年時間改進聚酰亞胺

　　作為液晶聚合物以外的絕緣材料，有人提出了在聚酰亞胺上層疊PTFE(聚四氟乙烯)的構造。雖然這樣可以利用比聚酰亞胺相對介電常數和介電損耗角正切低的PTFE來支持高速傳輸，并利用聚酰亞胺實現高耐熱性，但因材料成本高，現在尚未普及。

　　為此，日本Mectron和LG化學著手開發在聚酰亞胺基礎上，耐熱性和成本的同時優秀的耐高速傳輸特性新材料。2011年5月，雙方簽訂了保密協議，然后花費了2年時間進行合作開發。另外，這也是日本Mectron與LG化學的首次合作。

　　LG化學負責開發材料，日本Mectron負責評估該材料作為柔性基板的特性，并反饋到材料開發中。包括改進表面電阻和絕緣電阻等在內，一共進行了四次重大的改進。

　　兩家公司未公布材料詳情，不過日本Mectron執行董事松本博文指出“包括聚酰亞胺的構造在內進行了改良。是用簡單的方法實現的”。雖然對手企業也進行了嘗試，但絕緣材料與用來粘合Cu布線的熱可塑性聚酰亞胺(TPI：thermoplastic polyimide)之間很難緊密貼合。

　　相對介電常數為2.5

　　此次開發出的絕緣材料，相對介電常數為2.5，介電損耗角正切為0.0029。與液晶聚合物相比，介電損耗角正切高，但相對介電常數低，因此最終傳輸損耗減小。實際在溫度為24℃、濕度為42%的環境下放置24小時后，測量了傳輸損耗，結果也證實傳輸損耗比液晶聚合物要小(圖2)。

　　在溫度為24℃、濕度為42%的環境下放置后的傳輸損耗，采用新材料的柔性基板最低(a)。在水中放置48小時后，新材料和液晶聚合物顯示基本相同的特性(b)。(圖由《日經電子》根據日本Mectron的資料制作)

　　新材料不及液晶聚合物的地方是耐吸濕性。由于該材料以聚酰亞胺為基礎，因此跟聚酰亞胺一樣會吸濕。在水中放置48小時后的傳輸損耗比在空氣中放置后增大。不過，10GHz以下的傳輸損耗跟液晶聚合物相當，即使頻率更高，結果也相差不大，“即使環境變化，也能保持出色的特性”(日本Mectron的外山)(圖2(b))。

　　另外，該材料還對制造柔性基板時使用的很多藥液具有耐腐蝕性，具有制造時所需要的貼合性等機械特性。