日本Mectron和LG化学合作开发出柔性基板新材料

　　柔性基板制造商日本Mectron与韩国材料厂商LG化学合作开发出了用于柔性基板的新型绝缘材料。这种材料不仅能够承受修理时所需要的350℃以上高温，还支持高速接口等的高速传输性能。过去这两项性能很难兼顾，利用该材料便能够更加容易地设计和制造电子产品(图1)。比如，传输损耗为-3dB时的支持频率，现有的聚酰亚胺为6.8GHz，液晶聚合物为8.0GHz，而新材料可高达9.2GHz。

　　LG化学将于2013年内开始量产将所开发的绝缘材料与Cu箔重叠而成的双层材料。日本Mectron将优先获得这种双层材料，用来制造柔性基板。

　　液晶聚合物的耐热性差

　　作为柔性基板使用的绝缘材料，一般使用聚酰亚胺。不过，聚酰亚胺的相对介电常数为3.3、介电损耗角正切(tan)为0.02，都略高，所以传输损耗较大。为此，高速传输用途越来越多地采用相对介电常数为3.0、介电损耗角正切为0.0008的液晶聚合物作为绝缘材料。比如，电脑的USB 3.0等高速接口连接主板的柔性基板等采用的就是液晶聚合物。

　　不过，液晶聚合物也存在一个问题。那就是由于具有热可塑性，在250～300℃下开始熔化。虽然能够承受250～270℃的回流焊工艺，但无法承受在300～350℃下用烙铁修理的工艺。

图1：兼顾耐热性和高速传输

　　新材料兼顾了耐热性和高速传输(a)。LG化学负责开发材料，日本Mectron负责评估该材料作为柔性基板的特性(b)。(图(a)由《日经电子》根据日本Mectron的资料制作)

　　日本Mectron不仅制造柔性基板，很多情况下还受客户委托，向柔性基板上安装零部件。因此，作为柔性基板的用户，该公司商品策划室商品策划部主任外山敬三指出“液晶聚合物不仅不能修理安装好的零部件，还要注意回流焊的温度管理问题”，令人苦恼。

　　花两年时间改进聚酰亚胺

　　作为液晶聚合物以外的绝缘材料，有人提出了在聚酰亚胺上层叠PTFE(聚四氟乙烯)的构造。虽然这样可以利用比聚酰亚胺相对介电常数和介电损耗角正切低的PTFE来支持高速传输，并利用聚酰亚胺实现高耐热性，但因材料成本高，现在尚未普及。

　　为此，日本Mectron和LG化学着手开发在聚酰亚胺基础上，耐热性和成本的同时优秀的耐高速传输特性新材料。2011年5月，双方签订了保密协议，然后花费了2年时间进行合作开发。另外，这也是日本Mectron与LG化学的首次合作。

　　LG化学负责开发材料，日本Mectron负责评估该材料作为柔性基板的特性，并反馈到材料开发中。包括改进表面电阻和绝缘电阻等在内，一共进行了四次重大的改进。

　　两家公司未公布材料详情，不过日本Mectron执行董事松本博文指出“包括聚酰亚胺的构造在内进行了改良。是用简单的方法实现的”。虽然对手企业也进行了尝试，但绝缘材料与用来粘合Cu布线的热可塑性聚酰亚胺(TPI：thermoplastic polyimide)之间很难紧密贴合。

　　相对介电常数为2.5

　　此次开发出的绝缘材料，相对介电常数为2.5，介电损耗角正切为0.0029。与液晶聚合物相比，介电损耗角正切高，但相对介电常数低，因此最终传输损耗减小。实际在温度为24℃、湿度为42%的环境下放置24小时后，测量了传输损耗，结果也证实传输损耗比液晶聚合物要小(图2)。

　　在温度为24℃、湿度为42%的环境下放置后的传输损耗，采用新材料的柔性基板最低(a)。在水中放置48小时后，新材料和液晶聚合物显示基本相同的特性(b)。(图由《日经电子》根据日本Mectron的资料制作)

　　新材料不及液晶聚合物的地方是耐吸湿性。由于该材料以聚酰亚胺为基础，因此跟聚酰亚胺一样会吸湿。在水中放置48小时后的传输损耗比在空气中放置后增大。不过，10GHz以下的传输损耗跟液晶聚合物相当，即使频率更高，结果也相差不大，“即使环境变化，也能保持出色的特性”(日本Mectron的外山)(图2(b))。

　　另外，该材料还对制造柔性基板时使用的很多药液具有耐腐蚀性，具有制造时所需要的贴合性等机械特性。