手機(jī)天線材料LCP有什么神奇之處

一、LCP概述

手機(jī)天線行業(yè)近半年來(lái)的熱詞相信非LCP莫屬。這個(gè)被蘋(píng)果公司看中，并率先應(yīng)用在iPhone8及iPhoneX上的天線材料是何許物也，又有什么“神奇”之處？本文為就您揭開(kāi)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(fā)展起來(lái)的一種新型高性能工程塑料，又稱(chēng)LCP。是一種由剛性分子鏈構(gòu)成的各向異性的芳香族聚酯類(lèi)產(chǎn)品，具有極高的物理強(qiáng)度和結(jié)晶性，在一定的物理?xiàng)l件下既有液體的流動(dòng)性又呈現(xiàn)晶體的各項(xiàng)異性的物理狀態(tài)-液晶態(tài)性能特殊，制品拉伸強(qiáng)度和彎曲模量可超過(guò)10年來(lái)發(fā)展起來(lái)的各種熱塑性工程塑料。由于液晶聚合物在熱、電、機(jī)械、化學(xué)方面優(yōu)良的綜合性能而受到各國(guó)的重視，其產(chǎn)品被引入到各個(gè)高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用中，被譽(yù)為超級(jí)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(lèi)。顧名思義，溶致性液晶聚合物的液晶態(tài)是在溶液中形成，熱致性液晶聚合物的液晶態(tài)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(tài)是在壓力下形成。LLCP用來(lái)生產(chǎn)纖維，TLCP可注塑、擠出成型等。應(yīng)用于柔性電路制作是熱致液晶，所以本文著重介紹熱致性液晶聚合物—TLCP（ThermotropicLiquid Crystal Polymer）。

二、蘋(píng)果公司為什么選擇LCP作為天線材料

目前手機(jī)市場(chǎng)的兩大熱點(diǎn)議題：5G時(shí)代；全面屏?xí)r代。

首先，5G時(shí)代對(duì)手機(jī)天線提出了怎樣的要求？

5G代指5th-Generation，第5代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，其突出特點(diǎn)為理論峰值傳輸速度可達(dá)每秒數(shù)十Gb，比4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度快數(shù)百倍。5G信號(hào)傳輸?shù)妮d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(dá)到高效的傳輸速度，對(duì)于載體天線的信號(hào)收發(fā)能力勢(shì)必要提出更高的要求。

圖1.在高頻率范圍時(shí)，LCP軟板具有比PI軟板更好的S21損耗特性

傳統(tǒng)天線軟板PI基材，對(duì)2.4G的射頻信號(hào)產(chǎn)生3db損耗，對(duì)應(yīng)1000倍的信號(hào)損失；并且頻率越高，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?shù)侥康亩薖ort2了，這個(gè)值越大越好，理想值是1，即0dB，S21越大傳輸?shù)男试礁撸?。LCP基材的損耗值僅為2‰—4‰，相比傳統(tǒng)基材2％的電磁損耗要小10倍，可以有效降低損耗。

全面屏?xí)r代對(duì)手機(jī)天線又提出了怎樣的要求？

圖2.手機(jī)全面屏種類(lèi)

繼蘋(píng)果推出全面屏手機(jī)iPhoneX后，華為、小米、VIVO、OPPO等國(guó)內(nèi)手機(jī)廠商緊隨其后，紛紛推出自主品牌的全面屏手機(jī)。屏占比一度從80%飆升到了93.8%（官宣）。屏占比越來(lái)越大，留給天線的裝載空間卻越來(lái)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?？蓴[放天線的位置更加受限，天線的凈空區(qū)縮小，天線與金屬結(jié)構(gòu)件更近，這會(huì)使得天線的全向通信性能很差，也使得天線的設(shè)計(jì)難度提升。

1.天線的凈空區(qū)縮小

圖3.手機(jī)天線凈空間的變化

2.屏幕更加靠近天線

屏對(duì)天線效率有吸收的劣化作用，具體來(lái)說(shuō)，屏對(duì)天線的影響有﹕效率降低、電子噪聲干擾，縮減的天線擺放空間；反之，天線對(duì)屏潛在的影響風(fēng)險(xiǎn)則主要來(lái)自于因天線發(fā)射功率而造成屏幕產(chǎn)生誤動(dòng)作，即EMI（電磁干擾）的現(xiàn)象，尤其是在發(fā)射天線與屏之間的距離愈來(lái)愈近時(shí)。

面對(duì)諸多難題，應(yīng)對(duì)方案要從多方面考慮。本文主要探討LCP材料的選取依據(jù)。

1天線小型化

毋庸置疑，將天線尺寸減小是首要任務(wù)。合理將天線輻射體進(jìn)行彎折，是在空間上縮小天線尺寸的一種有效方法，在對(duì)天線進(jìn)行彎折的同時(shí)可以使其產(chǎn)生多模諧振的特性，對(duì)多頻段、寬頻化有幫助。

圖4. PI和LCP彎折能力對(duì)比

另一個(gè)不得不提的優(yōu)點(diǎn)是LCP可取代同軸電纜。同軸電纜，由于電纜中的信號(hào)線組成，能夠進(jìn)行大容量數(shù)據(jù)傳輸，但缺點(diǎn)是它的厚度。低損耗柔性多層電路板，里面包含幾根信號(hào)線，可同時(shí)達(dá)到大容量數(shù)據(jù)傳輸和超薄設(shè)計(jì)。采用LCP材料的軟板電路厚度僅有0.2毫米，而且具有3層結(jié)構(gòu)，可攜帶幾根信號(hào)線，可取代同軸電纜。

圖5.智能手機(jī)空間日漸緊迫 圖6.LCP軟板替代天線傳輸可見(jiàn)小65%厚度

圖7. LCP軟板具有與天線傳輸線同等的優(yōu)良傳輸損耗表現(xiàn)，成本卻更低

圖8. LCP軟板替代天線傳輸線可實(shí)現(xiàn)更高的空間利用率

采用LCP薄膜，在其上設(shè)計(jì)天線，并用共面波導(dǎo)CPW等形式把信號(hào)低損耗的引出到芯片端，省去了肥厚的同軸線纜。且可以多個(gè)射頻線一并引出。

3選擇低電磁損耗的天線材料

如上文提到全面屏手機(jī)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(lái)制作天線以達(dá)到更好的信號(hào)傳輸效果。