5G带来天线升级,将为LCP拉扯出更大市场

在各大品牌推出5G手机后,苹果似乎按兵不动,2019年秋季发布会上推出的iPhone 11系列仍然是4G手机。事实上,苹果很有可能只是在等待换机高峰期的到来。在天线设计上,iPhone 11系列采用液晶聚合物(LCP, Liquid Crystal Polymer)与改性聚酰亚胺(MPI, Modified Polyimide)两种材料,已经为研发5G手机打下了基础。

LCP市场将随5G发展扩大

目前尚处于5G建设初期,通讯频率与4G时期差距不大,通讯波长仍处于厘米波段。随着5G自低频向高频发展,通讯频率将是现在的6-10倍,通讯波长则将进入毫米段。进入高频高速的5G时代后,目前已经显露劣势的传统天线材料PI势必被淘汰。

Requirement of each 5G stage differs

5G的高频高速阶段,PI材料无法运用。相反,LCP材料能有效降低信号损失,保持介电稳定。折叠屏幕、纤薄机身等手机外观上的需求使得手机内部的空间越来越小,这同样对天线材料提出了更高的要求。LCP材料具有良好的可弯折性,能够通过弯曲或折叠优化手机内部空间的利用,是5G高频高速时代天线材料的优选。

MPI material performances moderate

LCP虽然传输损耗小、可弯折性好且稳定性强,却缺乏耐热能力。而由PI改性制成的MPI材料在15Ghz以下均能保持较好的信号处理能力,在价格上也比LCP材料更具优势。而且,MPI在耐热性、传输损耗表现、可弯折性及稳定性这四个方面均有不错表现,是低频向高频过渡时期的首选天线材料。

需要谨慎的是,理论上看来LCP5G高速高频时代天线材料的不二选择,但在实际运用中, LCP天线的表现尚未达到理论高度。许多消费者反映iPhone X系列(内置六条LCP天线)时常出现信号断连情况,而这一情况在iPhone 11系列(内置两条LCP天线、四条MPI天线)上得到了改善。

不过,很难确认苹果用MPI天线替换LCP天线是出于降低成本的需求还是由于缺乏优质的LCP天线运用方案。除了天线材料,信号的传输和接受情况还深受天线布局的影响。在布局设计得到优化后,LCP材料优势明显。而且,5G手机的天线数目是4G手机的2-3倍,不能一概而论。

AiP是目前最佳的LCP运用方案

LCP材料在承担天线材料角色之前通常需要经过加工,常见的LCP软板(LCP FPCB, LCP Flexible Printed Circuit Board)就是由挠性覆铜板(FCCL, Flexible Copper Clad Laminate)、LCP材料结合少量其他材料制成的。LCP软板也叫LCP天线,在毫米波中应用良好,是5G高频高速时代的理想天线。

天线封装(AiP, Antenna in Package)是在LCP软板的基础之上,将LCP天线同射频前端、收发器等元件整合在一起,从而减少手机内部金属干扰并最大限度地利用空间。高通领先于其他企业,已经推出了基于AiP技术的5G天线模组。该模组内部整合了5G无线收发器、电源管理IC、射频前端和天线阵列,是其他厂商进行研发时需要学习的标杆产品。

高生产集中度,低成本占比

目前全球LCP材料年产能在7.7万吨以上,全部集中在日本、美国和中国。美国进入LCP产业最早,日本紧随其后,中国虽然落后于美、日两国,但增长速度较快。


在所有的LCP材料生产商中,产量排名前五的有塞拉尼斯、宝理塑料、住友化学、聚嘉新材料和新日石。排名第一的塞拉尼斯来自美国,聚嘉来自中国,其余的三家均是日本企业。

从成本来看,LCP材料的单价虽然高于MPI材料,但在天线成本中占比不高。LCP天线的成本主要集中在软板制造环节,LCP材料仅占15%左右。在基于AiP技术的LCP天线模组的成本中,LCP原料的占比更低。

LCP material accounts for only 15% in costs


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