5G的崛起正在改变我们的通信方式，但它需要先进的技术和材料来实现。本文将介绍一种名为FPC工艺的5G天线PCB制造材料中的突破性创新，以及与之相关的材料，如PI膜（聚酰亚胺）。我们还将探讨为什么PI膜在10G频率以上的系统中不适用，并了解一个新的解决方案——微航技术。
H1: FPC工艺和PI膜
在5G通信中，PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）的质量和性能至关重要。在制造5G天线时，FPC工艺（Flexible Printed Circuit，柔性印制电路）是一个备受关注的技术。然而，传统的PI膜在某些情况下可能不适用。
1. PI膜的损耗问题
PI膜，也称为聚酰亚胺薄膜，是一种常见的基材材料。然而，PI膜在10GHz以上的频率范围内会出现较大的损耗。这意味着在高频率下，PI膜会引起信号损失，这在5G通信中是不可接受的。
进阶：PI 膜的损耗要怎么看数字
说「PI 膜在高频下损耗大」，需要落到可比较的数字上。衡量介质损耗的核心参数是 Df (tangent of the dielectric loss angle)，它与材料极性和工作频率直接相关：
- 常规 PI 膜：在 10GHz 附近的 Df 明显偏大，到了毫米波段，插入损耗会快速上升；
- 改性 PI 与 LCP：Df 可以低一个数量级，是高频柔性天线更常用的选择；
- 损耗有三个来源：介质损耗（由 Df 决定）、导体损耗（由铜箔粗糙度与趋肤效应决定）、辐射与泄漏；
- 频率越高越敏感：同一段走线在 Sub-6G 上损耗可以接受，到了毫米波可能吃掉一半链路余量。
| Materials | Dk | Df（10GHz 量级） | Applicable |
|---|---|---|---|
| 常规 PI 膜 | 3.2–3.5 | 偏大（10⁻² 量级） | 低频柔性电路 |
| 改性 PI | 3.0–3.3 | 中等（10⁻³ 量级） | 中高频柔性板 |
| LCP | 2.9–3.0 | 低（10⁻³ 及以下） | 毫米波天线、高频连接器 |
| PTFE System | 2.2–3.2 | Extremely low | 高频刚性与混压板 |
需要说明：上表为行业公开的典型量级，具体牌号应以材料商的实测数据为准，且 Df 会随频率与测试方法的不同而变化。
高频材料的系统选择方法见How to Choose Materials for High-Frequency Printed Circuit Boards。
H2: 微航技术的创新
为了解决PI膜的损耗问题，微航公司推出了一种全新的技术，该技术具有以下特点：
1. 基材厚度仅为6微米
微航技术采用一种特殊的增材制造技术，可以将金属沉积在薄膜上，而不需要胶层。这使得基材的厚度仅为6微米，非常适合毫米波段天线制造。
2. 刚性基材
除了柔性基材外，刚性线路板也在某些应用中起着关键作用。对于需要3D封装和电子元件焊接的系统，以及对毫米波段电磁损耗要求较低的系统，刚性基材是必不可少的。
进阶：天线用 FPC 的三层结构各自影响什么
天线用的柔性板通常由三部分组成，每一层的材料都会影响最终的高频表现：
| 层 | 常用材料 | 对高频的影响 |
|---|---|---|
| 基材（介质） | PI / 改性 PI / LCP | 决定 Dk 与 Df，是损耗的主要来源 |
| Copper foil | 电解铜（ED）/ 压延铜（RA） | 粗糙度决定导体损耗，天线常用低轮廓铜 |
| Coverlay | PI 膜 + 胶 / 无胶 | 覆盖在走线上会改变阻抗，胶层损耗更大 |
其中有三点最容易被忽略：
- 覆盖膜的影响很大：天线区域一般会开窗不贴覆盖膜，避免胶层引入额外损耗与阻抗偏移；
- 无胶基材优于有胶：胶层的 Df 通常高于基材本身，高频下这个差异会被放大；
- 铜箔粗糙度不能忽视：天线走线建议指定低轮廓或超低轮廓铜箔，导体损耗会明显下降。
FPC 工艺的更多细节见什么是FPC柔性线路板与FPC制造中FCCL的性能要求。
H3: 材料选择的挑战
在制造5G天线时，选择合适的材料至关重要。在这个过程中，必须兼顾多种因素：
– 毫米波段要求低损耗
对于5G系统而言，特别是在毫米波段，信号的传输和接收非常敏感。因此，需要选择材料，以确保电磁损耗尽可能低。
– 3D封装和焊接要求
在某些5G系统中，需要同时实现3D封装和电子元件的焊接。这对于材料的选择提出了额外的挑战，因为必须考虑到材料的机械性能和导电性能。
进阶：评价天线材料要看四个维度
评价一款天线板材料，不能只盯着 Df，下面四个维度需要一起看：
- 电气：Dk、Df，以及它们在频率、温度与吸湿状态下的稳定性；
- 机械：弯折次数、尺寸稳定性与抗撕裂能力，柔性天线尤其关键；
- 热与耐候：回流焊耐热性，以及湿热老化后的性能保持率；
- 可加工性：能否稳定压合、钻孔与蚀刻，是否与覆盖膜体系兼容。
这四项往往互相牵制：Df 最低的材料，加工窗口通常也最窄、成本也更高。选型的本质是在满足链路预算的前提下，挑加工性与成本最可控的那一档，而不是一味追最低损耗。
毫米波段落的应用背景可参考Understanding 5G High-Frequency Boards, Millimeter Wave, and Their Impact on the Communications Industry。
进阶：降低损耗的五条技术路线
- 基材改性：调整分子结构降低极性，把 Df 从 10⁻² 量级降到 10⁻³ 量级；
- 换材料体系：改用 LCP 等低损耗聚合物，损耗与吸湿率同时改善；
- 减薄与无胶化：介质做薄、去掉胶层，减少损耗路径并改善弯折性能；
- 低轮廓铜箔：用 HVLP / VLP 铜箔降低导体损耗；
- 结构优化：天线区开窗、优化馈线与参考地，减少不必要的介质覆盖。
| Route | 收益 | Cost |
|---|---|---|
| 基材改性 | 损耗明显下降，工艺兼容性好 | 材料成本上升 |
| 换 LCP 体系 | 损耗与吸湿同时改善 | 加工窗口窄、成本高 |
| 减薄无胶化 | 损耗下降、弯折性能更好 | 机械强度下降 |
| 低轮廓铜箔 | 导体损耗下降 | 铜箔结合力需重新验证 |
| 天线区开窗 | 阻抗稳定、损耗降低 | 防护性能下降 |
进阶：天线板选型的五步检查
- 定频段与链路预算：先算出允许的插入损耗；
- 选材料体系：按预算与弯折要求，在 PI、改性 PI 与 LCP 之间选择；
- 定铜箔与厚度：低轮廓铜箔，配合合适的介质厚度；
- 定覆盖膜方案：天线区是否开窗，是否使用无胶覆盖膜；
- 做实测验证：用矢量网络分析仪测实际插损与驻波，不要只信仿真。
还有一点容易被忽略：吸湿会改变 Dk 与损耗，柔性材料尤其明显，测试前应在规定温湿度条件下做状态调节，否则数据没有可比性。
- 损耗超标：材料 Df 选错，或吸湿后性能变化；
- 阻抗偏移：覆盖膜压到天线区，或介质厚度偏差过大；
- 弯折断裂：铜箔选型或弯折半径设计不当；
- 批次波动：材料牌号不固定，供货一致性差。
高频板的存放同样会影响性能，要求见Storage Requirements and Shelf Life of High-Frequency PCBs；布线要点见12 Key Tips for High-Frequency PCB Design and Routing。
Conclusion
5G通信的发展需要先进的技术和材料。PI膜在高频率下的损耗问题成为了一个挑战，但微航技术的出现为解决这一问题提供了新的可能性。在5G天线PCB制造中，选择合适的材料是确保性能卓越的关键一步。
Frequently Asked Questions
Q1: 为什么PI膜在高频率下会出现损耗问题？
A1: PI膜在高频率下会出现较大的损耗，这是由于其特性导致的，这会引起信号的损失。
Q2: 微航技术如何降低材料的损耗？
A2: 微航技术采用基材厚度仅为6微米的特殊制造技术，可以降低材料的电磁损耗。
Q3: 在5G系统中，为什么刚性基材也很重要？
A3: 刚性基材在一些需要3D封装和电子元件焊接的系统中起关键作用，同时对电磁损耗的要求较低。
Q4: 为什么选择合适的材料对5G天线制造至关重要？
A4: 选择合适的材料可以确保5G天线的性能和可靠性，特别是在高频率和复杂要求下。
Q5: 微航技术是否适用于4G基站天线？
A5: 是的，微航技术可以适用于4G基站天线，可以降低材料成本并提高性能。
Q6: LCP 一定比 PI 好吗？
电气性能上 LCP 更好（Df 更低、吸湿更少），但它加工窗口更窄、成本更高，对压合与蚀刻工艺的要求也更严。只有在毫米波或对损耗极敏感的场景，LCP 的优势才足以抵消这些代价。
Q7: 为什么天线区要开窗不贴覆盖膜？
覆盖膜的胶层 Df 通常高于基材，压在天线走线上会引入额外损耗，同时改变走线周围的等效介电常数，导致阻抗与谐振频率偏移。开窗可以让天线区的电磁环境保持可控。
Q8: 铜箔粗糙度对天线有多大影响？
影响很大，尤其在毫米波段。高频下电流集中在铜表面很薄的一层，铜牙越粗糙，电流路径越长，导体损耗越大。天线走线建议指定低轮廓或超低轮廓铜箔。
Q9: 柔性天线板一般做几层？
以单层与双层为主，天线本身需要干净的辐射环境，层数增加会引入更多介质与参考平面，反而难以控制。只有需要走馈电网络与控制线时才会用到双层。
Q10: 怎么验证天线板的损耗是否达标？
用矢量网络分析仪实测插入损耗与驻波比，并在规定温湿度条件下做状态调节后测试。同时建议测一段标准微带线作为对照，把材料与工艺的影响分离出来。
Further Reading：What material is aluminum substrate sheet made of?
