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고주파 5G 안테나 애플리케이션을 위한 LCP와 MPI의 비교 분석

1 소개

무선 통신에 없어서는 안 될 기본 구성 요소인 안테나 기술 혁신은 무선 연결을 발전시키는 핵심 원동력 중 하나입니다. 동시에 지능형 단말기 제품이 더 얇고 가볍고 작은 폼 팩터를 향해 빠르게 발전함에 따라 휴대폰 안테나는 초기 외장 안테나에서 내장 안테나로 진화하여 소프트 보드 공정이 지배적인 시장 환경을 형성했으며, 현재 소프트 보드 안테나가 70% 이상의 시장 점유율을 차지하고 있습니다. 이로 인해 연성 인쇄 회로(FPC) 시장이 빠르게 확장되었습니다. 현재 주류 및 신흥 연성 회로 기판 재료는 주로 두 가지 재료에 중점을 두고 있습니다: LCP와 MPI로, 후자는 기존 PI 소재의 단점을 개선하여 우수한 특성을 달성한 소재입니다. 이 기사에서는 신호 전송 재료 요구 사항과 재료 자체의 고유한 구조적 특성의 관점에서 이 두 재료의 비교 장단점을 분석합니다.

Internal Flexible Circuit Board Structure of Smartphones

그림 1 스마트폰의 내부 연성 회로 기판 구조

2 5G 고주파 신호가 제기하는 안테나 소재의 새로운 도전 과제

5G 통신 기술은 의심할 여지 없이 오늘날 가장 빠르게 발전하는 정보 경로 기술입니다. 5G는 6GHz 이하 대역의 성능을 크게 향상시킬 뿐만 아니라 더 중요한 것은 밀리미터파(mmWave) 대역(예: 28GHz, 39GHz)의 광범위한 사용으로 도약하는 것입니다. 이러한 대역은 데이터 흐름을 위한 전례 없는 넓은 고속도로와 같아서 4K/8K 실시간 비디오 스트리밍, 증강/가상 현실, 자율 주행과 같은 최첨단 애플리케이션을 지원할 수 있는 매우 높은 전송 속도(이론적으로 최대 10Gbps 이상)와 막대한 네트워크 용량을 제공합니다.

그러나 매우 빠른 전송 속도에는 상당한 전송 손실이 수반됩니다. 전파 전파 원리에 따르면 주파수가 높을수록 우주에서 신호의 경로 손실과 대기 중 흡수 손실이 커집니다. 즉, 밀리미터파 신호는 "멀리 이동"하지 못하기 때문에 상대적으로 커버리지가 제한됩니다. 벽, 유리, 나뭇잎과 같은 일반적인 장애물을 투과하는 데는 거의 효과가 없으며, 가시선 전파 특성으로 인해 송신기와 수신기 사이에 최대한 방해받지 않는 연결이 필요합니다.

이러한 문제는 궁극적으로 신호 무결성이라는 중요한 속성에 직접적인 영향을 미칩니다. 전송 중 에너지 손실이나 신호 왜곡은 불안정한 연결, 속도 저하, 지연 시간 증가로 직결될 수 있습니다.

5G 고주파 신호 전송의 엄격한 요구 사항을 충족하려면 안테나 기판 소재는 포괄적인 높은 성능 표준을 달성해야 합니다. 안정적인 낮은 유전율과 극도로 낮은 손실 계수는 고주파에서 에너지 손실을 최소화하여 신호 전송의 효율성과 무결성을 직접적으로 결정하는 기본 전제 조건입니다. 소재의 유연성과 얇고 가벼운 두께는 최신 모바일 단말기의 컴팩트하고 불규칙한 내부 레이아웃에 적응할 수 있도록 하는 데에도 매우 중요합니다. 실제 애플리케이션에서는 다양한 작동 주파수 대역과 온도 환경에서 일관된 안테나 성능을 보장하는 고주파 안정성이 필수적입니다. 마지막으로, 이러한 모든 성능 측면의 장기적인 신뢰성은 궁극적으로 소재의 우수한 수분 차단 특성에 달려 있으며, 매우 낮은 수분 흡수율은 환경 습도 유입으로 인한 전기적 성능 저하를 효과적으로 방지합니다. 이 네 가지 요구 사항은 서로 연관되어 있으며 5G 고주파 안테나 재료의 핵심 평가 기준을 종합적으로 형성합니다.

5G Millimeter-Wave Signal Propagation

그림 2 5G 밀리미터파 신호 전파

3 LCP 및 MPI 재료 소개

3.1 LCP의 정의 및 특성

LCP 플라스틱 원료(액정 폴리머) 는 용융 상태에서 액정성을 나타내는 신개념 고성능 폴리머로 열경화성(온도 변화에 의해 액정 상태가 유도되는 것)과 리오트로픽(용매 작용으로 형성되는 액정 상태) 타입으로 분류됩니다. 이 소재는 고강도, 고강성, 내열성(300~425°C), 낮은 열팽창 계수, UL94 V-0 난연성, 우수한 치수 안정성이 특징이며 밀도는 1.35~1.45g/cm^3입니다. 섬유 보강 없이도 높은 기계적 성능을 달성할 수 있습니다.

LCP 소재는 밀리미터파 주파수까지 안정적이고 매우 낮은 유전 상수와 손실 계수를 나타내므로 신호 전송 중 에너지 손실과 위상 왜곡을 최소화하여 고주파수에서 우수한 신호 무결성을 보장합니다. 동시에 LCP는 주변 수분을 거의 흡수하지 않아 수분 흡수율이 매우 낮습니다. 이러한 특성은 수분 흡수로 인한 전기적 성능 저하를 근본적으로 방지하여 복잡한 환경에서도 안테나의 장기적인 신뢰성을 보장합니다. 또한 LCP는 유연성과 기계적 강도가 뛰어나 초박형 연성 회로로 가공할 수 있어 단말기 내부의 콤팩트하고 입체적인 불규칙한 설치 공간에 완벽하게 적응할 수 있습니다. 또한 열 안정성이 우수하고 다층 적층 공정에 적합하여 복잡한 안테나 모듈의 고밀도 집적과 안정적인 제조를 지원합니다. 이러한 일련의 우수한 전기적 특성, 신뢰할 수 있는 물리적 특성 및 적절한 가공성이 유기적으로 결합되어 고속, 고주파 신호 전송 분야에서 LCP의 핵심 입지를 구축했습니다.

Liquid Crystal Polymer (LCP) Molecular Structure

그림 3 액정 폴리머(LCP) 분자 구조

3.2 MPI 소개 및 PI와의 비교

5G 안테나 소재 분야에서 중요한 솔루션인 개질 폴리이미드(MPI)는 기본적으로 기존 폴리이미드(PI)를 기반으로 화학 구조와 배합을 최적화한 제품입니다. 기존 PI는 내열성, 기계적 강도, 유연성이 뛰어나지만 본질적으로 높은 유전율과 손실 계수, 특히 고주파에서의 성능 불안정성과 수분 흡수로 인해 약 10GHz 이상에서는 적용이 제한됩니다. MPI는 이러한 문제점을 해결하기 위해 탄생했습니다. 특정 작용기를 도입하거나 새로운 모노머를 PI 분자 사슬에 사용함으로써 MPI는 재료의 유전 상수와 손실 계수를 크게 줄여 5G Sub-6GHz 및 일부 저주파 mmWave 대역에 사용할 수 있게 되었습니다. 동시에 MPI는 기존 PI의 뛰어난 유연성, 높은 기계적 강도, 성숙한 공정 에코시스템을 완벽하게 계승합니다. 즉, 기존 생산 라인을 값비싼 수정 없이도 MPI 연성 회로 기판에 활용할 수 있으므로 비용 관리와 공급망 성숙도 측면에서 상당한 이점을 제공합니다. 따라서 MPI는 전기적 성능 측면에서 기존 PI의 '고주파 업그레이드 버전'으로 이해할 수 있습니다. 혁신적인 신소재는 아니지만 성능과 비용 간의 탁월한 균형을 이루는 성공적인 '진화' 소재로서, 특히 5G의 초기 대규모 상용화 기간 동안 주류인 6GHz 이하 대역에서 고성능 LCP에 대한 매우 경쟁력 있는 대안이 될 것입니다.

Polyimide PI Chemical Structure

그림 4 폴리이미드 PI 화학 구조

표 1 MPI(개질 폴리이미드)와 PI(폴리이미드) 특성 비교표

특성 치수

기존 PI(폴리이미드)

MPI(개질 폴리이미드)

비교 분석 및 의의

전기적 성능

Poor

- 높고 불안정한 유전율

- 높은 손실 계수, 현저한 고주파 손실

크게 최적화됨

- 더 낮고 안정적인 유전율

- 대폭 감소된 손실 계수

MPI의 핵심 개선 사항. MPI는 화학적 변형을 통해 기존 PI의 치명적인 결함인 고주파에서의 과도한 손실을 해결하여 5G Sub-6GHz 및 저주파 mmWave 애플리케이션에 사용할 수 있습니다.

수분 흡수

높음

~1%~3% 수분 흡수

개선됨

수분 흡수 감소(~0.4%-1%)

주요 신뢰성 향상. 수분 흡수는 전기적 성능을 저하시킵니다. MPI는 수분 흡수율이 낮아 습한 환경에서 더욱 안정적인 성능을 보장하지만, 여전히 LCP의 궁극적인 내습성에는 미치지 못합니다.

유연성 / 기계적 강도

우수

뛰어난 유연성, 찢김 방지 및 내구성

우수

PI의 우수한 물리적, 기계적 특성 계승

MPI의 장점을 이어받았습니다. 두 가지 모두 유연성 측면에서 매우 안정적이며 동적 구부림이 필요한 연성 회로 제조에 적합합니다.

공정 및 비용

성숙하고 저렴한 비용

잘 정립된 산업 체인, 매우 성숙한 공정 기술

성숙하고 적당한 비용

기존 PI 생산 라인과 완벽하게 호환, PI보다 약간 높지만 LCP보다 훨씬 낮은 비용

MPI의 시장 경쟁력. 제조업체는 대규모 장비 교체 없이 생산할 수 있으므로 4G에서 5G로 전환하는 데 매우 비용 효율적인 솔루션입니다.

내열성

우수

매우 높은 유리 전이 및 열 분해 온도, 강력한 장기 작동 신뢰성

우수

PI의 우수한 내열 특성을 대부분 유지합니다.

공통된 장점. 두 제품 모두 전자 조립의 고온 납땜 공정을 견딜 수 있어 제품 내구성을 보장합니다.

주요 애플리케이션 시나리오

4G/LTE 안테나, 연성 회로 기판, 고온 내성 전자 부품

5G Sub-6GHz 안테나, 일부 저주파 mmWave 안테나, 고성능 연성 회로

명확한 시장 포지셔닝. PI는 고주파 성능 요구 사항이 낮은 시나리오에 적합하며, MPI는 성능과 비용의 균형을 유지하면서 주류 5G 휴대폰 안테나에 정확하게 포지셔닝되어 있습니다.

4 LCP와 MPI의 종합적인 비교 분석

4.1 전기적 성능

LCP는 일반적으로 3.4 이하의 유전 상수와 0.0025의 낮은 손실 계수로 밀리미터파 대역에서 상당한 이점을 보여줍니다. 이는 LCP 소재의 분자 골격의 높은 대칭성과 제한된 주쇄 운동의 이점으로 인해 고주파 밀리미터파 신호 전송을 처리할 때 신호 손실을 최대한 최소화하고 신호 무결성을 보장할 수 있습니다. 중국항공우주과학공업총공사(CASIC)의 데이터에서도 10GHz에서 유전 상수 ≤ 3.4, 유전 손실 ≤ 0.0025라는 LCP의 우수한 지표가 확인되었습니다.

반면, 화학적 변형을 거친 MPI는 일반적으로 유전 상수가 약 3.6이고 손실 계수가 약 0.0035입니다. 그 성능은 약 15GHz 이하의 Sub-6GHz 대역에서 LCP와 비슷하여 요구 사항을 충족하기에 충분합니다. 그러나 신호 주파수가 15GHz 이상의 밀리미터파 영역에 들어가면 MPI의 전송 손실이 크게 증가하여 성능이 LCP보다 뒤처지기 시작합니다. 따라서 향후 고주파 통신(예: 잠재적인 6G 애플리케이션)의 경우 전기적 성능에서 LCP의 이점이 더욱 두드러지고 필요하게 됩니다.

4.2 물리적 특성

물리적 특성의 차이는 주로 열 성능과 수분 흡수에 반영됩니다.

LCP는 일반적으로 0.04% 이하로 수분 흡수율이 매우 낮습니다. 흡습성이 매우 낮다는 것은 습한 환경에서도 LCP의 전기적 성능에 거의 영향을 받지 않아 매우 높은 안정성을 제공한다는 것을 의미합니다. 그러나 LCP의 내열성은 상대적으로 낮기 때문에 핫 프레스 라미네이션 공정에 몇 가지 문제가 있습니다.

MPI는 기존 PI에 비해 수분 흡수율이 개선되었지만 여전히 약 1.5%로 LCP보다 높습니다. 습기가 많은 환경에서는 수분 흡수로 인해 전기적 성능에 변동이 생길 수 있습니다. 하지만 MPI는 작동 온도 범위가 넓어 특히 저온 프레스 라미네이션 공정에서 더 쉽게 처리할 수 있다는 장점이 있습니다. 또한 동박과의 접착력도 더 쉽게 관리할 수 있습니다.

4.3 공정 및 비용

MPI의 핵심 장점은 성숙한 산업 체인과 상당한 비용 효율성에 있습니다. MPI는 기존 폴리이미드에서 개발되었기 때문에 기존 PI 생산 라인을 충분히 활용할 수 있어 생산 공정이 더 성숙하고 수율이 높습니다. 또한 공급업체 기반도 더욱 다양해졌습니다. 예를 들어, 2019년에 Apple은 5개의 MPI 안테나 공급업체를 도입하여 비용을 절감하고 협상력을 강화하는 데 성공했습니다. 덕분에 MPI 안테나는 LCP의 약 20분의 1 또는 그 이하로 비용 경쟁력이 높아졌습니다.

반면 LCP는 복잡한 공정, 특히 기술적으로 까다로운 다층 기판 적층을 필요로 하기 때문에 수율을 제어하기 어렵습니다. 또한 LCP 원자재 공급은 오랫동안 몇몇 주요 국제 제조업체(예: 일본의 토레이, 스미토모, 폴리플라스틱)에 의해 주도되어 왔기 때문에 비용도 상승했습니다. 그러나 이러한 상황은 변화하고 있습니다. 최근 몇 년 동안 중국 정부 정책의 지원으로 중국 LCP 산업은 급속한 기술 발전과 생산 능력 확장을 이루었습니다. 국산화율은 2022년 20%에서 2023년 40%로 크게 증가했으며 2025년에는 50%를 넘어설 것으로 예상됩니다. 킹파 과학 기술, 프라이트, 와트 등 국내 기업들이 적극적으로 생산을 확대하고 있어 향후 LCP의 공급망과 비용 구조가 개선될 것으로 예상됩니다.

4.4 유연성

유연성 측면에서 두 소재는 연성 회로 기판의 기본 요구 사항을 충족하지만 강조점이 약간 다릅니다.

LCP 소재 자체는 유연성이 우수하여 굽힘이 필요한 대부분의 시나리오에 적합합니다.

MPI는 PI 소재의 우수한 유연성을 이어받았습니다. 일부 보고서에 따르면 구조적으로 최적화된 MPI 연성 회로 기판은 LCP에 비해 우수한 굽힘 저항성을 나타낼 수 있다고 합니다.

그러나 보다 복잡한 다층 기판 설계에서는 일반적으로 LCP의 성능과 안정성이 더 우수한 것으로 간주됩니다.

4.5 신뢰성

소재의 신뢰성은 장기간 사용 시 안테나의 안정적인 성능과 직접적인 관련이 있습니다.

수분 흡수가 적고 화학적 특성이 안정적인 LCP는 내화학성, 난연성 및 장기 성능 안정성에서 우수한 성능을 발휘하여 전반적인 신뢰성이 높습니다. 치수 안정성도 일반적으로 ±0.1% 이내로 뛰어납니다.

MPI의 신뢰성은 일반적인 용도에 충분합니다. 박리 강도(≥1.0kgf/cm)에 대한 데이터는 동박에 대한 접착 강도가 우수함을 나타냅니다. 그러나 습도가 높은 환경에서는 LCP에 비해 수분 흡수율이 높기 때문에 장기적인 성능에 문제가 있을 수 있습니다. 또한 MPI는 치수 안정성(±0.1% 이내)과 납땜 저항성(300°C 납땜에 10초간 3주기 침지 후 박리 또는 블리스터링 없음)이 우수합니다.

표 2 LCP와 MPI 특성 비교 분석

비교 치수

LCP

MPI

비교 결론

전기적 성능

우수. 유전체 손실이 매우 낮고 특히 mmWave 대역에 적합하며 최적의 신호 무결성을 제공합니다.

양호. 6GHz 이하 및 저주파 mmWave 대역에서 우수한 성능을 보이지만 초고주파에서는 손실이 LCP보다 약간 높습니다.

성능 면에서 LCP가 우위에 있으며, mmWave를 위한 궁극적인 선택입니다.

물리적 특성

매우 낮은 수분 흡수율(<0.04%), 주변 습도에 영향을 받지 않는 성능, 높은 안정성.

LCP보다 수분 흡수율이 높으며 습도가 높은 환경에서는 성능이 약간 변동될 수 있습니다.

LCP는 안정성과 신뢰성에서 분명한 이점이 있습니다.

공정 및 비용

복잡한 공정, 특히 까다로운 다층 라미네이션, 높은 원자재 비용, 상대적으로 집중된 공급망.

성숙한 공정, 기존 PI 라인과의 높은 호환성, 낮은 제조 비용, 보다 완벽한 공급망.

MPI는 비용과 제조 편의성에서 절대적인 우위를 점하고 있습니다.

유연성

우수하지만 소재가 다소 부서지기 쉬워 반복적으로 구부릴 때 주의가 필요합니다.

유연성이우수하고 유연성이 뛰어나며 내구성이 강합니다.

MPI는 동적 굽힘 적용 시나리오에서 우수합니다.

신뢰성

안정적인 화학적 및 물리적 특성으로 인해높음.

우수하지만 습도가 높은 환경에서의 장기적인 성능은 주의가 필요합니다.

LCP의 장기적인 신뢰성이 더 선호됩니다.

다양한 애플리케이션 시나리오에서의 5가지 LCP와 MPI

5G 산업의 방대한 애플리케이션 생태계에서 LCP와 MPI는 단순한 대체 관계에 있지 않습니다. 대신 각각의 성능과 비용 포지셔닝을 기반으로 명확하고 상호 보완적인 시장 구조를 형성하여 각기 다른 전장에서 강점을 발휘하고 있습니다.

5.1 최첨단 애플리케이션을 위한 LCP

독보적인 고주파 성능과 신뢰성을 갖춘 LCP는 하이엔드 시장을 확고히 점유하고 있습니다. 주로 최고 수준의 성능을 요구하는 분야에 집중되어 있습니다:

하이엔드 플래그십 스마트폰, 특히 밀리미터파 모델: 밀리미터파 대역(예: 28/39GHz)을 지원하는 플래그십 스마트폰에서는 신호 전송 경로의 사소한 손실도 사용자 경험에 직접적인 영향을 미칩니다. LCP는 매우 낮은 손실 계수로 인해 mmWave 안테나 모듈(예: 안테나 인 패키지 또는 AiP)의 피드 라인을 운반하는 데 가장 적합하며, 소중한 신호 에너지가 회로 기판에서 손실되지 않고 최대한 방사되도록 보장합니다. 예를 들어, Apple은 북미 시장의 엄격한 mmWave 성능 요건을 충족하기 위해 iPhone 12 미국 모델 및 후속 mmWave 지원 모델에 LCP 안테나 솔루션을 명시적으로 채택했습니다.

mmWave 모듈 및 기지국 장비: 단말기 측면뿐만 아니라 기지국 측면, 특히 스몰셀과 mmWave 전송 모듈의 경우 신호 무결성에 대한 요구 사항이 더욱 엄격합니다. 이러한 장치는 더 높은 전력과 더 복잡한 신호를 처리합니다. LCP의 낮은 손실과 안정성은 전체 시스템 링크 손실을 효과적으로 줄이고, 커버리지 범위와 신호 품질을 개선하여 고성능 5G 네트워크 인프라 구축의 핵심 재료가 될 수 있습니다.

미래형 웨어러블 디바이스 및 AR/VR 장비: 이러한 범주의 디바이스는 내부 공간 활용도를 절대적인 한계까지 끌어올립니다. LCP 안테나는 그 자체로 매우 얇고 유연할 뿐만 아니라 다른 부품과 함께 성형할 수 있어 3차원(3D) 통합이 가능하므로 공간을 최대한 절약할 수 있습니다. 동시에 AR/VR 장비는 방대한 양의 고화질 데이터를 실시간으로 전송해야 하므로 전송 속도와 짧은 지연 시간이 매우 중요합니다. LCP의 고주파 및 광대역 성능은 이러한 요구 사항을 완벽하게 충족하여 원활한 몰입형 경험에 필요한 기초적인 지원을 제공합니다.

Liquid Crystal Polymer (LCP) Manufacturing Industry

그림 5 액정 폴리머(LCP) 제조 산업

5.2 MPI의 방대한 시장: 균형 잡히고 확장 가능한 선택

MPI는 성능과 비용 간의 최적의 균형을 정확하게 파악하여 5G 대중화의 물결 속에서 가장 광범위한 메인스트림 시장을 공략한 것이 성공의 비결입니다.

메인스트림 5G 스마트폰(6GHz 이하): 현재 대다수의 글로벌 5G 네트워크는 6GHz 이하 대역의 구축과 커버리지에 중점을 두고 있습니다. 이 대역 내에서 최적화된 MPI의 전기적 성능은 운영 요구 사항을 충분히 충족할 수 있으며 실제 사용자 경험에서 LCP와의 성능 격차는 눈에 띄지 않습니다. 그러나 비용은 LCP보다 훨씬 저렴하고 공급망이 더 성숙하고 안정적입니다. 따라서 비용 효율성을 추구하고 빠르게 시장 점유율을 확보하고자 하는 많은 스마트폰 제조업체에게 MPI는 전 세계적으로 방대한 양의 중고급 5G 휴대폰 출하를 지원하는 부인할 수 없는 '만능' 선택이 되었습니다.

IoT 디바이스 및 차량용 안테나: IoT 분야는 비용에 매우 민감하며, 많은 디바이스가 최고의 통신 속도를 필요로 하지는 않지만 안정적인 연결이 필요합니다. MPI는 저렴한 비용으로 기존 PI보다 뛰어난 5G 연결성을 제공하므로 스마트 미터, 산업용 센서 등 다양한 IoT 단말기에 매우 적합합니다. 또한 커넥티드 스마트 차량에서 차량용 안테나는 극심한 온도 변화와 진동을 견뎌야 합니다. MPI는 뛰어난 내열성과 유연성, 비용 이점이 결합되어 차량용 5G 안테나에 매력적인 옵션이 될 수 있습니다.

기술 전환 및 공급망 백업 솔루션: 제조업체의 경우 단일 공급원에 의존하는 것은 상당한 위험을 초래합니다. MPI의 존재는 핸드셋 제조업체에게 중요한 전략적 유연성을 제공합니다. LCP 공급이 부족하거나 가격이 변동하는 경우 제조업체는 MPI 솔루션으로 신속하게 전환하여 생산을 보호할 수 있습니다. 동시에 프로젝트 개발의 초기 단계에서 MPI의 성숙한 프로세스는 엔지니어가 설계 검증을 완료하고 생산량을 더 빠르게 늘릴 수 있도록 지원하여 효율적이고 위험이 낮은 기술 전환 경로 역할을 할 수 있습니다.

6 향후 전망: 트렌드, 도전 과제 및 컨버전스

LCP와 MPI는 현재 시장에서 분명한 위치를 차지하고 있지만, 향후 발전에는 여전히 각각의 도전과 기회가 존재합니다. 전반적인 추세는 단순한 대체가 아니라 기술 발전과 비용 절충을 통해 더욱 긴밀하게 통합되는 방향으로 나아가고 있습니다.

6.1 LCP의 미래: 기회와 병목현상의 공존

LCP 소재는 5G 밀리미터파 단계의 궁극적인 솔루션 중 하나로 여겨지지만, 대규모 적용을 위해서는 여전히 몇 가지 주요 장애물을 극복해야 합니다. 가장 큰 과제는 비용 문제입니다. 현재 LCP 필름의 비용은 필름 제품 수율과 필름 공급의 한계로 인해 MPI보다 훨씬 높습니다. 둘째, 다층 LCP 기판의 제조 공정은 돌파구가 필요한 또 다른 기술적 병목 현상입니다. 다층 LCP 기판의 공정은 UV 레이저 드릴링, 습식 박리, 플라즈마 세정 등 여러 정밀 단계를 포함하는 복잡한 과정입니다. 어느 단계에서든 편차가 발생하면 최종 제품의 성능과 수율에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 공급망의 상대적 집중도도 제약 요인으로 작용하여 전 세계적으로 고성능 필름 등급의 LCP 레진을 안정적으로 공급할 수 있는 제조업체가 제한적이었습니다.

그럼에도 불구하고 LCP의 미래는 여전히 유망합니다. 5G 밀리미터파가 확산되고 공정이 지속적으로 발전함에 따라 시장 점유율이 계속 증가할 것으로 예상되기 때문입니다. 특히 하이엔드 플래그십 스마트폰, 밀리미터파 모듈/기지국, 내부 공간에 대한 요구가 극도로 높은 미래형 웨어러블 디바이스 및 AR/VR 분야에서는 우수한 고주파 성능과 저손실 특성으로 인해 LCP는 여전히 대체 불가한 기술입니다. 생산 능력과 수율에서 획기적인 발전이 이루어지면 재료비가 더욱 감소하여 시장 침투가 가속화될 것입니다.

6.2 MPI의 미래: 개선을 통한 주류 시장 유지

성숙한 기술인 MPI의 미래 핵심은 지속적인 최적화에 있습니다. 더 높은 주파수 대역(예: 15GHz 이상)에서 성능을 더욱 최적화하여 LCP와의 격차를 좁히는 것이 MPI가 직면한 과제입니다. 밀리미터파 대역에서는 MPI의 전송 손실이 LCP에 비해 크게 증가합니다.

따라서 MPI의 개발 추세는 화학적 제형 개선을 통해 기술 수명을 연장하는 데 초점을 맞출 것입니다. 현재 5G Sub-6GHz 시대에서 MPI는 뛰어난 가성비로 인해 여전히 주류를 이루고 있습니다. 지속적인 제형 개선을 통해 MPI는 에지 주파수 대역에서의 성능을 향상시키면서 비용 우위를 유지하여 주류 5G 스마트폰, IoT 장치, 차량용 안테나와 같이 비용에 민감한 애플리케이션에서 그 입지를 공고히 할 것으로 예상됩니다.

6.3 공존과 융합: 상호 보완적인 아키텍처와 새로운 소재 탐색

안테나 소재의 미래 환경은 '승자 독식'이 아니라 공존과 상호 보완을 지향하는 경향이 강합니다. 대표적인 전략은 "MPI 우세, LCP 보완" 하이브리드 설계 방식의 등장입니다. 스마트폰과 같은 디바이스에서는 충분한 성능과 우수한 비용을 제공하는 MPI 소재를 대부분의 6GHz 이하 대역 안테나에 사용하고, 신호 손실에 매우 민감한 특정 밀리미터파 모듈이나 고속 데이터 전송 채널에는 더 우수한 LCP 소재를 사용하는 방식입니다. 이 하이브리드 사용 모델은 주요 성능을 보장하면서 전체 비용의 균형을 유지하여 제조업체에 더 큰 설계 유연성을 제공합니다.

업계는 LCP와 MPI 자체의 진화를 넘어 더 새롭고 더 진보된 소재에 대한 탐구를 멈추지 않고 있습니다. 예를 들어, 미래 6G 세대의 잠재적으로 더 높은 주파수와 더 엄격한 요구 사항을 충족하기 위해 광 도파관 하이브리드 플렉시블 보드 기술은 이미 잠재적인 개발 방향으로 간주되고 있습니다. 동시에 다른 고성능 폴리머 재료(예: PTFE)와 특수 세라믹 필러를 추가하여 제조한 복합 재료도 낮은 손실, 높은 안정성 및 더 나은 가공성의 통합을 목표로 하는 미래 고주파 기판 재료의 잠재적 후보입니다.

7 결론

5G 기술, 특히 밀리미터파 대역으로의 진화는 안테나 재료의 성능에 대해 전례 없이 엄격한 요구 사항을 제시하고 있습니다. 이러한 기술 변화에서 두 가지 주요 연성 기판 솔루션인 LCP(액정 폴리머)와 MPI(개질 폴리이미드)는 뚜렷한 특징과 시장 입지를 입증했습니다.

요약하면, 매우 낮은 유전율과 손실 계수 등 매우 높은 주파수 전기적 특성과 완벽에 가까운 내습성을 갖춘 LCP는 최고 수준의 성능을 요구하는 분야에서 기술 벤치마크로 자리매김하여 하이엔드 mmWave 애플리케이션 시나리오에서 선호되는 선택이 되었습니다. 한편, MPI는 성공적인 화학적 개질을 통해 성능과 비용 간의 탁월한 균형을 달성했습니다. 기존 PI의 성숙한 공정과 공급망 이점을 계승하여 높은 비용 효율성으로 주류 Sub-6GHz 대역에서 5G의 대규모 대중화를 지원합니다.

앞으로 LCP와 MPI의 관계는 단순히 '대체'의 관계가 아니라 '보완'과 '융합'의 경향이 더 강해질 것입니다. 가까운 미래에 이 둘은 서로 다른 애플리케이션 시나리오와 주파수 대역에서 공존할 것입니다. 한편으로 LCP는 비용 및 다층 기판 제조 공정과 관련된 병목 현상을 극복하는 데 집중해야 하고, 다른 한편으로 MPI는 더 높은 주파수 대역의 과제를 해결하기 위해 지속적인 개선이 필요합니다. 더 중요한 것은 'MPI 우위, LCP 보완'과 같은 하이브리드 설계 방식과 새로운 재료(광도파관, PTFE 복합재 등)의 탐색이 차세대 통신 기술 개발을 위한 더 풍부하고 강력한 재료 기반을 제공한다는 것입니다.

궁극적으로 안테나 소재 선택에 있어 만능의 정답은 없습니다. 결정은 디바이스 성능 포지셔닝, 목표 주파수 대역, 비용 예산, 공급망 전략을 포함한 종합적인 절충안에 따라 달라집니다. LCP와 MPI의 경쟁과 시너지는 재료 과학 자체의 발전을 촉진할 뿐만 아니라 5G의 고속 연결성, 나아가 미래의 6G 세상을 지원하는 견고한 기반을 공동으로 형성합니다.

5G 안테나 재료 및 맞춤형 재료 솔루션은 Stanford Advanced Materials(SAM)와 협력하세요. 첨단 재료에 대한 전문 지식을 바탕으로 LCP와 MPI 환경을 탐색하여 특정 주파수, 성능 및 비용 요구 사항에 맞는 최적의 솔루션을 선택할 수 있습니다. 지금 바로 연락하여 귀사의 차세대 연결 프로젝트를 어떻게 지원할 수 있는지 논의하세요.

저자 소개

Dr. Samuel R. Matthews

사무엘 R. 매튜스 박사는 스탠포드 어드밴스드 머티리얼즈의 최고 재료 책임자입니다. 재료 과학 및 엔지니어링 분야에서 20년 이상의 경력을 쌓은 그는 회사의 글로벌 재료 전략을 이끌고 있습니다. 그의 전문 분야는 고성능 복합재, 지속 가능성 중심 소재, 전체 수명 주기 소재 솔루션에 걸쳐 있습니다.

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