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5G商用即将冲刺,这些PCB和FPC材料更受欢迎

5G商用即将冲刺,这些PCB和FPC材料更受欢迎

5G通讯是依靠半导体材料和器件,实现无线电磁波远距离传输、收发、处理的通信技术。
相比传统4G等通信技术,5G需符合全频谱接入、高频段乃至毫米波传输、高频谱效率三大基础性能要求,因此对器件原材料也提出更高的性能和升级的需求,例如大规模集成化、材料具有高介电常数和低介电损耗,及材料具有高电子迁移率等。
根据IHS研究机构的预测,到2035年,单单5G行业链就将达到3.5万亿美元经济输出,并将创造2200万个工作岗位。
更值得关注的是,5G将为全球多个行业的销售活动创造达12.3万亿美元的价值,这将占据全球总销售活动的4%的价值!
5G时代哪些高分子材料更受欢迎?
 
聚四氟乙烯极佳的高频PCB板材料
高频PCB板对材料性能要求包括介电常数(Dk)必须小而且很稳定、与铜箔的热膨胀系数尽量一致。
同时吸水性要低,否则受潮时会影响介电常数与介质损耗。另外耐热性、抗化学性、冲击强度、剥离强度等亦必须良好。
热塑性材料聚四氟乙烯(PTFE)具有耐高温特点,使用工作温度达250℃。在较宽频率范围内的介电常数和介电损耗都很低,而且击穿电压、体积电阻率和耐电弧性都较高,是理想的PCB板材料。
PTFE还可通过各种形式的填料如玻璃纤维或陶瓷材料加固增强及可改善材料的热膨胀系数,材料兼具PTFE材料本身具有的低的温度特性和电气特性,非常适合于高频毫米波多层板的应用。
手机天线LCP液晶聚合物成新宠
作为无线通信的重要一环,天线技术革新是推动无线连接发展的关键动力。随着5G的逼近和物联网时代的规模部署,天线在5G网络中的作用将越来越重要,发展前景亦一片大好。
以智能手机为例,由于行业和市场发展,随着手机外观设计的一体化和高度集成化,内部空间不断减少,这对于天线的设计可以说是极高的难度。
手机的天线已经从早期的外置天线发展为内置天线,同时软板已经成为主流工艺,超过7成。
就目前而言,手机天线软板基材主要是PI,但鉴于 PI基材介电常数和损耗因子较大,且吸潮性较大、高频传输损耗严重及结构特性较差,令其未能很好地满足5G对材料性能的需求。
随着5G科技的到来,LCP(工业化液晶聚合物)成为一种理想天线材料。它是80年代初期发展起来的一种新型高性能特种工程塑料,在熔融态时一般呈现液晶性。
LCP具有超卓的电绝缘性能,其介电强度高过一般工程塑料,耐电弧性良好。即使连续使用温度200-300℃,也不会影响其电性能。间断使用温度更高达316℃左右!
相比PI,LCP材料介质损耗与导体损耗更小,且更具灵活性和密封性,因而在制造高频器件应用方面前景可观。随着4G向高频高速的5G网络迈进,LCP也有望成为替代PI的新软板工艺。
举个例子,苹果推出的iPhoneX就首次采用了多层Liquid Crystal Polymer天线,而iPhone XS/XS Max/XR均使用了多根LCP天线。
在上游生产方面,主要生产商包括Du Pont、Ticona、住友、宝理塑料、东丽等,例如住友作为LCP树脂主要生产商之一,就表示看好LCP树脂在5G时代的关键应用,相信未来LCP的应用会越来越重要。
 
MPI改性聚酰亚胺5G手机天线材料后起之秀
 
LCP作为手机天线材料,虽然优点多多,但在实际应用中,也面临不少挑战。
据外媒报道,分析师郭明錤在其一份有关2019年新iPhone的报告指出,鉴于Apple 对LCP原材料供货商议价力较低及新LCP 软板供货商不足等因素,2019年苹果手机将会结合LCP和最新的MPI(Modified PI)技术,以迎合和推进5G技术。
那么MPI又是什么呢?Modified PI其实是配方经过改进的聚酰亚胺天线。MPI作为非结晶性材料,操作温度宽、在低温压合铜箔下容易操作,表面能够容易与铜相接,因此,未来MPI材料也可能成为5G设备一大受欢迎材料。
天线罩:多种树脂基体派上用场
 
由于5G天线遵循MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)概念,意思是多输入多输出,这意味着一个基站内可安装多个天线,而这些天线的尺寸又很小,需要天线罩的保护。
 
天线罩要具有良好的电磁波穿透特性,机械性能上要能经受外部恶劣环境的侵蚀如暴风雨、冰雪、沙尘以及太阳辐射等。
在材料要求方面,要求在工作频率下的介电常数和损耗角正切要低,及要有足够的机械强度。
一般而言,充气天线罩常用涂有海帕龙橡胶或氯丁橡胶的聚酯纤维薄膜;刚性天线罩用玻璃纤维增强塑料;夹层结构中的夹心多用蜂窝状芯子或泡沫塑料。
而在5G趋势下,性能优越的复合材料成为备受欢迎的天线外罩材料。复合材料能起到绝缘防腐、防雷、抗干扰、经久耐用等作用,而且透波效果非常好。
透波复合材料由增强纤维和树脂基体构成,通常,增强材料的力学性能和介电特性均优于树脂基体,故此复合材料的透波性能主要取决于树脂基体的性能。
因此,选择具有优良电性能的树脂基体至关重要,同时树脂在复合材料中也起胶粘剂的作用,是决定复合材料耐热性的基本成分。
树脂基体主要选择包括:
传统的不饱和聚酯树脂(UP)、环氧树脂(EP)、改性酚醛树脂(PF)以及近年来开始研究和应用的氰酸酯树脂(CE)、有机硅树脂、双马来酰亚胺树脂(BMI)、聚酰亚胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)等新型耐高温树脂。
PC和PMMA塑料复合材料5G时代手机后盖之选
 
5G时代,对 5G应用设备材料提出了更严苛的要求。由于5G走的是对金属敏感的毫米波,使用金属外壳将会屏蔽信号。以手机材料为例,5G条件下去金属化已然成为一种趋势。
而趋向使用的材料有玻璃、陶瓷和复合板等非金属材料,例如,塑料复合材料就凭着优越的性能,成为手机后盖的潮流选择。
当中,最热门的要数PC/PMMA复合板材。这种材料是将PMMA和PC通过共挤(非合金材料)制得,包括PMMA层和PC层。
PMMA层加硬后能达到4H以上的铅笔硬度,保证了产品的耐刮擦性能,而PC层能确保其具有足够的韧性,保证了整体的冲击强度。

 
石墨烯理想的5G设备导热散热材料
 
高频率、硬件零部件的升级以及联网设备及天线数量的成倍增长,设备与设备之间及设备本身内部的电磁干扰无处不在,电磁干扰和电磁辐射对电子设备的危害也日益严重。
与此同时,伴随着电子产品的更新升级,设备的功耗不断增大,发热量也随之快速上升。
未来高频率高功率电子产品要着力解决其产生的电磁辐射和热。 为此,电子产品在设计时将会加入越来越多的电磁屏蔽及导热器件。因此电磁屏蔽和散热材料及器件的作用将愈发重要,未来需求也将持续增长。 以导热石墨烯为例,5G手机有望在更多关键零部件部位采用定制化导热石墨烯方案,同时复合型和多层高导热膜由于具备更优的散热效果而将会被更多采用。
 
 

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