（文章來(lái)源：阻燃在線）

 

5G

 

5G通訊是依靠半導(dǎo)體材料和器件，實(shí)現(xiàn)無(wú)線電磁波遠(yuǎn)距離傳輸、收發(fā)、處理的通信技術(shù)。

相比傳統(tǒng)4G等通信技術(shù)，5G需符合全頻譜接入、高頻段乃至毫米波傳輸、高頻譜效率三大基礎(chǔ)性能要求，因此對(duì)器件原材料也提出更高的性能和升級(jí)的需求，例如大規(guī)模集成化、材料具有高介電常數(shù)和低介電損耗，及材料具有高電子遷移率等。

根據(jù)IHS研究機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)，到2035年，單單5G行業(yè)鏈就將達(dá)到3.5萬(wàn)億美元經(jīng)濟(jì)輸出，并將創(chuàng)造2200萬(wàn)個(gè)工作崗位。

更值得關(guān)注的是，5G將為全球多個(gè)行業(yè)的銷售活動(dòng)創(chuàng)造達(dá)12.3萬(wàn)億美元的價(jià)值，這將占據(jù)全球總銷售活動(dòng)的4%的價(jià)值!

 

 

哪些高分子材料更受歡迎？

5G時(shí)代

聚四氟乙烯

極佳的高頻PCB板材料

高頻PCB板對(duì)材料性能要求包括介電常數(shù)(Dk)必須小而且很穩(wěn)定、與銅箔的熱膨脹系數(shù)盡量一致。

同時(shí)吸水性要低，否則受潮時(shí)會(huì)影響介電常數(shù)與介質(zhì)損耗。另外耐熱性、抗化學(xué)性、沖擊強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度等亦必須良好。

 

 

熱塑性材料聚四氟乙烯(PTFE)具有耐高溫特點(diǎn)，使用工作溫度達(dá)250℃。在較寬頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)和介電損耗都很低，而且擊穿電壓、體積電阻率和耐電弧性都較高，是理想的PCB板材料。

 

 

PTFE還可通過(guò)各種形式的填料如玻璃纖維或陶瓷材料加固增強(qiáng)及可改善材料的熱膨脹系數(shù)，材料兼具PTFE材料本身具有的低的溫度特性和電氣特性，非常適合于高頻毫米波多層板的應(yīng)用。

手機(jī)天線

 

LCP液晶聚合物成新寵

 

作為無(wú)線通信的重要一環(huán)，天線技術(shù)革新是推動(dòng)無(wú)線連接發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力。隨著5G的逼近和物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的規(guī)模部署，天線在5G網(wǎng)絡(luò)中的作用將越來(lái)越重要，發(fā)展前景亦一片大好。

以智能手機(jī)為例，由于行業(yè)和市場(chǎng)發(fā)展，隨著手機(jī)外觀設(shè)計(jì)的一體化和高度集成化，內(nèi)部空間不斷減少，這對(duì)于天線的設(shè)計(jì)可以說(shuō)是極高的難度。

 

 

手機(jī)上的多個(gè)元器件需要用到軟板連接 | 圖1

手機(jī)的天線已經(jīng)從早期的外置天線發(fā)展為內(nèi)置天線，同時(shí)軟板已經(jīng)成為主流工藝，超過(guò)7成。

就目前而言，手機(jī)天線軟板基材主要是PI，但鑒于 PI基材介電常數(shù)和損耗因子較大，且吸潮性較大、高頻傳輸損耗嚴(yán)重及結(jié)構(gòu)特性較差，令其未能很好地滿足5G對(duì)材料性能的需求。

隨著5G科技的到來(lái)，LCP(工業(yè)化液晶聚合物)成為一種理想天線材料。它是80年代初期發(fā)展起來(lái)的一種新型高性能特種工程塑料，在熔融態(tài)時(shí)一般呈現(xiàn)液晶性。

 

 

LCP | 圖2

LCP具有超卓的電絕緣性能，其介電強(qiáng)度高過(guò)一般工程塑料，耐電弧性良好。即使連續(xù)使用溫度200-300℃，也不會(huì)影響其電性能。間斷使用溫度更高達(dá)316℃左右!

相比PI，LCP材料介質(zhì)損耗與導(dǎo)體損耗更小，且更具靈活性和密封性，因而在制造高頻器件應(yīng)用方面前景可觀。隨著4G向高頻高速的5G網(wǎng)絡(luò)邁進(jìn)，LCP也有望成為替代PI的新軟板工藝。

舉個(gè)例子，蘋果推出的iPhoneX就首次采用了多層Liquid Crystal Polymer天線，而iPhone XS/XS Max/XR均使用了多根LCP天線。

在上游生產(chǎn)方面，主要生產(chǎn)商包括Du Pont、Ticona、住友、寶理塑料、東麗等，例如住友作為L(zhǎng)CP樹脂主要生產(chǎn)商之一，就表示看好LCP樹脂在5G時(shí)代的關(guān)鍵應(yīng)用，相信未來(lái)LCP的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越重要。

 

MPI改性聚酰亞胺

 

5G手機(jī)天線材料后起之秀

 

LCP作為手機(jī)天線材料，雖然優(yōu)點(diǎn)多多，但在實(shí)際應(yīng)用中，也面臨不少挑戰(zhàn)。

據(jù)外媒報(bào)道，分析師郭明錤在其一份有關(guān)2019年新iPhone的報(bào)告指出，鑒于Apple 對(duì)LCP原材料供貨商議價(jià)力較低及新LCP 軟板供貨商不足等因素，2019年蘋果手機(jī)將會(huì)結(jié)合LCP和最新的MPI(Modified PI)技術(shù)，以迎合和推進(jìn)5G技術(shù)。

 

 

那么MPI又是什么呢?Modified PI其實(shí)是配方經(jīng)過(guò)改進(jìn)的聚酰亞胺天線。MPI作為非結(jié)晶性材料，操作溫度寬、在低溫壓合銅箔下容易操作，表面能夠容易與銅相接，因此，未來(lái)MPI材料也可能成為5G設(shè)備一大受歡迎材料。

天線罩：

 

多種樹脂基體派上用場(chǎng)

 

由于5G天線遵循MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)概念，意思是多輸入多輸出，這意味著一個(gè)基站內(nèi)可安裝多個(gè)天線，而這些天線的尺寸又很小，需要天線罩的保護(hù)。

 

天線罩要具有良好的電磁波穿透特性，機(jī)械性能上要能經(jīng)受外部惡劣環(huán)境的侵蝕如暴風(fēng)雨、冰雪、沙塵以及太陽(yáng)輻射等。

 

 

在材料要求方面，要求在工作頻率下的介電常數(shù)和損耗角正切要低，及要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。

 

一般而言，充氣天線罩常用涂有海帕龍橡膠或氯丁橡膠的聚酯纖維薄膜;剛性天線罩用玻璃纖維增強(qiáng)塑料;夾層結(jié)構(gòu)中的夾心多用蜂窩狀芯子或泡沫塑料。

 

而在5G趨勢(shì)下，性能優(yōu)越的復(fù)合材料成為備受歡迎的天線外罩材料。復(fù)合材料能起到絕緣防腐、防雷、抗干擾、經(jīng)久耐用等作用，而且透波效果非常好。

 

透波復(fù)合材料由增強(qiáng)纖維和樹脂基體構(gòu)成，通常，增強(qiáng)材料的力學(xué)性能和介電特性均優(yōu)于樹脂基體，故此復(fù)合材料的透波性能主要取決于樹脂基體的性能。

 

因此，選擇具有優(yōu)良電性能的樹脂基體至關(guān)重要，同時(shí)樹脂在復(fù)合材料中也起膠粘劑的作用，是決定復(fù)合材料耐熱性的基本成分。

 

樹脂基體主要選擇包括：

 

傳統(tǒng)的不飽和聚酯樹脂(UP)、環(huán)氧樹脂(EP)、改性酚醛樹脂(PF)以及近年來(lái)開始研究和應(yīng)用的氰酸酯樹脂(CE)、有機(jī)硅樹脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹脂(BMI)、聚酰亞胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)等新型耐高溫樹脂。

 

PC/PMMA塑料復(fù)合材料

 

5G時(shí)代手機(jī)后蓋之選

 

5G時(shí)代，對(duì) 5G應(yīng)用設(shè)備材料提出了更嚴(yán)苛的要求。由于5G走的是對(duì)金屬敏感的毫米波，使用金屬外殼將會(huì)屏蔽信號(hào)。以手機(jī)材料為例，5G條件下去金屬化已然成為一種趨勢(shì)。

 

而趨向使用的材料有玻璃、陶瓷和復(fù)合板等非金屬材料，例如，塑料復(fù)合材料就憑著優(yōu)越的性能，成為手機(jī)后蓋的潮流選擇。

 

當(dāng)中，最熱門的要數(shù)PC/PMMA復(fù)合板材。這種材料是將PMMA和PC通過(guò)共擠(非合金材料)制得，包括PMMA層和PC層。

 

PMMA層加硬后能達(dá)到4H以上的鉛筆硬度，保證了產(chǎn)品的耐刮擦性能，而PC層能確保其具有足夠的韌性，保證了整體的沖擊強(qiáng)度。

 

 

石墨烯

 

理想的5G設(shè)備導(dǎo)熱散熱材料

 

高頻率、硬件零部件的升級(jí)以及聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及天線數(shù)量的成倍增長(zhǎng)，設(shè)備與設(shè)備之間及設(shè)備本身內(nèi)部的電磁干擾無(wú)處不在，電磁干擾和電磁輻射對(duì)電子設(shè)備的危害也日益嚴(yán)重。

 

與此同時(shí)，伴隨著電子產(chǎn)品的更新升級(jí)，設(shè)備的功耗不斷增大，發(fā)熱量也隨之快速上升。

 

未來(lái)高頻率高功率電子產(chǎn)品要著力解決其產(chǎn)生的電磁輻射和熱。

 

為此，電子產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)將會(huì)加入越來(lái)越多的電磁屏蔽及導(dǎo)熱器件。因此電磁屏蔽和散熱材料及器件的作用將愈發(fā)重要，未來(lái)需求也將持續(xù)增長(zhǎng)。

 

以導(dǎo)熱石墨烯為例，5G手機(jī)有望在更多關(guān)鍵零部件部位采用定制化導(dǎo)熱石墨烯方案，同時(shí)復(fù)合型和多層高導(dǎo)熱膜由于具備更優(yōu)的散熱效果而將會(huì)被更多采用。

簡(jiǎn)介

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