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郑州华晶金刚石股份有限公司

5G全球争夺战打响 哪些新技术、新材料是关键?

关键词 5G , 新材料|2019-07-04 11:01:58|来源 中国复合材料学会
摘要 今年,5G成为高频热词。最近几年通讯发展迅速,短短几年我们就见证了2G、3G、4G的跨越式发展。宽带中国、光纤到户,见证了铜缆到光纤。而从有线到无线,万物互联,大数据,虚拟现实,智...

       今年,5G成为高频热词。最近几年通讯发展迅速,短短几年我们就见证了2G、3G、4G的跨越式发展。宽带中国、光纤到户,见证了铜缆到光纤。而从有线到无线,万物互联,大数据,虚拟现实,智能城市,需要更新的技术提供支撑。5G具有速度快,容量大的特点。常见的复合材料,在5G技术实现中有广泛的应用。新的技术,需要有新的硬件设施来支撑。
       极佳的高频PCB印刷电路板材料--聚四氟乙烯(PTFE)
       高频PCB印刷电路板对材料性能要求包括介电常数必须小而且很稳定、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。
       手机天线的新宠--LCP液晶聚合物
       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。
       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。
       5G手机天线材料后起之秀--MPI改性聚酰亚胺
       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。
       电磁波穿透天线罩--透波复合材料
       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。
       理想的5G设备导热散热材料--石墨
       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。

       从4G通讯到5G通讯的转变是一场技术的革新,同时也伴随着材料领域内的性能升级与产品换代。关键材料正在成为5G全球争夺战的核心。

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