5G時代 復合材料的發(fā)展機遇
2020-01-14
5G給我們帶來的是超越光纖的傳輸速度(Mobile Beyond Giga)，超越工業(yè)總線的實時能力(Real-Time World)以及全空間的連接(All-online Everywher)， 5G將開啟充滿機會的時代。
從5G的建設需求來看，5G將會采取“宏站+小站”組網(wǎng)覆蓋的模式，歷次基站的升級，都會帶來一輪原有基站改造和新基站建設潮。5G基站的海量增長，將同步帶動PCB、天線振子及濾波器等元器件應用的大幅增長。
在5G基站中，印刷電路板(Printed Circuit Board，簡稱PCB)作為最基礎的連接裝置將被廣泛使用。
PCB產(chǎn)業(yè)界廣泛應用的基板材料是玻纖布增強的環(huán)氧型基材FR-4(環(huán)氧樹脂玻纖布覆銅板)，該材料是由一層或者多層浸漬過環(huán)氧樹脂的玻璃纖維布構成。
璃纖維布和特殊樹脂是PCB重要的原材料之一，玻璃纖維布作為增強材料，起著絕緣和增加強度的作用；特殊樹脂作為填充材料，起著粘合和提升板材性能的作用。為了滿足高頻高速PCB產(chǎn)品的可靠性、復雜性、電性能和裝配性能等諸多方面的要求，許多PCB基板材料的廠商對特殊樹脂進行了不同的改進。
在目前高速高頻化的趨勢下，較為主流的PCB材料包括聚四氟乙烯樹脂(PTFE)、環(huán)氧樹脂(EP)、雙馬來酰亞胺三嗪樹脂(BT)、熱固性氰酸脂樹脂(CE)、熱固性聚苯醚樹脂(PPE)和聚酰亞胺樹脂(PI)，由此衍生出的覆銅板種類超過130種。
對于基站PCB而言，最為重要的指標是介電特性、信號傳輸速度和耐熱性，前兩點上PTFE基板都具有較好的性能。它是目前為止發(fā)現(xiàn)的介電性能最好的有機材料，優(yōu)異的介電性能有利于信號完整快速地傳輸，這角度而言PTFE是5G時代基站PCB板的優(yōu)選樹脂材料。
塑料天線振子大有可為
天線振子是天線的核心部件。天線振子作為天線的主要組成部分，主要負責將信號放大和控制信號輻射方向，同樣可以使天線接收到的電磁信號更強。
5G時代由于頻段更高且采用Massive-MIMO技術，天線振子尺寸變小且數(shù)量大幅增長，綜合考慮天線性能及AAU安裝問題，塑料天線振子方案具有一定的綜合優(yōu)勢。
為了應對5G新型天線的變化，市場上出現(xiàn)了全新的工藝——3D選擇性電鍍塑料振子方案。所謂的塑料天線振子即采用內(nèi)含有機金屬復合物的改性塑料材料，用注塑成型的方式將復雜的3D立體形狀一次性制造出來，再利用特殊技術使塑料表面金屬化。塑料振子在保證天線滿足5G電器性能的同時，產(chǎn)品重量大大減輕，減少了危險過程工序，也節(jié)約了成本。
3D塑料振子除了重量非常輕，還能滿足鈑金和壓鑄工藝所不能實現(xiàn)的精度要求。注塑和選擇性電鍍都是精度非常高的工藝，將它們結合在一起，可以保證天線振子精度滿足3.5G以上的高頻場景要求。
陶瓷介質(zhì)濾波器優(yōu)勢多
4G時代，通信基站主要采用金屬腔體濾波器方案。5G時代，基站通道數(shù)擴展 16 倍，器件小型化成為趨勢，陶瓷介質(zhì)濾波器具有輕量化和小型化優(yōu)勢，同時具有可靠的機械結構、無振動結構，便于自動化組裝，長期來看，將成為 5G 基站主流部件。
復合材料通訊塔和天線罩
高高聳立的通訊塔大都是鋼結構，但腐蝕是個大問題，復合材料可以解決這個問題。復合材料比較輕，使用無扣件連接技術，塔結構的各個獨立部件可以快速組裝，在裝配過程中不需要金屬螺栓，安裝方便，還減輕了整個塔體的重量。
天線罩要具有良好的電磁波穿透特性，機械性能上要能經(jīng)受外部惡劣環(huán)境的侵蝕如暴風雨、冰雪、沙塵以及太陽輻射等。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，及要有足夠的機械強度。
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塑料；夾層結構中的夾心多用蜂窩狀芯子或泡沫塑料。而在5G趨勢下，性能優(yōu)越的復合材料成為備受歡迎的天線外罩材料。復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。
手機后蓋：首選PC/PMMA塑料復合材料
5G 時代，針對手機結構、形態(tài)新的要求，例如小型化、超薄化、全面屏等，都需要新的工藝和材料支撐。無線充電、NFC 等功能需求加快手機后蓋去金屬化推進，帶動 PC/PMMA 共擠復合板材市場規(guī)模大幅上升。
5G時代，對 5G應用設備材料提出了更嚴苛的要求。由于5G走的是對金屬敏感的毫米波，使用金屬外殼將會屏蔽信號。塑料復合材料憑著優(yōu)越的性能，成為手機后蓋的潮流選擇。
當中，最熱門的要數(shù)PC/PMMA復合板材。這種材料是將PMMA和PC通過共擠(非合金材料)制得，包括PMMA層和PC層。MMA層加硬后能達到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度。
石墨烯：理想的5G設備導熱散熱材料
高頻率、硬件零部件的升級以及聯(lián)網(wǎng)設備及天線數(shù)量的成倍增長，設備與設備之間及設備本身內(nèi)部的電磁干擾無處不在，電磁干擾和電磁輻射對電子設備的危害也日益嚴重。與此同時，伴隨著電子產(chǎn)品的更新升級，設備的功耗不斷增大，發(fā)熱量也隨之快速上升。未來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)品在設計時將會加入越來越多的電磁屏蔽及導熱器件。因此電磁屏蔽和散熱材料及器件的作用將愈發(fā)重要，未來需求也將持續(xù)增長。以導熱石墨烯為例，5G手機有望在更多關鍵零部件部位采用定制化導熱石墨烯方案，同時復合型和多層高導熱膜由于具備更優(yōu)的散熱效果而將會被更多采用。
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來源：榮格塑料工業(yè)