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低介电聚苯硫醚PPS的5G新机遇:有望替代LCP电子基板?

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一、5G时代电子工业对低介电材料的需求


5G是第五代移动电话通讯技术的缩写,其峰值理论传输速度可达每秒数10Gb,比4G网络的传输速度快数百倍。我国的5G初始中频频段为3.3-3.6GHz和4.8-5GHz两个频段,24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高频频段正在征集意见;而国际上主要使用28GHz进行试验。


电磁波频率越高,则波长越短,绕射能力就越差,传播过程中的电磁波的衰减也越大。这里就涉及到一个介电常数的概念,一般说的低介电材料均表示低介电常数的材料。


那么,相对介电常数是什么?跟电磁波有什么关系?跟5G又有什么关系?


1、介电常数与5G的关系


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首先介电常数是一个主要由材料本身性质决定大小的参数,它的影响因素很多,比如材料的极性、分子结构、结晶性等等。


其次绕开各种公式不讲,介电常数简单理解就是,它数值越大,对电磁信号的影响就越大,就是会极大地削弱电磁信号。


前面有提到,电磁波频率越高,则波长越短,绕射能力就越差,传播过程中的电磁波的衰减也越大。因此5G时代的高频信号想要尽可能减少传播损耗,低介电材料的开发应用显得非常重要。


2、电子工业上5G的低介电常数要求


在电子、电器领域,由于5G时代的来临,对电子信号的传输速度及损耗比4G 产品的要求更高。通常,对树脂材料的介电常数,4G产品只要求达到100MHz 3.7以下即 可,目前传统的PBT、PPS等树脂复合材料的介电常数一般在100MHz 3.4〜3.7之间,基本上 都可以满足技术要求。


而5G产品对树脂复合材料的介电常数一般要求达到100MHz 2.8〜 3.2之间。其中要注意的是,介电常数在不同频率下测试的数值会有稍微不同,比如 LCP 的介电常数在1KHz下为4.3,在1MHz下为3.8,在10GHz下为3.6。


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图 部分高分子材料的介电常数,数据源于网络,仅供参考


二、聚苯硫醚基本介绍


聚苯硫醚(PPS)是由硫原子和亚苯基环以对位替换模式形成的聚合物。其分子结构中含有高度稳定的化学键,使其对热降解和化学反应均具有很高的分子稳定性。


同时,该聚合物的分子结构也易于形成一个具有热稳定性的晶体点阵,因此,PPS 是一种结晶熔点高达 285°C左右的半晶状聚合物。


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图 PPS结构式


由于其分子结构所呈现的特点,PPS 在燃烧中往往会形成炭质残渣,使材料具有与生俱来的阻燃性能。尚未发现 PPS在低于 200°C(392°F)左右的温度下, 溶于任何溶剂。


PPS是特种工程塑料第一大品种,也被誉为继PC、PET、POM、PA、PPO之后的“世界第六大工程塑料”,还是八大宇航材料之一。


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图 碳纤维增强PPS


目前PPS的应用主要是在电子电器和汽车两个方面,其中在电子领域的应用包括电视机、电脑上的高压元件、外壳、插座、接线柱,电动机的起动线圈、叶片,电刷托架及转子绝缘部件,接触开关,继电器,电熨斗,吹风机,灯头,暖风机,F级薄膜等。


特别是随着智能移动终端、智能汽车部件、智能家居设备、可穿戴设备的横空出世和暴涨需求,纳米注塑成型技术近三年来的应用领域迅速扩大,在5G通信领域有着巨大的市场应用潜力。而聚苯硫醚(PPS)是最常用的纳米注塑专用料之一。


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图 PPS绝缘膜


三、低介电PPS在5G时代的新机遇


5G时代的到来是不可争议的趋势事实,那么低介电PPS在5G时代将有哪些应用场景呢?


为此小编请教了几位PPS业内的专家,他们都表示,在5G时代,PPS将在薄膜、基板等电子市场有所增长,特别是在电子基板材料的选择上,目前只有PI(聚酰亚胺)、LCP(液晶聚合物)两种材料可供选择,而低介电PPS薄膜的开发将有望替代 LCP 在柔性线路板上的应用。


低介电PPS与 LCP 相比较,它主要有这些优点:成本价格低、低介电可行性高、介电损耗更低、金属结合力强、耐温阻燃等等。


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图 LCP在晶体管上的应用


四、低介电PPS的制备与发展关键


低介电PPS的制备方法主要是通过共混其他更低介电材料来获得,比如和相对介电常数为2.0(1MHz)的PTFE(聚四氟乙烯)共混,或与笼型聚半硅氧烷等可增加自由体积的材料共混等等。


目前国内的厂家已经开发出了注塑用低介电PPS,但在低介电PPS薄膜仍在开发中,这是因为PPS薄膜的制备需要高分子量的PPS树脂,国外的高分子量PPS树脂采购有诸多限制,而国产的高分子量PPS树脂与国外产品仍有一定的差距。


业内PPS改性专家表示,目前正在和上游厂家探讨合作开发高分子量PPS树脂,以便更好地促进低介电PPS的开发与应用。


材料产业也迎来了5G新时代,在应用端手机、基站、物联网、汽车等硬件载体都将对5G新材料有更多的需求和更高的要求。欢迎长按下方二维码加入艾邦5G材料交流群进行交流,共谋发展进步!


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