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2019年度最热工程塑料:5G天线振子力助PPS登顶!
2019年6月6日,工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照。基站的建设比预料的来的快。PPS在这个阶段脱颖而出,并且供不应求。我们来看看究竟。

                      

振子是天线内部最为重要的功能性部件,一般结构设计较为复杂。振子的传统生产制造工艺是采用金属材料(铝合金或锌合金)压铸成型,或是钣金件、塑料固定件和电路板组合的方式。


进入5G时代之后,由于通信质量要求更高,振子的数量将大幅提升,从原来的一个天线单扇面2-18个振子,提升到 64 个、128 个,更高甚至达到 256 个。而单个基站的扇面,通常为 3 面,多则达到 6面。在这样的场景下,如果还用金属材料,就会让天线变得极其沉重,成本也很贵,安装更是复杂。


因此,5G天线架构从4G多端口天线演进到密集阵列,其更关注零部件的高集成度、高一致性、高生产效率、高产能等塑料天线;重量轻、零件集成度更高、模块一致性好、生产效率高、生产成本低、产能限制规避了PCB的不足。


3D选择性电镀塑料振子,即在塑料振子表面进行电镀,3D塑料振子的制造工艺一般指的是注塑+激光,激光就是在塑料表面用激光进行3D打印电路板,实现部分PCB功能。天线行业塑料振子早先导入量产的是LDS工艺(激光直接成型技术),其主要工艺包括:注塑成型、激光镭雕、超声波清洗、快速铜、化学铜、酸洗、化学镍、化学金等。


后来大家发现,现有的LDS工艺存在以下不足:

1、LDS工艺采用的是LDS-LCP材料,密度为1.81g/cm3,重量较大且材料成本高。

2、LDS-LCP材料对注塑成型工艺的模具温度、料筒温度、射压、射速及成型周期等要求非常高,一般选择用小螺杆高射速性能稳定的全电动注塑机;原材料在螺杆内停留时间不能超过10分钟,太长时间材料容易碳化,成型后产品容易变脆断裂;LDS-LCP材料材料具有容易起皮、批锋等缺陷,会影响化镀后出现不良品,良品率一般在85%,注塑工艺成本较高。


3、采用LDS工艺所有镀层表面需要进行激光镭雕处理,镭雕成本较高。

4、LDS工艺镀层要求Cu8μm-Ni2μm-Au0.05μm,全都采用化学镀的工艺,其中化镀铜(Cu)的时间需要3-4小时,化镀镍(Ni)需要半小时,化镀金(Au)需要半小时,整体化镀生产工艺时间长,效率低且工艺成本较高。

           一体化天线振子工艺流程


40%玻纤增强聚苯硫醚(PPS+40%GF),密度为1.66g/cm3,制得的振子本体在重量上小于LDS-LCP材料制得的振子本体,且价格也低于LDS-LCP材料,利于降低材料成,在结构上也较稳定,不会出现LDS-LCP材料的易起皮、披锋等缺陷,利于提高产品良品率。


了解了PPS在5G天线振子的应用后,那么5G天线振子量多大?一般2✖3=6的振子一起注塑,60g左右,那么96个振子大约需要1Kg,1000个基站就需要1吨(不含浇口,或者不良品),假如2019年基站建设达到200万个,至少需要2000吨PPS,实际上可能在5000吨左右。PPS在工程塑料里面算是比较小众,专业做PPS改性的不多,随着5G基站如火如荼的建设,一时间成为紧俏产品。

目前流行的天线振子示意图


有人说,国内也有不少做PPS改性的,可是为何国外厂商的PPS那么火?PPS改性料在耐高温,热水领域用的多,要求不是特别高。而在天线振子中用到PPS最早开始的是线性的PPS。
           线性与交联聚苯硫醚(PPS)的区别


一般刚合成出来的 PPS 分子量很低而且熔融指数很高,无法直接作为工程塑料使用。那么通常工业上会进行热处理,使硫醚键变为亚砜基和砜基,或者是苯环和相邻大分子形成氧桥支化或交联。PPS的组成不同时,PPS聚合物的含量低,耐蠕变,耐应力松弛性好。另外交联型PPS和线性PPS相比,交联型PPS的耐松弛、耐蠕变性好。

那么在不同的热处理温度下,就会出现不同结构的 PPS 。一般在150℃~350℃之间处理会得到分子链增长或支化的 PPS ,也就是线性 PPS 。而在350℃以上的热处理则会出现交联结构的 PPS ,即交联型 PPS 。


线性 PPS 由于没有交联结构,一方面其韧性会大大提高,另一方面会具有较好的流变性,易于加工。线性 PPS 比交联型 PPS 具有更高的模量和更高的韧性。同时线性的PPS含氧量比交联的低,介电常数也比较低。不过随着国内外厂商的攻克,不管是线性还是交联的改性PPS基本上能满足基站的要求。

主要相关的材料企业有:塞拉尼斯、宝理、东丽、DIC、DSM、SABIC、新和成、普利特、金发科技、杰事杰等。天线振子厂商:飞荣达、通达、信维、硕贝德、南斗星、科创新源、同拓光电等等。除了制造厂商、材料厂商之外,还有不少激光设备厂商,以及自动化厂商在跟进。

为了促进行业的交流,特建立LDS-3D立体电路和天线振子交流群,欢迎产业链上的朋友加入,记得先转下这篇文章哦。

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