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LCP材料在5G领域的应用

说到5G时代最火的材料,拥有“超级工程塑料”之美誉的LCP材料必须拥有姓名。LCP材料为何在5G通信时代如此受宠,咱们且先了解一下LCP这种材料。


LCP即液晶高分子聚合物(Liquid Crystal Polymer),是一种由刚性分子链构成的,在一定物理条件下能出现既有液体的流动性又有晶体的物理性能各向异性状态(此状态称为液晶态)的高分子物质。

                      

根据液晶态的形成条件,液晶聚合物可分为溶致性液晶聚合物(LLCP)和热致性液晶聚合物(TLCP),此外,在外场(如压力、磁场、电场和光场等)作用下形成的液晶称为感应液晶,如压致液晶、光致液晶等。


但是,咱们所说的5G通信用LCP材料指的是TLCP,这种LCP材料是80年代初期发展起来的一种新型高性能工程塑料,属于芳香族热塑性聚酯,可通过熔纺、注射、挤出、模压、涂复等工艺加工成型,具有优异的成型加工性能。根据热变形温度(HDT),TLCP可分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型3种:

                        

与其他有机高分子材料相比,LCP具有独特的分子结构和热行为,在熔融状态下,LCP分子排列像棒状一样直,在成型时,剪切应力的作用下,进一步提高了这种排列取向,表现出极好的各向异性,这种取向有序的特殊结构使其具有自增强效果,机械性能优异,强度极高,尺寸稳定性、光学性能、电性能、耐化学药品性、自阻燃性、加工性等性能良好,且耐热性好,热膨胀系数低。

                        

由于分子骨架对称性高,再加上液晶本身结构使主链的运动受限,LCP在高频段表现出极低的介电常数和介电损耗,因此,在5G时代设备对于材料的各项性能要求(特别是介电性能要求)越来越高的背景下,LCP材料凭借优异的性能被广泛应用于高速连接器、5G基站天线振子、5G手机天线、高频电路板等方面。

1
高速连接器


5G传输速度得到大幅提升,为了确保数据数据传输的可靠性需要提升高速连接器的性能,从而增加了对低介电低损耗的连接器材料的需求,LCP材料具有极低的吸水性和更好的介电稳定性。LCP具有超低翘曲,高流动性,尺寸稳定性,适合应用在5G高速连接器。

           图   5G高速连接器


2
天线振子


振子是天线内部最为重要的功能性部件,出于减重降本的目的,塑料振子受到关注,塑料振子已经导入量产的是LDS工艺,采用的是LDS-LCP材料,LCP材料具有极低的介电损耗、良好的耐热耐燃性以及极低的热膨胀系数,在5G高频段竞争优势明显。


3
手机天线


LDS天线


LDS-LCP材料除了应用在天线振子上,还可以应用于在手机天线领域。据了解,预计今年安卓系智能终端将选择以LDS等成熟工艺为主的5G天线解决方案。LCP材料具有高流动、薄壁成型和尺寸稳定等特性,超高的耐温特性可通过回流焊制程。

           图  LDS-LCP材料  用于手机天线


但需要注意的是,LCP由于分子取向太强,取向方向和垂直方向的各物性差异很大。而且,在设计时必须要注意熔接线强度较弱等问题,会有很明显的凹槽或者缺口,天线不能从上经过,限制了天线设计的自由度。

                        

软板天线


手机天线方案多种,除了 LDS 天线方案外,还有软板天线。所说的 LCP 软板天线实际上是采用 LCP 为基材的 FPC,并承载部分天线功能。LCP 天线具有低介质损耗、较低的吸湿性、介电常数和介电损耗随着频率的低波动性等优点,同时,软板具有良好的弯折性,可取代同轴电缆,可大大节省手机空间。苹果分析师郭明錤表示,苹果今年将发5款新iPhone,5G版出货量将达8000-8500万部,苹果的毫米波5G iPhone需采用3条LCP软板,预计今年iPhone LCP 软板出货量年同比增长110%,LCP需求显著增加。


4
高频高速电路板


在5G时代对高频传输绝缘材料的要求非常高,要保证信号在传输过程中的损失降至最小, LCP 材料突出的高频介电性、尺寸稳定性、耐热性,是非常理想的 5G 高频高速电路板基材。除了手机天线FPC外,LCP基材的电路板还可应用于应用在5G关联通讯、笔记本电脑、智能穿戴、汽车毫米波雷达、远程医疗、高清无线视频实时传播等领域。

                        

LCP材料以其独特的性能在5G时代受到青睐,目前LCP材料产能集中在日本、美国、中国,LCP材料生产企业有:


生产厂家
LCP树脂
塞拉尼斯、宝理、住友化学、索尔维、宝理、世洋树脂、东丽、三菱化学、普立万、沃特、金发科技、普利特、日本上野、聚嘉、海迪、德众泰等
LCP薄膜
可乐丽、村田、千代田、住友化学、沃特、金发科技、聚嘉、日本电气化学、KGK等


材料产业迎来了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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