新的LCPs满足5G蜂窝通信的严格应用要求

作者:本刊编译 文章来源:PT塑料网 发布时间:2020-05-06
住友化学先进技术有限公司推出了新的液晶聚合物(LCPs),它拥有非常低的且一致的介电常数,以及非常低的损耗因数。

为满足5G系统的要求,将要改变的不仅是电子组件的设计,还包括生产这些电子组件的材料类型,这就要求开发具有独特性能的新型聚合物,以提供5G环境所需的特性,确保在低延迟、低信号丢失的情况下实现非常可靠的高速数据传输。为此,住友化学先进技术有限公司推出了新的液晶聚合物(LCPs),它拥有非常低的且一致的介电常数,以及非常低的损耗因数。

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为确保安全操作,5G应用如自动驾驶要求能够近实时地访问以最小的延迟或失真处理的大量快速变化的数据,以模拟人的反应时间

开发5G电子设备的设计师们面临着许多挑战。一个问题是,为了模拟人的反应时间并确保自动驾驶车辆的安全运行,许多5G应用(如自动驾驶)将要求以最小的延迟或失真,近实时地访问大量快速变化的数据。这就要求连接器、电缆和其他组件所用的材料能够提供非常低的延迟和信号丢失。另一个问题是,需要管理好由四重挑战,即连续互连致密化与器件小型化以及以更高的处理速度和频率(在千兆赫兹范围内)运行等所引起的热载荷,因为所有这些都会提高设备的运行温度,而分散这种热量是困难的。因此,为确保在炎热潮湿的夏天和寒冷干燥的冬天都能实现一致的性能和数据传输,必须使用具有更广泛的热稳定性和水解稳定性的材料。当然,电子行业同时也面临缩短开发周期的挑战,需要找到成本效益高的解决方案来确保5G的推出对于许多公司和个人而言都是能够负担得起的。

为适应这一发展趋势,住友化学先进技术有限公司(Sumitomo Chemical Advanced Technologies LLC,以下简称住友化学)扩大了其LCP产品的范围,推出了两款热致性产品,即专为满足5G应用需求而配制的可注塑成型或可挤出的聚酯基LCP级别。

SumikaSuper™ E6205L和SumikaSuper SR1205L有自然色和黑色,与标准的LCP相比,拥有较低的介电常数,这是实现可靠、更大容量的数据传输所必要的特性。然而,由于是采用一种新的LCP基化学原料进行设计,因此,SR1205L以其更低的损耗因数(更低的损失角正切值)而与众不同,这对于即使在千兆赫兹/毫米波频率范围内确保可靠的数据传输至关重要。新的化学原料和聚合技术还为SR1205L 级别带来了其他好处。

为帮助电气工程师更好地理解材料性能与电性能之间的关系,以及提高仿真精度, 住友化学聘请了一家独立的测试公司来测试SR1205L在不同的频率、温度和湿度水平下的性能数据。测试表明,这种聚合物在广泛的温度(-40℃、22℃、80℃和120℃)和频率(1~25 GHz)范围内提供了非常一致的介电常数。由于具有较高的抗水解性(E6205L的初步测试显示出类似的趋势),因此与标准的聚酯基LCP相比,SR1205L能保持更好的拉伸强度,即使在120℃的高温、100% RH的相对湿度水平和2 atm的压力下也同样如此。在其他的物理、力学和加工性能方面,该新级别的表现也与标准LCPs一样。

Figure 2

SumikaSuper™ SR1205L LCP在-40℃、22℃、80℃和120℃以及1~25GHz的频率范围内的介电常数

Figure 3

SumikaSuper™ SR1205L LCP在广泛的温度(-40℃、22℃、80℃和120℃)和频率(1~25 GHz)范围内显示出非常低且一致的介电损耗角正切值,这使其非常适用于5G通信和汽车自主驾驶环境使用的连接器

Figure 4

在经过200 h 的测试后,SumikaSuper™ SR1205L在120℃的高温、100% RH的相对湿度水平和2atm的压力下表现出比传统的LCP聚合物更高的拉伸强度

LCPs是能够用于生产热塑性塑料部件的拥有独特的加工性和极高性能的一类聚合物,这就是为什么它们通常被用来取代金属、陶瓷和其他塑料。大多数商用LCP是芳香族聚酯,拥有高的热性能和力学性能、固有的阻燃性、良好的耐候性、优异的电性能、高的抗应力开裂性和良好的化学惰性,这使它们非常适用于电气和电子部件(包括光纤电缆、印刷电路板、芯片载体、连接器(常规、射频(RF)和光纤的),以及其他表面安装组件、微机电系统(MEMS)、汽车应用(包括点火和变速器系统部件、灯座、泵部件、线圈和传感器),以及打印机、复印机和传真机部件,炊具、高阻隔/蒸煮加工食品容器,用于化学处理的附加部件(泵、计量器和阀)。

通常,注射成型的LCP部件可以使用许多热塑性焊接技术进行连接,尤其是超声波和激光焊接技术。由于它们的分子链拥有高刚性结构,分子链之间的范德华力较弱,以及它们的液晶性质倾向于接近线性并占据保持其顺序的堆叠方向而不管是固态还是液态,因此LCP聚合物链易于在流动方向上对齐,且高度各向异性。这不仅说明了它们拥有优异的力学性能(这由自增强取向所导致),而且说明了这些材料具有高度的流动性和成型产率。

大多数热塑性塑料特别是纤维增强热塑性塑料在加工后表现出一定的各向异性,但LCPs的成型性在流动和横向流动方向之间可能有很大的差异,因此,在设计LCPs部件及模具时应注意利用这一特点,避免带来挑战。高各向异性意味着在熔接痕处(不同分子取向的流体前峰会聚的地方)较弱,易产生翘曲和热膨胀差异。因此,LCPs通常用玻璃纤维和矿物填料进行增强,这不仅是为了提高刚度和强度,还为了减少各向异性。在模具中设计适当的浇口也可以减少翘曲。由于拥有高性能,因此LCPs 的价格也相应较贵。然而,基于高熔体流速、快速的设置时间、流动方向的低热膨胀,可以在较短的成型周期中将LCPs成型为薄壁部件,从而以较少的材料用量、较轻的部件重量提供高性能,所有这些,都有助于抵消较高的初始材料成本。此外,LCPs典型的热稳定性还使得加工商能够对回收粉碎的废品进行有效的再利用,这进一步减少了材料损失,有效降低了部件成本。

根据给定连接器的设计和厚度要求,住友化学能够帮助电气工程师选择合适的LCP等级,并提供适当的数据,以帮助工程师更好、更快地设计拥有更高价值的部件。该公司自1972年以来就一直生产聚酯基LCPs,同时还提供数十种配混物、合金以及其他高性能热塑性塑料如PES,以满足广泛的力学性能要求和耐热要求(260~360℃)。此外,该公司还提供高质量的技术支持:从部件设计到现场辅助成型。

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