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塑料在电子行业的应用分析(上)

2021/10/28 9:04:30 来源:聚风塑料 关键词:聚风塑料网

编者按


电子技术革命也是材料和工艺的革命


5G通信、自动驾驶、无人机技术、健康医疗和智慧城市等领域层出不穷的话题,吸引着大众的眼球。3C(电脑、通讯、消费电子)产品,以及连接器、VR、AR和智能穿戴设备接连崛起,电子信息及电器工业已成为中国发展最快的国民经济支柱产业之一。


电子通信技术是无线技术的革命,同时也是材料和工艺的革命。材料是感知未来世界和实现颠覆性创新的源泉,而用量大、品种多、精度高,是电子行业应用塑料材料的亮点。目前在这个市场,塑料应用量较大的产品主要是低压电器、接插件、电脑外围设备、通讯设备、办公设备、小家电产品等,其中增长速度最快的是智能手机、可穿戴设备、电脑显示器、以及手机电池。许多企业开始通过采用新材料、新工艺技术及新设备,不断推出满足消费者日益变化之需求的产品,同时在高端化、智能化、个性定制化、差异化、轻薄化、材料耐用性、能源效率、绿色环保等方向加大研发力度,来完善产品性能及丰富产品外观,如使用低密度塑料替代高密度塑料;使用高性能工程塑料替代金属材料;利用免喷涂等最新技术,进行产品的不断创新与改良。


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5G新材料 - 新蓝海


由于5G通讯在因为5G产业链建设过程中所需的多种材料都要用到塑料。这不仅对塑料行业的材料创新研发提供了契机,也为塑料材料的运用与发展打开了新的风口。


毋庸置疑,5G时代的到来对社会各行各业都将产生深刻深远的影响,尤其是与普通消费者生活密切相关的以智能手机、可穿戴设备为核心的消费电子产业。在需求及技术的驱动下,关键材料和技术正在成为5G时代争夺战的核心,占领关键材料资源也相当于抢夺5G市场霸主地位。从4G到5G,传输速率、信号强度等方面的大幅度提升,对各类材料的性能从基站端到手机等应用端都提出了更多的需求和更高的要求,5G新材料产业也迎来了新蓝海。电子设备必须具备散热更强大、体型更小等特点,这将推动手机天线材料、手机外壳材料、电磁屏蔽材料、导热散热材料等多领域材料的更新换代,其中包括很多高性能材料的支持,如具有包覆、装饰、支撑和连接等应用在终端应用的外框、键盘、后盖、中框、支架等部件及5G基站外壳、滤波器、天线振子等等,应用广泛,商机无限,市场可期。深圳市高分子行业协会常务副会长兼秘书长王文广表示,低介电损耗材料、高电磁屏蔽材料和高导热材料是5G通讯常用的三大关键高分子材料。其中,传播介质材料的介电性能要好,即介电常数要适当、介电损耗要低,一般要求终端材料的介电常数3左右,介电损耗0.004左右。高电磁屏蔽材料电磁屏蔽效果要求小5G>70dB、大5G>90dB;高导热材料要求水平导热系数要大于1200W/m.K。因此,顺应5G发展的趋势,不断提升塑料产品的性能,生产出性能独特且质量优异的材料以符合5G产业建设的需求,成为塑料行业与企业当下面临5G机遇时所不得不承受的重要挑战。


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深圳市高分子行业协会常务副会长兼秘书长王文广


针对5G,天线材料从PI转变为LCP/MPI,为塑料的应用打开了广大的施展空间。韩国三星公司在2008年LCP产品实现了商业化,2014年其被深圳市沃特新材料股份有限公司收购,独自开发KDl及KH等规格,并进一步优化及完善现存所有规格。经过几年的努力,沃特已经成为国内LCP生产的第一品牌,打破外国企业长期垄断,已拥有业内最为全面的LCP材料解决方案,可生产包含I型、I I型和I I I型在内的所有LCP材料类型。当客户存在定制需求时,沃特可选择“更加适配”的解决方案 - 不仅可以为客户定制所需频率范围的介电性能,还可以更完整地保障产品其它方面的性能。沃特不同等级LCP产品在10Hz频率下介电常数范围2.5 - 10,同时介电损耗可以控制在0.001以下。


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全球5G产业的成功在于它可以满足消费者对于新一代网络的需求,包括速度、可靠性和可持续发展。为此,网络运营商和设备制造商不断运用新的技术,持续扩大网络和产品的覆盖范围及容量。关键材料和创新技术正成为5G发展的核心。9月中旬,在深圳举行的第四届5G加工产业链展览会上,沙特基础工业公司(SABIC)公司重点展示了丰富的5G应用高性能材料组合,包括LNP改性材料和共聚材料、ULTEM和NORYL树脂,以及各种低聚物。这些材料有助于提高长期可靠性和射频(RF)性能,帮助实现轻量化,打造创新的设计,从而帮助用户应对5G基础设施和终端应用的需求和挑战。基站建设是5G发展的命脉,SABIC的LNP改性材料和共聚材料轻薄灵巧,不惧低温高热等严苛气候的影响,具备强大的散热防潮能力,同时有效降低信号损耗,能极大地改进5G基站天线装置的设计和性能,是基站外壳及核心部件的外罩等的首选材料。


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SABIC的LNP改性材料和共聚材料是基站外壳及核心部件的外罩等的首选材料



轻薄成就简约之美


联想(深圳)电子有限公司联想研究院总监施金忠在上半年一次行业活动上说,未来电子设备的材料应用是围绕着如何打造轻量化、时尚外观产品,以及有效地控制成本。如今从可以弯曲的智能手机,到更轻更薄的电视屏幕,纤巧精美电子产品正受到消费者的青睐。与此同时,电子产品性能日趋增强,功能不断增多,设计呈精美化趋势。因此,电子设备制造商需要考虑保证产品安全和可靠性的同时,还要兼具实现更轻薄复杂的结构设计和更具美学的外观,这就对产品材料的轻量化、机械强度、流动性以及阻燃性能都提出了更高要求。在轻薄化方面,联想在为不同类型的移动电子设备实现进一步减重,在替代材料选择方面,联想正在考虑使用碳纤维、聚苯硫醚(PPS)等更高硬度性能和轻质的材料。


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联想(深圳)电子有限公司联想研究院总监施金忠


更多数据传输,更小设计空间,这是消费及工业电子产品的主要趋势。更小更薄的零件被融入到更紧凑的设计中,节省组装空间,并适应于更高功率和更快的数据传输速度。因此对所用材料的要求也越来越高,特别是在耐高温和材料性能稳定性。巴斯夫(BASF)正在扩展其聚邻苯二甲酰胺(PPA)系列产品,推出了Ultramid® Advanced N高流动产品,特别适用于使用表面贴装技术(SMT)进行后处理的薄壁连接器,可在电子应用中实现更高功率和更大数据传输。巴斯夫新型PPA在高温下具有极低的吸湿性、卓越的韧性和尺寸稳定性,可在使用表面贴装技术的后处理过程中更好的保持尺寸稳定。它在高流动性、韧性和阻燃性之间取得了理想的平衡,因此可以助力高功率和高数据传输的电子连接器,并实现薄壁小型化设计。由于其低吸湿性和超过260℃的高热变形温度,巴斯夫 PPA 可防止加工部件在SMT过程中常用的起泡或尺寸变化现象。Ultramid® Advanced N高流动产品可定制颜色,并拥有稳定的阻燃特性,以及适合对耐高温有特殊要求的SMT工艺。优异性能特征可提高计算机、笔记本电脑、服务器、智能手机以及智能家用电器和可穿戴设备等消费类电子产品中的电源和数据连接器的耐用性、性能和可靠性。新的高流动材料可用于制造薄壁连接器,壁厚0.2mm 时阻燃等级亦可达V-0 (UL94),并满足JEDEC 1级起泡测试标准。该材料的相对漏电起痕指数 (CTI)为600V,在潮湿环境和接触化学品的情况下也表现出卓越的绝缘性能,因而在严苛的操作条件下具有更高的安全性。Ultramid® Advanced N产品目前可提供橙色、蓝色、白色、黄色和黑色等定制化色彩,以满足安全警示性,或者电子产品装配中的部件区分的需求。与电子电气应用中的其他基准材料相比,新的Ultramid® Advanced N高流动产品在SMT后处理过程中表现出良好的颜色稳定性。


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巴斯夫Ultramid® Advanced N高流动PPA特别适用于薄壁连接器


然而,在薄壁设计的外壳制作过程中,生产商往往会遇到外壳材料表面瑕疵、开裂等问题。为了迎合越来越多的创新电子企业追求更纤薄臻美的产品设计,科思创(Covestro)公司也推出了领先的薄壁阻燃材料解决方案 - 拜本兰系列PC/ABS。该系列中的明星产品拜本兰3040W,拥有杰出且均衡的优质性能,达到了UL94V0@0.75mm阻燃等级,且难能可贵的是,在保证了优秀的流动性的同时,提升了抗冲击性能。相比前一代产品,它更强韧、更轻薄、更耐用,还具有良好的着色性,可营造华丽的表面视觉效果。拜本兰FR 3016W是另一款阻燃性能出色的材料,拥有UL f1认证,具有优异的色彩稳定性,即使在户外严苛环境下,它仍然能保持持久靓丽。科思创薄壁解决方案提供丰富的产品组合,可以满足多样化的场景需求,适用于各类消费电子产品,如:手机、平板等移动手持设备,家用网络设备、智能音箱等智慧家居设备、可穿戴设备、新一代的消费级机器人等。


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手机材料去金属化革命


随着5G手机的加速普及,手机行业也掀起了去金属化的革命,进一步加剧了金属外壳的减少,橡塑及复合材料是5G背景下最受青睐的手机材料之一。由于5G带来了手机成本的显著增加(处理器/射频元件/天线),需要通过外壳成本节约来进行均衡,不少中档机型改为塑胶中框来节约成本。如复合板材最接近玻璃外观效果,在中档位机器中被大量使用,其良率提升,成本持续下降,竞争力增强。联想研究院总监施金忠指出,5G时代对于特殊介电材料需求较大:“5G目前只是一个‘有’的状态,要实现‘好’的状态,需要更多材料及结构件的支持。”


随着5G网络步入快车道,5G用户的数量不断攀升,人们对智能手机和平板产品相关配件的需求也随之倍增。与4G相比,5G具有更高网速、低延时、高可靠、低功率、海量连接的特点。因此,对于5G产品包材原料而言,降低传输过程中的信号损耗和减少信号失真就显得至关重要。市场需要对信号传输速度影响较小的材料,科思创产品研发团队致力于研制一种具备低介电常数(Dk)/介电损耗(Df)特性的材料,适用于高速信号传输的应用,且在同类原料中具有更出色的减振性能,能为多种移动设备提供优良保护。科思创推出了全新的热塑性聚氨酯Desmopan®7000系列,拥有更低的介电常数和介电损耗,能有效减少5G应用中的信号损耗,降低对信号传播速度的影响。此外,Desmopan®7000系列在广泛温度范围内保持了良好的耐磨性和柔韧性,在整个硬度范围内具有优异的弹性,能够满足不同5G产品的需求。该系列材料还与许多工程塑料如聚碳酸酯、ABS和尼龙有良好的粘合性。Desmopan®7000系列专为5G应用研发,是5G产品包材的理想解决方案。它能够有效降低传输中的信号损耗,为各类场景中的5G应用挑战传输极限。


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