5G給我們帶來的是超越光纖的傳輸速度(Mobile Beyond Giga)，超越工業總線的實時能力(Real-Time World)以及全空間的連接(All-online Everywher)， 5G將開啟充滿機會的時代。

 

　　從5G的建設需求來看，5G將會采取“宏站+小站”組網覆蓋的模式，歷次基站的升級，都會帶來一輪原有基站改造和新基站建設潮。5G基站的海量增長，將同步帶動PCB、天線振子及濾波器等元器件應用的大幅增長。

 

　　在5G基站中，印刷電路板(Printed Circuit Board，簡稱PCB)作為基礎的連接裝置將被廣泛使用。

 

　　PCB產業界廣泛應用的基板材料是玻纖布增強的環氧型基材FR-4(環氧樹脂玻纖布覆銅板)，該材料是由一層或者多層浸漬過環氧樹脂的玻璃纖維布構成。

 

　　璃纖維布和特殊樹脂是PCB重要的原材料之一，玻璃纖維布作為增強材料，起著絕緣和增加強度的作用；特殊樹脂作為填充材料，起著粘合和提升板材性能的作用。

 

　　為了滿足高頻高速PCB產品的可靠性、復雜性、電性能和裝配性能等諸多方面的要求，許多PCB基板材料的廠商對特殊樹脂進行了不同的改進。

 

　　在目前高速高頻化的趨勢下，較為主流的PCB材料包括聚四氟乙烯樹脂(PTFE)、環氧樹脂(EP)、雙馬來酰亞胺三嗪樹脂(BT)、熱固性氰酸脂樹脂(CE)、熱固性聚苯醚樹脂(PPE)和聚酰亞胺樹脂(PI)，由此衍生出的覆銅板種類超過130種。

 

　　對于基站PCB而言，為重要的指標是介電特性、信號傳輸速度和耐熱性，前兩點上PTFE基板都具有較好的性能。

 

　　它是目前為止發現的介電性能好的有機材料，優異的介電性能有利于信號完整快速地傳輸，這角度而言PTFE是5G時代基站PCB板的優選樹脂材料。

 

　　天線振子是天線的核心部件。天線振子作為天線的主要組成部分，主要負責將信號放大和控制信號輻射方向，同樣可以使天線接收到的電磁信號更強。

 

　　5G時代由于頻段更高且采用Massive-MIMO技術，天線振子尺寸變小且數量大幅增長，綜合考慮天線性能及AAU安裝問題，塑料天線振子方案具有一定的綜合優勢。

 

　　為了應對5G新型天線的變化，市場上出現了全新的工藝——3D選擇性電鍍塑料振子方案。

 

　　所謂的塑料天線振子即采用內含有機金屬復合物的改性塑料材料，用注塑成型的方式將復雜的3D立體形狀一次性制造出來，再利用特殊技術使塑料表面金屬化。塑料振子在保證天線滿足5G電器性能的同時，產品重量大大減輕，減少了危險過程工序，也節約了成本。

 

　　3D塑料振子除了重量非常輕，還能滿足鈑金和壓鑄工藝所不能實現的精度要求。注塑和選擇性電鍍都是精度非常高的工藝，將它們結合在一起，可以保證天線振子精度滿足3.5G以上的高頻場景要求。

 

　　陶瓷介質濾波器優勢多

 

　　4G時代，通信基站主要采用金屬腔體濾波器方案。5G時代，基站通道數擴展 16 倍，器件小型化成為趨勢，陶瓷介質濾波器具有輕量化和小型化優勢，同時具有可靠的機械結構、無振動結構，便于自動化組裝，長期來看，將成為 5G 基站主流部件。

 

　　高高聳立的通訊塔大都是鋼結構，但腐蝕是個大問題，復合材料可以解決這個問題。復合材料比較輕，使用無扣件連接技術，塔結構的各個獨立部件可以快速組裝，在裝配過程中不需要金屬螺栓，安裝方便，還減輕了整個塔體的重量。

 

　　天線罩要具有良好的電磁波穿透特性，機械性能上要能經受外部惡劣環境的侵蝕如暴風雨、冰雪、沙塵以及太陽輻射等。在材料要求方面，要求在工作頻率下的介電常數和損耗角正切要低，及要有足夠的機械強度。

 

　　一般而言，充氣天線罩常用涂有海帕龍橡膠或氯丁橡膠的聚酯纖維薄膜；剛性天線罩用玻璃纖維增強塑料；夾層結構中的夾心多用蜂窩狀芯子或泡沫塑料。

 

　　而在5G趨勢下，性能優越的復合材料成為備受歡迎的天線外罩材料。復合材料能起到絕緣防腐、防雷、抗干擾、經久耐用等作用，而且透波效果非常好。

 

 

　　5G 時代，針對手機結構、形態新的要求，例如小型化、超薄化、全面屏等，都需要新的工藝和材料支撐。無線充電、NFC 等功能需求加快手機后蓋去金屬化推進，帶動 PC/PMMA 共擠復合板材市場規模大幅上升。

 

　　5G時代，對 5G應用設備材料提出了更嚴苛的要求。由于5G走的是對金屬敏感的毫米波，使用金屬外殼將會屏蔽信號。塑料復合材料憑著優越的性能，成為手機后蓋的潮流選擇。

 

　　當中，熱門的要數PC/PMMA復合板材。這種材料是將PMMA和PC通過共擠(非合金材料)制得，包括PMMA層和PC層。

 

　　MMA層加硬后能達到4H以上的鉛筆硬度，保證了產品的耐刮擦性能，而PC層能確保其具有足夠的韌性，保證了整體的沖擊強度。

 

　　高頻率、硬件零部件的升級以及聯網設備及天線數量的成倍增長，設備與設備之間及設備本身內部的電磁干擾無處不在，電磁干擾和電磁輻射對電子設備的危害也日益嚴重。

 

　　與此同時，伴隨著電子產品的更新升級，設備的功耗不斷增大，發熱量也隨之快速上升。

 

　　未來高頻率高功率電子產品要著力解決其產生的電磁輻射和熱。

 

　　為此，電子產品在設計時將會加入越來越多的電磁屏蔽及導熱器件。因此電磁屏蔽和散熱材料及器件的作用將愈發重要，未來需求也將持續增長。

 

　　以導熱石墨烯為例，5G手機有望在更多關鍵零部件部位采用定制化導熱石墨烯方案，同時復合型和多層高導熱膜由于具備更優的散熱效果而將會被更多采用。

 

 

 

　　2019年年中，科思創亞太區創新副總裁施馬可表示，公司已成功研發了適用于5G基站的外殼材料。

 

　　施馬可表示，5G技術擁有頻率高、波長短的特點，導致其信號衰減程度較大，這意味著需要借助于大量5G微型基站的部署不斷放大信號，確保信號覆蓋。相比于4G時代，5G的微型基站數量預計將增加約20倍左右。

 

　　而在開發5G基站的過程中，必須確保5G的高頻信號能夠順利穿透外殼，這對材料提出了較高要求。在一年多前，科思創位于上海的聚合物研發中心啟動了這項針對5G基站外殼材料的實驗。

 

　　巴斯夫創新聚氨酯解決方案為5G通信塔提供穩固支持巴斯夫Elastolit?聚氨酯（PU）創新材料解決方案為部署5G網絡提供助力。安徽匯科恒遠復合材料有限公司（匯科）采用Elastolit制成60座通信塔，分布在北京、蘇州以及黑龍江和江西的多個城市。

 

　　相比傳統混凝土或鋼基材料，采用Elastolit?制成的通訊塔質量更輕，即便在偏遠地區亦可快速安裝，同時能夠抵御大雪和強風等惡劣天氣。

 

　　巴斯夫亞太區特性材料部高級副總裁鮑磊偉（Andy Postlethwaite）表示：“5G基站承載傳輸設備和天線，必須在惡劣天氣條件下保持強韌。采用巴斯夫PU復合材料制成的35米高通信塔重約1,500至1,800千克，其斷裂強度是自身重量的十倍。”

 

　　不僅如此，Elastolit?制成的通訊塔較傳統鋼塔更具成本效益。Elastolit?具有耐銹和耐腐蝕特性，所需維護量更小。表面覆蓋有一層特殊配方的耐紫外線涂層，能夠延長其使用壽命。同時具有防火性，能夠迅速自熄。

 

　　俄羅斯物理學家開展用于5G設備的復合材料性能研究俄羅斯托木斯克州立大學（TSU）的放射物理學家正在建立一個復合材料性能數據庫，該數據庫可輔助創建在太赫茲范圍內運行的5G及空間通信設備?？茖W家們正在用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）工程塑料和碳納米管研制復合材料，并在10兆赫至1太赫茲的頻率范圍內測量其性能。

 

　　為了開發這種原始材料，放射物理學家正在使用聚合物，并在化學工藝的輔助下，用碳納米管進行填充。這些材料目前正由俄羅斯科學院西伯利亞分院的波列斯科夫催化研究所為放射物理學院的太赫茲實驗室生產。

 

　　“通過添加不同含量的碳納米管，我們改變了材料的介電性能。例如，我們可以增加介電常數。”放射物理學院副教授、項目經理Alexander Badyin解釋說，“然后，我們使用3D打印技術，可以獲得帶有元件（導體、電阻等）的印刷電路板。我們通過控制裝置的參數來打印對照樣品（板或環），并檢測復合材料在太赫茲范圍內的工作性能。”

 

　　研究人員表示，此前的科研工作主要聚焦在4-5千兆赫茲的家用輻射頻段中。而TSU科學家團隊的工作范圍更廣——高可達1太赫茲。研究人員表示，目前這項研究還不夠充分。截至2019年12月，研究人員已經研究了近50個樣品的特性。

 

　　日本信越化工推出“石英布”等適應5G時代需求的產品日本信越化學工業根據5G時代的需求，推出了“石英玻璃纖維布”、“熱固性低介電樹脂”，可以用于5G高頻帶的電子器件和電路基板、天線、雷達罩等。此外，信越化學工業還增加了散熱片的品種。

 

　　石英玻璃纖維布的介電常數低于3.7，消耗因數低于0.001，線膨脹系數低于1ppm/℃，傳輸損耗（電信號的劣化程度）的特性極為優異。該產品適合作為5G超高速布線基板的核心材料，天線、雷達罩的纖維增強樹脂零件等。

 

　　熱固性低介電樹脂是一種接近氟樹脂、擁有低介電常數和高強度的低彈性樹脂。它的高頻帶（10~80GHz）介電常數低于2.5，消耗因數低于0.00025。這是熱固性樹脂的低水平。由于產品的低吸濕性、對低粗度的銅箔也具有很高的粘著力，因此也可用于FCCL（軟性銅箔基材）。