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特種工程塑料PEI在5G領(lǐng)域的應(yīng)用
近期，三大運(yùn)營商5G基站大單紛紛落地，5G無線主設(shè)備集采共涉及5G基站52萬個(gè)，工信部表示，截至3月底，全國已經(jīng)建成5G基站19.8萬個(gè)，預(yù)計(jì)今年建設(shè)50萬個(gè)5G基站的目標(biāo)可順利完成。塑料在5G的加速中迎來屬于自己的5G時(shí)代，特種工程塑料PEI在5G應(yīng)用領(lǐng)域中獨(dú)具優(yōu)勢。
一、PEI性能優(yōu)異 聚醚酰亞胺是一種透明琥珀色的無定形熱塑性特種工程塑料，英文名：Polyetherimide，簡稱PEI。其分子結(jié)構(gòu)既含有芳香胺官能團(tuán)，又含有醚鍵結(jié)構(gòu)，相對(duì)于其他芳族聚酰亞胺（簡稱PI）是一種成本較低、產(chǎn)量較高的熱塑性PI。PEI樹脂目前由沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司（SABIC） 生產(chǎn)，商品名ULTEMTM。
1. 站在塑料金字塔頂端的PEI具有很高和長期的耐熱性能，熱穩(wěn)定性好，玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度為217°C，長期使用溫度可達(dá)170°C；具有極佳的尺寸穩(wěn)定性，在很寬的溫度范圍內(nèi)線性熱膨脹系數(shù)低且穩(wěn)定，因此環(huán)境溫度對(duì)尺寸影響甚微，在較高溫度和有負(fù)荷的情況下使用不變形，蠕變敏感度低；
2. PEI具有卓越的機(jī)械強(qiáng)度和模量，突出的電性能，在較寬的溫度（-40°C~150°C）和頻率范圍內(nèi)仍能保持基本恒定，具有穩(wěn)定的介電常數(shù)和耗散因數(shù)；
3. PEI具有很好的紅外透光性和較高的折射率；
4. 在不添加任何添加劑的情況下，PEI就有突出的內(nèi)在阻燃性，低煙密度及低熱釋放性能；
5. PEI還具有優(yōu)異的抗輻射性能和耐化學(xué)藥品性，以及獨(dú)特的電鍍能力；
6. 對(duì)于加工性能來說，PEI具有低熔融粘度和較高的流動(dòng)性，能以傳統(tǒng)的熱塑性塑料熔融加工工藝和設(shè)備成型。
綜上所述，凡牽涉到耐高溫、尺寸穩(wěn)定、紅外透過和介電穩(wěn)定等方面的應(yīng)用，PEI都有非常強(qiáng)大的優(yōu)勢。此外，加入玻璃纖維、碳纖維或其它填料，PEI還可增強(qiáng)改性進(jìn)一步提升其性能。
二、PEI在5G通信領(lǐng)域的應(yīng)用
PEI優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性、耐高溫性、可電鍍性以及透波性能使其在5G通信領(lǐng)域獨(dú)具優(yōu)勢。
1：光通訊
5G基站和數(shù)據(jù)中心布設(shè)量的大幅增加，大量數(shù)據(jù)傳輸需通過光纖互聯(lián)，這為光通信市場帶來新機(jī)遇。由于光通信信號(hào)傳輸主要是在紅外波段，所以要求材料具有很高的紅外波段透過性，低損耗，而且還需要很好的長期尺寸穩(wěn)定性和耐候性。
PEI材料在光通信領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，被廣泛應(yīng)用于光纖連接器，光收發(fā)模塊光學(xué)組件。PEI材料具有很好的紅外穿透性，在850nm-1550nm光通信頻段透過率達(dá)88%以上，其同時(shí)具備的高折光指數(shù)在隨溫度濕度變化中仍能保持恒定，可以經(jīng)受長達(dá)2000小時(shí)的雙85（85℃/85%濕度）苛刻測試；同時(shí)PEI材料具有極佳的長期尺寸穩(wěn)定性，為信號(hào)傳輸提供可靠的光學(xué)對(duì)接；PEI具有高強(qiáng)度、高模量，用于取代金屬制造光纖連接器，適配器以及其他結(jié)構(gòu)組建，或取代玻璃制造光收發(fā)模塊的透鏡，可使元件結(jié)構(gòu)最佳化，簡化其制造和裝配工藝，同時(shí)保持精確的尺寸，從而使最終產(chǎn)品的成本大幅降低。
另外，由于PEI材料具有的高尺寸穩(wěn)定及高強(qiáng)度的特性，以及非常好的耐候性，其應(yīng)用在光纖分光盒或基站的防水連接器領(lǐng)域，可滿足IP67的防水要求，能顯著提高產(chǎn)品的長期氣密性和使用可靠性。
圖?光收發(fā)模塊光學(xué)組件
2：射頻連接器
5G基站天線采用大規(guī)模多進(jìn)多出（Massive MIMO）技術(shù)。每個(gè)基站采用2到3面天線（AAU），每個(gè)天線可具有64到128個(gè)通道。天線板與射頻板之間以及天饋板和腔體濾波器板之間均采用板對(duì)板連接器連接。由于5G天線對(duì)于射頻連接器需求量大幅提高，傳統(tǒng)采用熱固性材料（PTFE）并通過CNC加工方式進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)已成為行業(yè)制約。
射頻連接器絕緣子需要材料提供良好的介電性能，低且穩(wěn)定的介電損耗，很好的力學(xué)性能，優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以便于組裝，可靠的大規(guī)模生產(chǎn)性能，PEI材料在以上各個(gè)方面均能滿足應(yīng)用需求，已成為射頻連接器絕緣子材料的首要選擇。
無論對(duì)于傳統(tǒng)的三段式板對(duì)板連接器，還是最新的pogo-pin設(shè)計(jì)，PEI材料都能滿足客戶的需求，體現(xiàn)了PEI材料在寬的溫度范圍內(nèi)尺寸穩(wěn)定，介電性能穩(wěn)定，高機(jī)械強(qiáng)度，高融接線強(qiáng)度，耐溫等方面優(yōu)于其它工程塑料的特性，為客戶提供更穩(wěn)定的產(chǎn)品表現(xiàn)，降低成本。
除板對(duì)板連接器之外，饋線接頭用DIN連接器的金屬外殼取代，傳統(tǒng)的射頻同軸連接器絕緣子及外殼也廣泛采用了PEI材料。
3：濾波器
隨著5G天線通道數(shù)的大幅增加，以及天線與RRU整合為AAU，有報(bào)道稱5G天線的重量將比4G天線的重量增加30% 到80%。如何為5G天線減重已成為各大天線廠家及基站設(shè)備供應(yīng)商關(guān)注的話題。金屬濾波器的塑膠化再次成為各大設(shè)備廠家關(guān)注的焦點(diǎn)。
濾波器腔體要求塑料材料具有較高的耐熱溫度，甚至有些天線廠家提出了滿足高溫回流焊制程的需求；同時(shí)要求材料具有與金屬相匹配的線性膨脹系數(shù)，且隨溫度的升高保持恒定；具有優(yōu)異的電鍍性能以保證在高低溫時(shí)腔體的尺寸精度和與表面鍍層的結(jié)合強(qiáng)度，從而確保濾波器在工作期間的性能穩(wěn)定。金屬化后的塑料材料，可通過環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)及可靠性驗(yàn)證，包括高低溫循環(huán)測試，濕熱老化測試等，材料不變形，鍍層不脫落，機(jī)械性能保持穩(wěn)定。
PEI樹脂材料作為高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的無定形材料，因其具有的與鋁合金相近的線性熱膨脹系數(shù)，隨溫度的升高保持恒定，具有優(yōu)異的耐熱性和尺寸穩(wěn)定性，長期可靠性，介電損耗低且穩(wěn)定，可電鍍，并具有良好的金屬粘結(jié)性等特點(diǎn)，顯現(xiàn)出了在腔體濾波器應(yīng)用上其他塑料材料所不可比擬的優(yōu)勢，為5G基站天線腔體濾波器單元實(shí)現(xiàn)減重可高達(dá)30%；并可通過注塑加工工藝實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，保持批次間尺寸精度，降低生產(chǎn)成本。
鑒于PEI的優(yōu)異特性，PEI材料在3G ,4G時(shí)代已被廣泛應(yīng)用于濾波器相關(guān)部件，譬如調(diào)諧螺桿，飛桿底座，固定螺絲等。隨著5G的技術(shù)發(fā)展，產(chǎn)品尺寸減少，精度和力學(xué)性能要求更嚴(yán)格，PEI的應(yīng)用優(yōu)勢越來越顯著。
圖?腔體濾波器 4：移相器 在基站天線中，PEI還被廣泛應(yīng)用于移相器，不管是介質(zhì)移相器的介質(zhì)片還是環(huán)形移相器中的PCB支架，都得益于PEI材料的在寬泛的溫度范圍內(nèi)良好的尺寸和介電性能的穩(wěn)定性、低介電損耗及高機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)異的回彈性。隨著5G基站的逐步商用以及對(duì)進(jìn)一步降低能耗和成本的追求，傳統(tǒng)的介質(zhì)移相器或環(huán)形移相器將有機(jī)會(huì)取代芯片移相器廣泛應(yīng)用于5G massive MIMO 天線中。 綜上所述，特種工程塑料PEI在5G領(lǐng)域中，由于其相對(duì)其它工程塑料在耐熱，尺寸穩(wěn)定，介電穩(wěn)定，與金屬結(jié)合等方面獨(dú)具優(yōu)勢，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。
