在 5G 时代挖掘低介电常数改性塑料蕴藏的宝藏

5G 时代蓄势而来

2016 年 11 月，举办于浙江省嘉兴市桐乡市乌镇的第三届世界互联网大会，美国高通公司带来的可以实现“万物互联” 的 5G 技术原型入选 15 项“黑科技”——世界互联网领先成果。 预示着高通 5G 向千兆移动网络和人工智能迈进。

2018 年 12 月 10 日，我国工信部正式对外公布已向中国电信、中国移动、中国联通发放了 5G 系统中低频段试验频率使用许可，意味着向产业界发出了明确信号，进一步推动我国 5G 产业链的成熟与发展。

第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术， 缩写为 5G。5G 通讯不是 4G 通讯的简单升级，而是通讯方式质的飞跃。随着 5G 在基带、芯片、终端、标准层面的逐步完善、 以及三大运营商 5G 商业部署进程的加快，5G 成为 2019-2020 年科技发展焦点与核心。

《“十三五”规划纲要》提出，要积极推进 5G 发展， 2020 年启动 5G 商用。《国家信息化发展战略纲要》提出，到2020 年 5G 技术研发和标准取得突破性进展的战略目标；863 计划和重大专项三相继启动 5G 研发项目，积极支持技术创新； 《中国制造 2025》指出应全面突破第五代移动通信（5G）技术， 推动核心信息通信设备体系化发展与规模化应用；2016 年 1 月 启动 5G 技术研发试验，由 IMT-2020(5G) 推进组负责组织实施。

5G 通讯已经箭在弦上，呼之欲出。新时代、新要求、新格局，“兵马未动粮草先行”，材料是技术革命实现的基石， 5G 技术的实现也不例外。

什么材料适合 5G 通讯应用？

5G 通讯是依靠半导体材料和器件，实现无线电磁波远距离传输、收发、处理的通信技术。与传统 4G 等通信技术相比，5G 需满足全频谱接入、高频段乃至毫米波传输、高频谱效率三大基础性能要求，因此对器件原材料也提出了更高的性能和升级的需求。大规模集成化、高频化、高频谱效率是 5G 材料 的重点。

大规模集成化需要将大量晶体管组合到单一芯片的集成电路中，利用有限的空间实现复杂的芯片指令。大规模集成化生产的 5G 器件能够有效利用各类移动通信频谱（现有通信技术的低频波段和 5G 规划的高频波段，乃至毫米波）资源来提升数据 传输速率和系统容量，是实现全频谱接入的关键性技术工艺。

5G 规划使用的电磁波段均为高频波段，虽然高频率电磁波段可以提供极致数据传输速度和容量，但同时高频电磁波的传输更容易造成路径受阻和损耗，以及波形和能量消耗等问题。这就需要功率半导体芯片对电磁波信号的接收灵敏度高，一是 MOS 栅极材料具有高介电常数和低介电损耗等；二是需要源极 和漏极的材料能够实现载流子的快速响应。

5G 通信需要具有高频谱效率，能在单位时间和单位频谱宽度内尽可能的传输更多的字节数。初步估计，5G 基站的峰值频谱效率需要不低于 20Gb/s。高频谱效率一是需要优化天线布局，采用 Massive MIMO 等；二是需要半导体材料具有高电子 迁移率，如采用化合物半导体材料制成的射频芯片等。

基于以上要求，我们可以看到，虽然围绕 5G 智能手机原材料的争夺战愈发激烈，但制造 5G 手机的材料将不再是金属，而是对电波信号影响更小的玻璃和树脂。玻璃及树脂等原材料 企业巨头已经为这一轮新需求的到来热血沸腾。

据报道称，特种玻璃生产巨头美国康宁公司已经研发出了使用“大猩猩玻璃”制造的不易碎裂的机身背板。与铝和不锈钢相比，高频率无线电波更容易从玻璃材料中通过，也能提高无线充电的效率。苹果公司的 iPhone X 等机型已经采用了玻璃 背板。康宁方面信心满满，表示面向 5G 手机的业务洽谈也很多。

帝人公司则制造出了使用芳纶纤维的强化塑料制造的手机背板。此前也有用树脂制造背板的先例，但是帝人公司的这款产品重量更轻、耐冲击性也更好，并且已经用在了夏普的新款智能手机 AQUOS zero 上。

低介电常数改性塑料发展充满机遇

改性塑料是 5G 技术实现必需的基础原材料之一，在智能手机、平板电脑（Ipad）、个人数码助理（PDA）、笔记本电脑、 电子书阅读器、可穿戴设备、掌上游戏机和智能金融终端机（拉卡拉、POS 机）、智能信息终端机、智能视频影音终端机、智能家居、智能家电、智能传媒、智能汽车、智能交通、智能物 流运输、智能城市等领域广泛应用。通讯方式的巨大改变使得 材料人必须深入研究和设计改性塑料的介电性能。

改性塑料的介电常数对 5G 通讯毫米波的信号传输速度、 信号延迟、信号损失等的影响很大，降低改性塑料的介电常数 有利于提高智能终端的信号传输速度、降低信号延迟、减少信号损失。因此，低介电常数改性塑料蓄势待发，研究、设计并制备各行各业适用的低介电常数改性塑料迫在眉睫。 低介电常数改性塑料的六大应用领域有：5G 基站、微基 站系统的壳体和包覆、防护材料；数据通讯终端、多媒体终端 等智能终端的壳体、中框等支撑、包覆、防护材料；天线与射频模块包覆、防护材料；VR、AR 等可穿戴设备的外壳、中框 等防护、包覆材料；智慧生态物联网、车联网中各元素的壳体、 框架等支撑、防护材料；工业自动化、远程医疗、自动驾驶的仪器与设备的壳体与框架材料。

改性塑料为多成分并经过高温物理化学过程的复合材料， 降低其介电常数的途径很多，最常用的例如：选择介电常数较 低的树脂例如 PPO、PS、POK 等作为基材或者作为合金成分； 增强纤维采用低介电常数品种，例如最常用的玻璃纤维的介电常数 6-7 左右，目前市场已有介电常数为 4-5 的低介电玻璃纤维出现；配方设计时尽量选择低介电常数的助剂，例如增韧剂 尽可能采用 POE、SEBS 等，润滑剂尽可能采用 PE 蜡、PTFE 蜡粉等；配方中引入低介电常数填充料，例如云母粉、高岭土等； 通过添加特殊成分或生产工艺改变材料的微观拓扑结构与形态； 空气的介电常数近似 1，改性塑料中引入纳米或微米级的微孔 可以显著降低材料的介电常数。

以低介电常数改性塑料为基础，结合 LDS 技术、3D 打印技术、NMT 技术等新工艺技术，改性塑料必将更好更快的支持 和响应智慧生态的到来。必须强调的是，5G 时代，改性塑料设 计人员既要关注改性塑料的力学性能、耐热性和加工性能，又要关注并协调材料的介电性能，才能设计和制备出满足万物互联生态智慧的材料。

本文部分资料来源艾邦高分子、参考消息、赛迪智库等网站

本刊编辑组稿