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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，工信部表示，截至3月底，全國已經(jīng)建成5G基站19.8萬個，預(yù)計今年建設(shè)50萬個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時代，特種工程塑料PEI在5G應(yīng)用領(lǐng)域中獨具優(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具有卓越的機械強度和模量，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，以及獨特的電鍍能力；
6. 對于加工性能來說，PEI具有低熔融粘度和較高的流動性，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遇。由于光通信信號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小時的雙85（85℃/85%濕度）苛刻測試；同時PEI材料具有極佳的長期尺寸穩(wěn)定性，為信號傳輸提供可靠的光學(xué)對接；PEI具有高強度、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)。每個基站采用2到3面天線（AAU），每個天線可具有64到128個通道。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板連接器連接。由于5G天線對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。
無論對于傳統(tǒng)的三段式板對板連接器，還是最新的pogo-pin設(shè)計，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，高機械強度，高融接線強度，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。
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腔體的尺寸精度和與表面鍍層的結(jié)合強度，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)境模擬實驗及可靠性驗證，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，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現(xiàn)減重可高達(dá)30%；并可通過注塑加工工藝實現(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、低介電損耗及高機械強度和優(yōu)異的回彈性。隨著5G基站的逐步商用以及對進(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)形移相器將有機會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)合等方面獨具優(yōu)勢，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。
