根據(jù)全球各大運(yùn)營商的公開時(shí)間表,盡管要到2020年日本的東京奧運(yùn)會(huì)5G業(yè)務(wù)才有可能商用,但這個(gè)時(shí)間可能會(huì)進(jìn)一步加快。據(jù)了解,在2018年的韓國冬奧會(huì)上,韓國運(yùn)營商就會(huì)提前提供5G服務(wù)。美國的Verizon也已搶先確定5G頻段。
由于5G、IOT等應(yīng)用將采用更高的頻率,從過去的3GHz以下逐漸上升為6GHz甚2~30GHz,這將給天線射頻材料帶來新的技術(shù)趨勢(shì)。在日前由羅杰斯與元器件分銷商世強(qiáng)聯(lián)合主辦的“2016羅杰斯亞洲先進(jìn)互聯(lián)連接解決方案天線研討會(huì)”上,羅杰斯先進(jìn)線路板材料事業(yè)部副總裁Jeff Grudzien表示,頻率不斷升高的過程中對(duì)板材損耗有*高的要求。在高頻率下如何做到更低損耗成為5G天線板材的一大挑戰(zhàn)。此外,由于5G的Massive MiMO天線數(shù)目和復(fù)雜度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于4G的有源天線系統(tǒng)。所以對(duì)于天線的尺寸,提出了更高的要求。另外由于需要在更小的尺寸集成更多的東西,5G相對(duì)4G對(duì)于材料的導(dǎo)熱率也提出了更高的要求。
除了功率以及設(shè)備小型化之外,另一個(gè)挑戰(zhàn)是如何在更小的空間布局內(nèi)完成散熱的功能?!拔覀児驹诟邔?dǎo)熱率值的板材上有更多的研究,因?yàn)轭l率的上升,板材的選型會(huì)比較薄。如何在*薄的材料上能夠完成我們的高導(dǎo)熱率值也是一個(gè)挑戰(zhàn)?!盝eff Grudzien同時(shí)表示,隨著5G通信在天線中加入越來越多的頻段,基站的鐵塔上已經(jīng)布置*多的天線,天線設(shè)計(jì)變得越來越復(fù)雜。因?yàn)楣β?,工程師希望把有源電路放到天線系統(tǒng)里,形成有源天線系統(tǒng),這就需要將更多的部件放在一個(gè)有限的空間內(nèi)。這種情況下多層PCB板開始替代過去的電纜滿足復(fù)雜天線設(shè)計(jì)需求。
Jeff Grudzien表示,羅杰斯獨(dú)有的熱固型樹脂可以滿足以上提到的高頻、多頻,復(fù)雜天線系統(tǒng)的需求。在射頻領(lǐng)域,羅杰斯占有很大的市場(chǎng)份額。2014年,羅杰斯收購了天線領(lǐng)域的廠商雅龍,將其天線產(chǎn)品線進(jìn)行了更大擴(kuò)展。在沒收購雅龍之前,羅杰斯在天線上的解決方案就是熱固型樹脂。因?yàn)檫@種材料之前并不為國內(nèi)大多數(shù)工程師所熟悉,主要還是使用特氟龍材料(PTFE熱塑型樹脂)。
高溫處理通常是高頻線路板加工制造的重要環(huán)節(jié)。從開始形成的電介質(zhì)半固化片到覆銅層壓板,以及終加工成型的電路元件,印刷電路板(PCB)材料的制作過程都需要加熱。熱塑型和熱固型兩種類型的復(fù)合材料通常用于PCB的介電層,或者作為粘合劑用于制造覆銅板,它們各自具有自己的特征和特性。熱塑性材料通常是剛性或呈現(xiàn)硬化狀態(tài),但隨著溫度升高接近熔點(diǎn)材料會(huì)慢慢變軟。熱塑性材料可用填料來做增強(qiáng),如玻璃纖維或陶瓷材料。熱固性材料變硬過程是熱化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果,例如,將兩種環(huán)氧樹脂混合在一起時(shí)會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),材料會(huì)變硬。由于它們開始時(shí)是軟的或液態(tài)的,所以熱固性材料與填充材料可以通過一個(gè)簡(jiǎn)單的過程混合達(dá)到增強(qiáng)的目的。但是一旦硬化或固化,熱固性材料通常比熱塑性材料更硬。熱固性材料硬化過程是不可逆的熱化學(xué)反應(yīng)過程,它不能像熱塑性材料那樣再次融化。熱塑性材料在常溫下是穩(wěn)定的,但熱固性材料在固化之前的保質(zhì)期是有限的。
熱塑性材料與熱固性材料相比,通常具有較小的電氣損耗。另外,隨著時(shí)間推移和溫度不斷升高,熱塑性材料電性能變化相對(duì)于熱固性材料要小。而熱固性材料會(huì)隨時(shí)間氧化。氧化過程可導(dǎo)致PCB材料的介電常數(shù)(DK)和損耗因子(DF)發(fā)生變化,并導(dǎo)致射頻/微波頻率等性能產(chǎn)生潛在的變化。通過不斷研究和改進(jìn),羅杰斯公司的科學(xué)家們,同時(shí)提高了熱塑性和熱固性材料在PCB中的性能。通過添加合適的填充材料,無論電氣性能還是機(jī)械性能都有很大幅度提高。例如,RO3000系列線路板材料是熱塑性陶瓷填充聚四氟乙烯(PTFE)復(fù)合材料,介電常數(shù)(DK)值可從3.0到10.2。作為熱塑性材料,它受時(shí)間和溫度影響較小,有著*穩(wěn)定的電氣性能及機(jī)械性能,具有較低的介電常數(shù)溫度系數(shù)(TCDk)。這相對(duì)于早期基于聚四氟乙烯(PTFE)的熱塑性線路板材料是一個(gè)巨大的改進(jìn)。與熱塑性材料相比,盡管熱固性材料不具有低電氣損耗優(yōu)勢(shì),但RO4835熱固性材料具有較低的介電損耗,使其能夠應(yīng)用于500MHz以上的低成本電路。它在10GHz頻率下Z軸介電常數(shù)為3.48,并且保證±0.05的公差。RO4835層壓板的金屬化過孔可以使用標(biāo)準(zhǔn)的加工來完成,因?yàn)樵摬牧蠈?shí)現(xiàn)了Z軸31ppm/°C的膨脹系數(shù)(CTE),基本上與銅的膨脹系數(shù)(CTE)17Dpm/℃接近。
“羅杰斯的優(yōu)勢(shì)在于有*強(qiáng)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來給板材進(jìn)行測(cè)試,對(duì)它的指標(biāo)進(jìn)行定性。我們的一致性*高,有*廣泛的多種產(chǎn)品選擇。我們的質(zhì)量控制體系能使我們?cè)谌虿煌牡攸c(diǎn)都能生產(chǎn)出品質(zhì)和一致性*高的產(chǎn)品。所以大家在使用板材的時(shí)候不必?fù)?dān)心,我們會(huì)提供本土化的支持?!盝eff Grudzien表示,羅杰斯的獨(dú)特價(jià)值在于不僅容易地加工生成多層板,這種材料同時(shí)還有輕便、低插損、低互調(diào)的優(yōu)勢(shì)。“我們的RO3003已經(jīng)在77GHz的汽車?yán)走_(dá)(汽車射頻傳感器)得到了廣泛的應(yīng)用。這表明我們的產(chǎn)品已經(jīng)可以用于7~80GHz的應(yīng)用?!?
物聯(lián)網(wǎng)通常由兩部分組成,一部分是基站,一部分是終端設(shè)備?!傲_杰斯的產(chǎn)品已經(jīng)在基礎(chǔ)設(shè)施中廣泛應(yīng)用,其中窄帶物聯(lián)網(wǎng)的基站已經(jīng)用到我們的產(chǎn)品。從終端設(shè)備來講,汽車?yán)锩?,我們常見的水表、電表里已?jīng)有所應(yīng)用。借助以前的軍用技術(shù),羅杰斯有望MIMO和有源天線系統(tǒng)的成本,使它們更廣泛地運(yùn)用到5G領(lǐng)域,以數(shù)據(jù)容量。”Jeff Grudzien表示,目前中國市場(chǎng)在羅杰斯的全球業(yè)務(wù)中已經(jīng)占到了50%?!拔覀儫峁绦蜆渲匿N售額比全球所有的特氟龍板材加起來還要多。我們有足夠的涂覆線和壓和線,可以滿足足夠的生產(chǎn)需求?!盝eff Grudzien認(rèn)為,過去5年中國市場(chǎng)發(fā)生了巨大變化,以往歐美設(shè)計(jì)、中國生產(chǎn)的模式逐漸轉(zhuǎn)變成更多中國本土的設(shè)計(jì)。為了應(yīng)對(duì)亞洲市場(chǎng)新增的客戶需求,羅杰斯在中國蘇州建有兩大工廠,并采用大數(shù)據(jù)分析生產(chǎn)的全程運(yùn)作,提高了板材的生產(chǎn)效率,能夠滿足客戶下端生產(chǎn)線的需求,且未來還將以TS-16949體系作為質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。以RO3000系列為例,其生產(chǎn)周期將會(huì)縮短18天。
羅杰斯目前主要針對(duì)三個(gè)重要領(lǐng)域:能源、保護(hù)、連接提供相應(yīng)的高性能等級(jí)材料。羅杰斯有三大核心事業(yè)部門:包括應(yīng)用于高效電機(jī)驅(qū)動(dòng)、汽車電氣化和可再生能源的電力電子解決方案;在移動(dòng)設(shè)備、機(jī)車內(nèi)飾、工業(yè)設(shè)備和功能性服裝中具有密封、振動(dòng)管理和沖擊保護(hù)作用的高性能泡沫,以及用于無線基礎(chǔ)設(shè)施、汽車及雷達(dá)系統(tǒng)的先進(jìn)線路板材料。
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1.需求背景1)建立覆蓋加工車間的分布式控制網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)NC程序的有效調(diào)用、穩(wěn)定有效傳輸和在線加工等,
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