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Análise comparativa de LCP e MPI para aplicativos de antena 5G de alta frequência

1 Introdução

Como um componente fundamental indispensável da comunicação sem fio, a inovação tecnológica da antena é um dos principais motores que impulsionam a conectividade sem fio. Ao mesmo tempo, com o rápido desenvolvimento de produtos de terminais inteligentes em direção a fatores de forma mais finos, mais leves e menores, as antenas de telefones celulares evoluíram das primeiras antenas externas para antenas embutidas, formando um cenário de mercado em que os processos de placa flexível são dominantes; as antenas de placa flexível agora detêm mais de 70% de participação no mercado. Isso levou a uma rápida expansão do mercado de circuitos impressos flexíveis (FPC). Os materiais de substrato de placas de circuito flexível atuais e emergentes se concentram principalmente em dois materiais: LCP e MPI, sendo este último um material que melhora as desvantagens do material PI tradicional para obter propriedades superiores. Este artigo analisará as vantagens e desvantagens comparativas desses dois materiais sob a perspectiva dos requisitos do material de transmissão de sinal e das propriedades estruturais inerentes aos próprios materiais.

Internal Flexible Circuit Board Structure of Smartphones

Fig. 1 Estrutura interna da placa de circuito flexível dos smartphones

2 Novos desafios para os materiais de antena impostos pelos sinais de alta frequência do 5G

A tecnologia de comunicação 5G é, sem dúvida, a tecnologia de via de informação que está se desenvolvendo mais rapidamente atualmente. O 5G não apenas melhora significativamente o desempenho da banda sub-6GHz, mas, o que é mais importante, dá um salto para o uso generalizado das bandas de ondas milimétricas (mmWave) (por exemplo, 28GHz, 39GHz). Essas bandas são como amplas rodovias sem precedentes para o fluxo de dados, oferecendo taxas de transmissão extremamente altas (teoricamente até 10 Gbps ou mais) e imensa capacidade de rede, capaz de suportar aplicativos de ponta, como streaming de vídeo em tempo real 4K/8K, realidade aumentada/virtual e direção autônoma.

No entanto, as taxas de transmissão extremamente altas vêm acompanhadas de perdas significativas de transmissão. De acordo com os princípios de propagação de ondas de rádio, quanto maior a frequência, maior a perda de caminho e a perda de absorção atmosférica do sinal no espaço. Isso significa que os sinais de ondas milimétricas não "viajam para longe", resultando em uma cobertura relativamente limitada. A penetração é outro grande desafio; as ondas milimétricas são ineficazes para penetrar em obstáculos comuns, como paredes, vidros ou até mesmo folhas, e suas características de propagação de linha de visão exigem uma conexão o mais desobstruída possível entre o transmissor e o receptor.

Em última análise, esses desafios afetam diretamente o atributo crucial da integridade do sinal. Qualquer perda de energia ou distorção de sinal durante a transmissão pode levar diretamente a conexões instáveis, velocidades reduzidas e maior latência.

Para atender às rigorosas demandas da transmissão de sinais de alta frequência do 5G, os materiais do substrato da antena devem atingir um alto padrão de desempenho abrangente. Uma constante dielétrica baixa e estável e um fator de dissipação extremamente baixo são pré-requisitos fundamentais, determinando diretamente a eficiência e a integridade da transmissão do sinal ao minimizar a perda de energia em altas frequências. A flexibilidade e a espessura/leveza do material são igualmente essenciais, permitindo a adaptação aos layouts internos compactos e irregulares dos terminais móveis modernos. Em aplicações práticas, a estabilidade de alta frequência é indispensável, garantindo um desempenho consistente da antena em diferentes bandas de frequência de operação e ambientes de temperatura. Por fim, a confiabilidade de longo prazo de todos esses aspectos de desempenho depende, em última análise, das excelentes propriedades de barreira à umidade do material; uma taxa de absorção de umidade muito baixa evita efetivamente a degradação do desempenho elétrico devido à entrada de umidade ambiental. Esses quatro requisitos estão inter-relacionados e, coletivamente, formam os principais critérios de avaliação para materiais de antena de alta frequência 5G.

5G Millimeter-Wave Signal Propagation

Fig. 2 Propagação do sinal de ondas milimétricas 5G

3 Introdução aos materiais LCP e MPI

3.1 Definição e propriedades do LCP

A matéria-prima plástica LCP (Liquid Crystal Polymer, polímero de cristal líquido) é um novo polímero de alto desempenho que apresenta cristalinidade líquida em seu estado fundido, classificado nos tipos termotrópico (estado de cristal líquido induzido por mudança de temperatura) e liotrópico (estado de cristal líquido formado por ação de solvente). Esse material apresenta alta resistência, alta rigidez, resistência ao calor (300-425°C), baixo coeficiente de expansão térmica, retardamento de chama UL94 V-0 e excelente estabilidade dimensional, com densidade de 1,35-1,45 g/cm^3. Ele pode alcançar alto desempenho mecânico sem reforço de fibra.

Os materiais LCP apresentam constantes dielétricas e fatores de dissipação estáveis e muito baixos até frequências de ondas milimétricas, o que permite minimizar a perda de energia e a distorção de fase durante a transmissão do sinal, garantindo excelente integridade do sinal em altas frequências. Simultaneamente, o LCP possui uma taxa de absorção de umidade extremamente baixa, com quase nenhuma absorção de umidade ambiente. Essa característica evita fundamentalmente a degradação do desempenho elétrico devido à absorção de umidade, garantindo a confiabilidade de longo prazo das antenas em ambientes complexos. Além disso, o LCP oferece excelente flexibilidade e resistência mecânica, o que permite que ele seja processado em circuitos flexíveis ultrafinos, adaptando-se perfeitamente aos espaços de instalação compactos, tridimensionais e irregulares dentro dos dispositivos terminais. Sua boa estabilidade térmica e sua adequação a processos de laminação de várias camadas dão suporte adicional à integração de alta densidade e à fabricação estável de módulos de antena complexos. É a combinação orgânica dessa série de propriedades elétricas superiores, características físicas confiáveis e processabilidade adequada que estabelece a posição central do LCP no campo da transmissão de sinais de alta velocidade e alta frequência.

Liquid Crystal Polymer (LCP) Molecular Structure

Fig. 3 Estrutura molecular do polímero de cristal líquido (LCP)

3.2 Introdução à MPI e comparação com a PI

A poliimida modificada (MPI), como uma solução significativa no campo de materiais de antena 5G, é essencialmente um produto otimizado em estrutura química e formulação com base na poliimida tradicional (PI). Embora a PI tradicional ofereça excelente resistência ao calor, força mecânica e flexibilidade, sua constante dielétrica inerentemente alta e seu fator de dissipação, particularmente sua instabilidade de desempenho em altas frequências e absorção de umidade, limitam sua aplicação acima de aproximadamente 10 GHz. A MPI nasceu justamente para resolver esses problemas. Ao introduzir grupos funcionais específicos ou usar novos monômeros na cadeia molecular do PI, o MPI reduz significativamente a constante dielétrica e o fator de dissipação do material, tornando-o viável para uso em 5G Sub-6GHz e em algumas bandas de mmWave de frequência mais baixa. Ao mesmo tempo, o MPI herda perfeitamente a excelente flexibilidade, a alta resistência mecânica e o ecossistema de processamento maduro do PI tradicional. Isso significa que as linhas de produção existentes podem ser utilizadas para placas de circuito flexível MPI sem modificações dispendiosas, o que proporciona uma vantagem significativa no controle de custos e na maturidade da cadeia de suprimentos. Portanto, o MPI pode ser entendido como uma "versão atualizada de alta frequência" do PI tradicional em termos de desempenho elétrico. Não se trata de um novo material revolucionário, mas de um material "evolucionário" bem-sucedido que alcança um excelente equilíbrio entre desempenho e custo, tornando-se uma alternativa altamente competitiva em relação ao LCP de alto desempenho, especialmente na banda principal de sub-6GHz durante a comercialização inicial em larga escala do 5G.

Polyimide PI Chemical Structure

Fig. 4 Estrutura química da poliimida PI

Tabela 1 Tabela de comparação de características de MPI (poliimida modificada) vs. PI (poliimida)

Propriedade Dimensão

PI tradicional (poliimida)

MPI (poliimida modificada)

Análise comparativa e importância

Desempenho elétrico

Ruim

- Constante dielétrica alta e instável

- Alto fator de dissipação, perda significativa em alta frequência

Significativamente otimizado

- Constante dielétrica mais baixa e mais estável

- Fator de dissipação bastante reduzido

Principal aprimoramento do MPI. Por meio de modificação química, o MPI soluciona a falha fatal da perda excessiva do PI tradicional em altas frequências, permitindo seu uso em aplicações 5G Sub-6GHz e mmWave de baixa frequência.

Absorção de umidade

Alta

~1%-3% de absorção de umidade

Melhorado

Absorção de umidade reduzida (~0,4%-1%)

Melhoria fundamental da confiabilidade. A absorção de umidade deteriora o desempenho elétrico. A menor absorção de umidade do MPI garante um desempenho mais estável em ambientes úmidos, embora ainda não se iguale à resistência máxima à umidade do LCP.

Flexibilidade / resistência mecânica

Excelente

Excelente flexibilidade, resistência a rasgos e durabilidade

Excelente

Herda as excelentes propriedades físicas e mecânicas do PI

Vantagens herdadas do MPI. Ambos são muito confiáveis em termos de flexibilidade, adequados para a fabricação de circuitos flexíveis que exigem flexão dinâmica.

Processo e custo

Maduro e de baixo custo

Cadeia industrial bem estabelecida, tecnologia de processamento muito madura

Custo maduro e moderado

Totalmente compatível com as linhas de produção de PI existentes; custo ligeiramente superior ao da PI, mas significativamente inferior ao da LCP

Competitividade de mercado da MPI. Os fabricantes podem produzir sem substituir equipamentos em larga escala, o que o torna uma solução altamente econômica para a transição de 4G para 5G.

Resistência ao calor

Superior

Temperaturas de transição vítrea e de decomposição térmica muito altas, forte confiabilidade operacional a longo prazo

Excelente

Mantém a maioria das excelentes propriedades de resistência ao calor do PI

Vantagem compartilhada. Ambos podem suportar processos de solda de alta temperatura na montagem eletrônica, garantindo a durabilidade do produto.

Principais cenários de aplicação

Antenas 4G/LTE, placas de circuito flexíveis, componentes eletrônicos resistentes a altas temperaturas

Antenas 5G Sub-6GHz, algumas antenas mmWave de frequência mais baixa, circuitos flexíveis de alto desempenho

Posicionamento claro no mercado. A PI é adequada para cenários com requisitos de desempenho de baixa frequência e alta frequência; a MPI está precisamente posicionada para as principais antenas de telefonia móvel 5G, equilibrando desempenho e custo.

4 Análise comparativa abrangente de LCP e MPI

4.1 Desempenho elétrico

O LCP demonstra vantagens significativas na banda de ondas milimétricas, com sua constante dielétrica normalmente abaixo de 3,4 e um fator de dissipação tão baixo quanto 0,0025. Isso se beneficia da alta simetria do esqueleto molecular do material LCP e do movimento restrito da cadeia principal, permitindo que ele minimize ao máximo a perda de sinal e garanta a integridade do sinal ao lidar com a transmissão de sinais de ondas milimétricas de frequência mais alta. Dados da China Aerospace Science and Industry Corporation (CASIC) também confirmam as excelentes métricas do LCP de constante dielétrica ≤ 3,4 e perda dielétrica ≤ 0,0025 a 10 GHz.

Em contrapartida, a MPI, por meio de modificação química, normalmente tem uma constante dielétrica em torno de 3,6 e um fator de dissipação de cerca de 0,0035. Seu desempenho é comparável ao do LCP na banda sub-6GHz abaixo de aproximadamente 15GHz, o que é suficiente para atender aos requisitos. No entanto, quando a frequência do sinal entra no domínio mmWave acima de 15 GHz, a perda de transmissão do MPI aumenta significativamente e seu desempenho começa a ficar atrás do LCP. Consequentemente, para futuras comunicações de frequência mais alta (por exemplo, possíveis aplicativos 6G), as vantagens do LCP em termos de desempenho elétrico se tornam mais pronunciadas e necessárias.

4.2 Características físicas

As diferenças nas características físicas se refletem principalmente no desempenho térmico e na absorção de umidade.

O LCP tem uma taxa de absorção de umidade extremamente baixa, geralmente ≤ 0,04%. Essa higroscopicidade extremamente baixa significa que, em ambientes úmidos, o desempenho elétrico do LCP quase não é afetado, oferecendo uma estabilidade muito alta. No entanto, a resistência ao calor do LCP é relativamente baixa, o que representa alguns desafios para seu processo de laminação por prensagem a quente.

A absorção de umidade do MPI, embora tenha melhorado em comparação com o PI tradicional, ainda é de cerca de 1,5%, maior do que a do LCP. A absorção de umidade pode causar flutuações no seu desempenho elétrico em ambientes úmidos. Mas a vantagem do MPI está em sua ampla faixa de temperatura operacional, o que facilita o processamento, principalmente em processos de laminação por prensa de baixa temperatura. Isso também facilita o gerenciamento de sua adesão à folha de cobre.

4.3 Processo e custo

A principal vantagem do MPI está em sua cadeia industrial madura e na significativa relação custo-benefício. Como a MPI é desenvolvida a partir da poliimida tradicional, ela pode utilizar totalmente as linhas de produção de PI existentes, o que resulta em processos de produção mais maduros e rendimentos mais altos. Além disso, sua base de fornecedores é mais diversificada. Por exemplo, em 2019, a Apple conseguiu reduzir os custos e aumentar seu poder de barganha com a introdução de cinco fornecedores de antenas MPI. Isso torna as antenas MPI altamente competitivas em termos de custo, aproximadamente 1/20 do custo das LCP ou até menos.

Por outro lado, o LCP envolve processos complexos, especialmente a laminação de placas multicamadas tecnicamente desafiadora, o que leva a taxas de rendimento difíceis de controlar. Além disso, o fornecimento de matérias-primas de LCP foi dominado por muito tempo por alguns grandes fabricantes internacionais (por exemplo, Toray, Sumitomo, Polyplastics of Japan), o que também elevou os custos. No entanto, essa situação está mudando. Nos últimos anos, com o apoio das políticas do governo chinês, o setor de LCP da China registrou um rápido avanço tecnológico e expansão da capacidade. A taxa de localização aumentou significativamente de 20% em 2022 para 40% em 2023 e espera-se que ultrapasse 50% até 2025. Empresas nacionais como Kingfa Sci. & Tech., Prite e Watt estão expandindo ativamente a produção, o que deve melhorar a cadeia de suprimentos e a estrutura de custos do LCP no futuro.

4.4 Flexibilidade

Em termos de flexibilidade, ambos os materiais atendem aos requisitos básicos para placas de circuito flexíveis, mas com ênfases ligeiramente diferentes.

O próprio material LCP possui boa flexibilidade, adequada para a maioria dos cenários que exigem flexão.

O MPI herda a excelente flexibilidade do material PI. Alguns relatórios indicam que as placas de circuito flexível MPI estruturalmente otimizadas podem até mesmo apresentar resistência superior à flexão em comparação com o LCP.

Entretanto, em projetos de placas multicamadas mais complexas, o desempenho e a confiabilidade do LCP são geralmente considerados superiores.

4.5 Confiabilidade

A confiabilidade do material está diretamente relacionada ao desempenho estável da antena durante o uso a longo prazo.

O LCP, com sua baixa absorção de umidade e propriedades químicas estáveis, apresenta excelente desempenho em resistência química, retardamento de chamas e estabilidade de desempenho a longo prazo, resultando em alta confiabilidade geral. Sua estabilidade dimensional também é excelente, normalmente dentro de ±0,1%.

A confiabilidade do MPI é suficiente para aplicações gerais. Os dados de sua resistência ao descolamento (≥1,0 kgf/cm) indicam uma boa força de adesão à folha de cobre. No entanto, em ambientes com alta umidade, devido à sua maior absorção de umidade em comparação com o LCP, seu desempenho a longo prazo pode enfrentar desafios. O MPI também possui boa estabilidade dimensional (dentro de ±0,1%) e resistência à solda (sem delaminação ou formação de bolhas após 3 ciclos de 10s de imersão em solda a 300°C).

Tabela 2 Análise de comparação de propriedades de LCP vs. MPI

Comparação Dimensão

LCP

MPI

Conclusão comparativa

Desempenho elétrico

Excelente. Perda dielétrica extremamente baixa, especialmente adequada para bandas mmWave, e ótima integridade de sinal.

Bom. Apresenta bom desempenho em bandas de sub-6GHz e mmWave de baixa frequência, mas a perda é ligeiramente maior do que a do LCP em frequências muito altas.

O LCP ganha em desempenho, sendo a melhor opção para mmWave.

Características físicas

Absorção de umidade extremamente baixa (<0,04%), desempenho não afetado pela umidade ambiente e alta estabilidade.

Maior absorção de umidade do que o LCP; o desempenho pode variar ligeiramente em ambientes com alta umidade.

O LCP tem vantagens claras em termos de estabilidade e confiabilidade.

Processo e custo

Processo complexo, especialmente a desafiadora laminação multicamada; alto custo de matéria-prima; cadeia de suprimentos relativamente concentrada.

Processo maduro, alta compatibilidade com as linhas de PI existentes, menor custo de fabricação e cadeia de suprimentos mais completa.

A MPI tem uma vantagem absoluta em termos de custo e conveniência de fabricação.

Flexibilidade

Boa, mas o material é um pouco frágil, exigindo atenção durante flexões repetidas.

Excelente, com flexibilidade excepcional e grande durabilidade.

O MPI é superior em cenários de aplicação de flexão dinâmica.

Confiabilidade

Alta, devido às propriedades químicas e físicas estáveis.

Boa, mas o desempenho de longo prazo em ambientes com alta umidade requer atenção.

A confiabilidade de longo prazo do LCP é mais favorável.

5 LCP e MPI em diferentes cenários de aplicação

No vasto ecossistema de aplicações do setor 5G, o LCP e a MPI não estão em uma relação de substituição simples. Em vez disso, com base em seu respectivo desempenho e posicionamento de custo, eles formaram uma estrutura de mercado clara e complementar, cada um demonstrando seus pontos fortes em diferentes campos de batalha.

5.1 LCP para aplicativos de ponta

O LCP, com seu incomparável desempenho e confiabilidade em alta frequência, ocupa firmemente o mercado de ponta. Suas aplicações estão concentradas principalmente em campos que exigem desempenho de alto nível:

Smartphones de ponta, especialmente modelos mmWave: Nos principais telefones que suportam bandas mmWave (por exemplo, 28/39 GHz), qualquer pequena perda no caminho de transmissão do sinal afeta diretamente a experiência do usuário. O fator de dissipação extremamente baixo do LCP faz dele a melhor opção para transportar linhas de alimentação em módulos de antena mmWave (por exemplo, Antenna-in-Package ou AiP), garantindo que a preciosa energia do sinal seja irradiada ao máximo em vez de ser perdida na placa de circuito. Por exemplo, a Apple adotou explicitamente soluções de antena LCP nos modelos americanos do iPhone 12 e nos modelos subsequentes compatíveis com mmWave para atender aos rigorosos requisitos de desempenho de mmWave no mercado norte-americano.

Módulos de mmWave e equipamentos de estação base: Não apenas no lado do terminal, mas também no lado da estação rádio-base, especialmente em células pequenas e módulos de transmissão mmWave, os requisitos de integridade do sinal são mais rigorosos. Esses dispositivos lidam com maior potência e sinais mais complexos. A baixa perda e a estabilidade do LCP podem reduzir efetivamente a perda geral do link do sistema, melhorar o alcance da cobertura e a qualidade do sinal, tornando-o um material essencial para a construção de uma infraestrutura de rede 5G de alto desempenho.

Futuros dispositivos vestíveis e equipamentos de AR/VR: Essas categorias de dispositivos levam a utilização do espaço interno ao seu limite absoluto. As antenas LCP não são apenas ultrafinas e flexíveis, mas também podem ser co-moldadas com outros componentes, permitindo a integração tridimensional (3D) que maximiza a economia de espaço. Simultaneamente, os equipamentos de AR/VR exigem a transmissão em tempo real de grandes quantidades de dados de alta definição, o que impõe demandas extremamente altas em termos de taxas de transmissão e baixa latência. O desempenho de alta frequência e ampla largura de banda do LCP atende perfeitamente a esse requisito, fornecendo o suporte fundamental necessário para uma experiência imersiva perfeita.

Liquid Crystal Polymer (LCP) Manufacturing Industry

Fig.5 Indústria de fabricação de polímero de cristal líquido (LCP)

5.2 O vasto mercado da MPI: A escolha equilibrada e escalável

O sucesso da MPI está em sua identificação precisa do equilíbrio ideal entre desempenho e custo, capturando o mais amplo mercado convencional na onda de adoção em massa do 5G.

Smartphones 5G convencionais (Sub-6GHz): A grande maioria das redes 5G globais atualmente se concentra na implantação e na cobertura na banda sub-6GHz. Dentro dessa banda, o desempenho elétrico otimizado da MPI é totalmente capaz de atender aos requisitos operacionais, e a diferença de desempenho em relação à LCP não é perceptível na experiência prática do usuário. No entanto, seu custo é muito menor do que o do LCP, e sua cadeia de suprimentos é mais madura e estável. Portanto, para muitos fabricantes de smartphones que buscam uma boa relação custo-benefício e pretendem conquistar rapidamente uma fatia do mercado, a MPI se torna a opção inegável de "multifuncional", apoiando a remessa global de grandes quantidades de telefones 5G de médio a alto padrão.

Dispositivos de IoT e antenas automotivas: O campo da IoT é altamente sensível ao custo, e muitos dispositivos não exigem velocidades de comunicação máximas, mas precisam de conectividade confiável. A MPI oferece conectividade 5G superior à PI tradicional a um baixo custo, o que a torna muito adequada para vários terminais de IoT, como medidores inteligentes e sensores industriais. Além disso, em veículos inteligentes conectados, as antenas automotivas precisam resistir a variações de temperatura e vibrações severas. A excelente resistência ao calor e a flexibilidade da MPI, combinadas com sua vantagem de custo, fazem dela uma opção atraente para antenas 5G automotivas.

Transição de tecnologia e solução de backup da cadeia de suprimentos: Para os fabricantes, a dependência de uma única fonte de suprimento representa um risco significativo. A existência da MPI proporciona uma valiosa flexibilidade estratégica para os fabricantes de celulares. Quando o fornecimento de LCP é escasso ou os preços flutuam, os fabricantes podem mudar rapidamente para as soluções da MPI para proteger a produção. Ao mesmo tempo, durante os estágios iniciais do desenvolvimento do projeto, os processos maduros da MPI podem ajudar os engenheiros a concluir a verificação do projeto e o aumento da produção mais rapidamente, servindo como um caminho de transição tecnológica eficiente e de baixo risco.

6 Perspectivas futuras: Tendências, desafios e convergência

Embora o LCP e a MPI tenham posições claras no mercado atual, seu desenvolvimento futuro ainda enfrenta desafios e oportunidades. A tendência geral não é de simples substituição, mas sim de uma integração mais profunda por meio da evolução tecnológica e das compensações de custo.

6.1 O futuro do LCP: Oportunidades e gargalos coexistem

O material LCP é considerado uma das soluções definitivas para a fase 5G mmWave, mas sua aplicação em larga escala ainda precisa superar vários obstáculos importantes. O principal desafio é a questão do custo. Atualmente, o custo do filme de LCP é muito mais alto do que o do MPI, em parte devido à sua taxa de rendimento do produto e às limitações no fornecimento de filmes. Em segundo lugar, o processo de fabricação de substratos de LCP multicamadas é outro gargalo técnico que precisa ser superado. O processamento de substratos de LCP multicamadas é complexo e envolve várias etapas de precisão, como perfuração a laser UV, remoção de manchas úmidas e limpeza a plasma. Qualquer desvio em qualquer etapa pode afetar o desempenho e o rendimento do produto final. Além disso, a concentração relativa da cadeia de suprimentos já foi uma restrição, com um número limitado de fabricantes globalmente capazes de fornecer de forma estável resina de LCP de alto desempenho para filmes.

Apesar disso, o futuro do LCP continua promissor. A tendência é que, com a proliferação do 5G mmWave e o progresso contínuo nos processos, sua participação no mercado deve continuar aumentando. Especialmente em smartphones de ponta, módulos/estações base mmWave e futuros dispositivos vestíveis e campos de AR/VR com demandas extremas de espaço interno, o LCP continua insubstituível devido ao seu desempenho superior de alta frequência e características de baixa perda. Quando houver avanços na capacidade de produção e nas taxas de rendimento, os custos do material diminuirão ainda mais, acelerando sua penetração no mercado.

6.2 O futuro da MPI: Manutenção do mercado principal por meio de melhorias

Como uma tecnologia madura, o núcleo futuro da MPI está na otimização contínua. O desafio que ela enfrenta é como otimizar ainda mais seu desempenho em bandas de frequência mais altas (por exemplo, acima de 15 GHz) para diminuir a diferença em relação à LCP. Na banda mmWave, a perda de transmissão da MPI aumenta significativamente em comparação com a LCP.

Portanto, a tendência de desenvolvimento da MPI se concentrará na ampliação de seu ciclo de vida tecnológico por meio de melhorias na formulação química. Na atual era do 5G Sub-6GHz, a MPI continua sendo o pilar principal devido à sua excelente relação custo-desempenho. Por meio de melhorias contínuas na formulação, espera-se que a MPI mantenha sua vantagem de custo e, ao mesmo tempo, melhore seu desempenho nas bandas de frequência de borda, consolidando assim sua posição em aplicações sensíveis ao custo, como os principais smartphones 5G, dispositivos de IoT e antenas automotivas.

6.3 Coexistência e convergência: Arquiteturas complementares e exploração de novos materiais

O cenário futuro dos materiais de antena não é uma substituição do tipo "o vencedor leva tudo", mas tende mais para a coexistência e a complementaridade. Uma estratégia típica é o surgimento de esquemas de design híbrido "dominante em MPI e complementar em LCP". Em dispositivos como smartphones, o material MPI, que oferece desempenho suficiente e custo superior, pode ser usado para a maioria das antenas da banda sub-6GHz, enquanto o material LCP, mais excelente, é usado para módulos mmWave específicos ou canais de transmissão de dados de alta velocidade altamente sensíveis à perda de sinal. Esse modelo de uso híbrido equilibra o custo geral e, ao mesmo tempo, garante o desempenho principal, proporcionando aos fabricantes maior flexibilidade de projeto.

Além da evolução do LCP e do MPI em si, o setor não para de explorar materiais mais novos e mais avançados. Por exemplo, para atender às frequências potencialmente mais altas e aos requisitos mais rigorosos das futuras gerações 6G, a tecnologia de placa flexível híbrida com guia de ondas ópticas já é vista como uma possível direção de desenvolvimento. Simultaneamente, outros materiais poliméricos de alto desempenho (como PTFE) e compostos preparados com a adição de enchimentos cerâmicos especiais também são candidatos em potencial para futuros materiais de substrato de alta frequência, com o objetivo de alcançar a unificação de menor perda, maior estabilidade e melhor processabilidade.

7 Conclusão

A tecnologia 5G, especialmente sua evolução para bandas de ondas milimétricas, impõe exigências rigorosas sem precedentes ao desempenho dos materiais de antena. Nessa transformação tecnológica, o LCP (Liquid Crystal Polymer, polímero de cristal líquido) e a MPI (Modified Polyimide, poliimida modificada), como duas soluções de substrato flexível convencionais, demonstraram características distintas e posicionamento no mercado.

Em resumo, o LCP, com suas propriedades elétricas de alta frequência excepcionais (como constante dielétrica e fator de dissipação extremamente baixos) e resistência à umidade quase perfeita, estabeleceu-se como referência tecnológica em campos que exigem desempenho de alto nível, tornando-se a escolha preferida para cenários de aplicação de mmWave de ponta. Enquanto isso, a MPI, por meio de uma modificação química bem-sucedida, alcança um equilíbrio excepcional entre desempenho e custo. Ele herda os processos maduros e as vantagens da cadeia de suprimentos do PI tradicional, apoiando a popularização em larga escala do 5G na banda principal de sub-6GHz com sua alta relação custo-benefício.

Olhando para o futuro, a relação entre LCP e MPI não é simplesmente de "substituição", mas tende mais para a "complementaridade" e a "convergência". Em um futuro próximo, os dois coexistirão em diferentes cenários de aplicação e bandas de frequência. Por um lado, a LCP precisa se concentrar em superar os gargalos relacionados ao custo e aos processos de fabricação de placas multicamadas; por outro lado, a MPI precisa de aprimoramento contínuo para enfrentar os desafios das bandas de frequência mais altas. Mais importante ainda, os esquemas de design híbrido, como "MPI dominante, LCP suplementar", juntamente com a exploração de materiais mais novos (como guias de ondas ópticas, compostos de PTFE etc.), fornecerão uma base material mais rica e poderosa para o desenvolvimento de tecnologias de comunicação de última geração.

Em última análise, não existe uma resposta única para a seleção do material da antena. A decisão depende de uma compensação abrangente que envolve o posicionamento do desempenho do dispositivo, as bandas de frequência alvo, o orçamento de custos e a estratégia da cadeia de suprimentos. A concorrência e a sinergia entre LCP e MPI não apenas impulsionam o progresso da ciência dos materiais em si, mas também formam, em conjunto, uma base sólida que apoia a conectividade de alta velocidade do 5G e até mesmo do futuro mundo 6G.

Para materiais de antena 5G e soluções de materiais personalizados, faça parceria com a Stanford Advanced Materials (SAM). Nossa experiência em materiais avançados pode ajudá-lo a navegar no cenário LCP vs. MPI para selecionar a solução ideal para seus requisitos específicos de frequência, desempenho e custo. Entre em contato conosco hoje mesmo para discutir como podemos apoiar seus projetos de conectividade de próxima geração.

Sobre o autor

Dr. Samuel R. Matthews

O Dr. Samuel R. Matthews é o diretor de materiais da Stanford Advanced Materials. Com mais de 20 anos de experiência em ciência e engenharia de materiais, ele lidera a estratégia global de materiais da empresa. Sua experiência abrange compostos de alto desempenho, materiais voltados para a sustentabilidade e soluções de materiais para todo o ciclo de vida.

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