5G:80+常用高分子材料介電常數表!

2022-02-07 UTPE彈性體門戶

5G時代信號的傳輸速度也會遠快於4G信號，就要求材料對信號的幹擾小、介電常數小，保證大數據傳輸不受幹擾。

當器件的特徵尺寸逐漸減小時即集成度不斷提高時，會引起電阻-電容(RC)延遲上升，從而出現信號傳輸延時、噪聲幹擾增強和功率損耗增大等一系列問題， 這將極大限制器件的高速性能。例如，當電子元器件的尺寸縮小至一定尺度時，布線之間的電感-電容效應逐漸增強，導線電流的相互影響使信號遲滯現象變得十分突出，信號遲滯時間計算公式如下：

上式中，τ為傳輸信號的遲滯時間；C為材料的電容；ρ為導線的比阻抗；ε為層間介電（Interlayer Dielectric，ILD）材料的介電常數；εo為真空介電常數；L 為導線長度；T為導線厚度；P為兩導線之間的距離。

因此，在超大規模集成電路向縱深發展的大背景下，降低層間材料的介電常數，使用低介電常數材料成為減小信號遲滯時間的重要手段。那麼，低介電材料究竟是什麼？常見高分子材料的介電常數又是多少？

顧名思義，低介電常數材料就是指介電常數 ε低的電介質材料。其介電常數可分別歸類為：ε>3.0，ε=2.5～3.0，和ε<2.2（超低介電常數）。低介電常數材料按材料特徵可分為無機物和有機高分子兩大類。前者具有高穩定性、低收縮性和耐腐蝕性等優點，而後者則具有分子設計多樣化、加工性能好等優勢。

為獲得低介電常數，必須選用非極性分子材料。對於非極性分子，Clausius-Mosotti方程將介電常數 ε 與極化率 α 聯繫起來

上式中N為單位體積內的極化分子數，k=ε/ε0，ε/ε0 分別是材料和真空介電常數。α 為總分子極化率，包括電子和離子極化率等。

由上式可知降低材料介電常數的途徑有：

（1）降低材料的極化率，包括電子、離子和分子極化率，即選擇或研發低極化能力的材料；

（2）增加材料空隙密度，從而降低材料的密度（單位體積內極化分子數N）。 

對不同性質的電介質往往只有一種極化作用佔主導地位，非極性分子主要是電子極化；離子晶體主要是離子極化；強極性介質中佔主導地位的是偶極子分子極化。低介電材料分子組成一般沒有離子鍵，所以降低材料的極化率，主要是降低材料中的電子極化率和分子極化率。

常見材料介電常數表

目前大家探討比較多是5G工程塑料，主要分為薄膜產品（LCP，PI等用在線路板，天線）、還有就是結構件（注塑成型），如低介電LCP、PBT、PPO、PPS等。選材中既要滿足介電常數低又要滿足力學性能、化學性能、電性能等因素。改性塑料的介電常數跟基材的分子結構有關，同時也跟增強/填充材料的介電常數有關。

5G時代！未來已來！

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