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5G通信スマートフォン端末に適した低誘電特性の樹脂材料 次世代通信

Summary

  • 5G通信の特徴は、(1) 超高速、(2) 超低遅延、(3) 多数同時接続です。
  • 5G通信では減衰が大きい高周波電波(Sub6帯や準ミリ波帯)を利用するため、大きな伝送損失が課題となります。この対応として、使用する素材の見直しが必要とされています。
  • 旭化成は、5G通信対応のスマートフォン(スマホ)端末向けの樹脂材料として、変性ポリフェニレンエーテル樹脂『ザイロン™』をご提案します。

旭化成からのご提案

モバイル通信の進化と5G

モバイル通信は、携帯電話などの進化や利用されるデータ通信量の増加とともに進化してきました。

1980年代にアナログ無線通信技術で1G通信が始まり、モバイル音声通話が可能になりました。1990年代には2G通信でデジタル化が進み、メールを中心としたデータ通信が広く普及しました。2000年代には、3G通信でのデータ通信が急激に高速化し、静止画の受発信やブラウザ閲覧が可能になり、通信規格も世界共通のデジタル方式となりました。さらに、2010年頃からは3.9GでLTE (Long Term Evolution) 方式も含めたスマートフォンが普及し始め、2015年頃からはLTE Advanced方式の4G通信が広く普及し、現在に至ります。

 

そして、次の通信規格として期待され、普及が進むのが5G通信です。

※参照:総務省 「第5世代移動通信システム (5G) の今と将来展望

モバイル通信の進化と5G

5G通信の特徴と課題

5G通信の最大の特徴は、つぎの3点です。

5G通信の特徴

  • eMBB (enhanced Mobile Broadband):超高速・大容量
  • URLLC (Ultra-Reliable and Low Latency Communications):超高信頼性・低遅延
  • mMTC (massive Machine Type Communication):多数同時接続

5G通信の最大通信速度は、4Gの10倍以上となる見込みです*1

 

5G通信ではこれまでの世代と比べて高周波帯を使用します。日本の4G通信では、プラチナバンド (700~900MHz帯) と主要バンド (1.5~3.5GHz帯) の周波数が使われてきましたが、5G通信ではSub6帯 (3.7、4.5GHz帯) や準ミリ波帯 (28GHz帯) の周波数の使用が中心となります。一方で、高周波化することによる課題も出てきます。電波の減衰は周波数の2乗に比例するため*2、高周波になるほど電波は減衰しやすく届きづらくなります。電波の届きづらさは通信の繋がりにくさの原因となり、快適な通信を阻害する一要因となります。

 

そのため、5G通信対応スマートフォン端末は、より快適な通信が行えるよう、これまで以上の通信性能が求められます。

*1:4Gは1Gbps, 5Gは10Gbps  *2:フリスの伝達公式

5G通信スマートフォン端末に求められるスペック

このような背景から、5G通信の製品は、高周波帯域(Sub6帯域や準ミリ波帯域)での電波の減衰を抑えることが重要です。

 

そこで、5G通信の製品と部品を構成する素材の比誘電率・誘電正接がポイントになります。比誘電率や誘電正接は電波の減衰性と関係があり、これらの数値が高いと「電波が材料(素材)に吸収されやすく」なるため、電波損失 (ロス) に繋がり、通信感度に影響します。

 

モバイル機器においては、筐体での電波減衰をこれまで以上に抑える必要や、筐体内部の部品レイアウトでも電波干渉をさらに減らしていく工夫が必要となります。受信感度を良くしていくには、1つ1つの部品設計での対策を積み重ねトータルで高めていくしかなく、5G通信でもそれに変わりはありません。

また、スマートフォン(スマホ)は、筐体が薄いほどユーザーに好まれる傾向にあるため、薄い筐体の中で電波減衰を抑え、受信感度を良くすることを達成しなければならないという難しさがあります。そのため、筐体・フレーム・アンテナに用いる材料(素材)の選定、MID (Molded Interconnect Device, 成形回路部品) 等の配線レス構造部品設計、各種部品のモジュール化、フレキシブルプリント配線板の採用等が重要になっています。

スマートフォンシャーシ

旭化成からのご提案

5G通信向け樹脂材料「ザイロン™」

旭化成は、5G通信対応スマートフォン(スマホ)端末向け材料として、変性ポリフェニレンエーテル樹脂 (変性PPE樹脂) ザイロン™をご提案します。

ザイロン™とは

ザイロン™は、ポリフェニレンエーテル (PPE) と他樹脂を混合したポリマーアロイの総称です。

旭化成が製造販売を開始したのは1979年であり、エンジニアリングプラスチックにおいて長い歴史を持ち、幅広いポリマーアロイのラインアップを備えています。

 

ザイロン™は、優れた複数の特性を有します

高い耐熱性を備えた上、難燃性絶縁性寸法安定性耐水性にも優れ、なおかつ低比重といった特長があります。さらに、相手となる他樹脂の特長も生かしながらPPEを添加することによって、PPEの特長との相乗効果を狙ったポリマーアロイです。

 

ザイロン™はこれまでに、自動車家電をはじめとする幅広い業界の部品や筐体にご使用いただいてきました。

特に自動車においては、低比重という特徴に加えて、耐熱性や難燃性も備えることから、搭載部品の軽量化を目的として、頻繁に採用いただいています。

変性PPE樹脂ザイロン™の製品ページはこちら

ザイロン™活用のメリット

ザイロン™の母材であるPPEは、低誘電率低誘電正接という特徴を備えることから、情報通信分野での適用に適しています。またPPEは、高いガラス転移温度を有しており、他の高耐熱性樹脂に比べて誘電特性の温度依存性が小さい点も特徴です。

これは、さまざまな温度環境を想定される中で安定した通信品質を確保する上で、重要な利点です 。

各種材料の誘電特性比較

各種材料の誘電特性比較

 

また、ザイロン™はPPE由来の低誘電特性と旭化成コンパウンド技術を組み合わせることで、幅広い誘電特性ニーズに適応可能です。これにより、高誘電率・低誘電正接グレードなど様々な誘電特性を持った、Dk/Dfコントロールグレードを備えています。

ザイロン™ のグレード別誘電特性@10GHz

ザイロン™ のグレード別誘電特性 (@10GHz)

ご提案グレード

5G通信対応スマートフォン端末シャーシ向け リサイクルPET/PPEアロイ

サステナブルな社会の実現に貢献する、5G通信対応スマートフォン(スマホ)端末のシャーシ向け樹脂材料として、ザイロン™リサイクルPET/PPEアロイをご紹介します。

 

旭化成では、PPEを様々な再生樹脂と混練することで、サステナビリティと機能性を両立するザイロン™のリサイクルグレードの開発を進めています。

 

ザイロン™リサイクルPET/PPEアロイは、PETボトル等の廃棄物由来のポストコンシューマーリサイクル樹脂を約40%活用しながら、高い機械物性と低誘電特性をもつ素材です。

金属接合が可能であり、スマートフォン端末シャーシの高機能化(PBT+GF比のさらなる低誘電特性付与、リサイクル原料由来)を可能にする樹脂材料です。

5G通信対応スマートフォン端末MIDアンテナ向け樹脂材料

5G通信対応スマートフォン端末のMIDアンテナ向け樹脂材料として、ザイロン™のグレード開発を進めています。

 

この開発グレードは、低誘電率、低誘電正接、耐加水分解性に優れています。この材料(素材)をMIDアンテナとした場合には、従来使われてきたポリカーボネート (PC) 系材料と比較して、トータル効率が最大で1dB改善するシミュレーション結果も得られています*。

 

これにより、対応周波数の増加やデバイスの高機能化に伴う設計スペースの制限といった課題の解消に貢献します。

*当該開発グレードは試作段階であり、量産時の性能を保証するものではありません。

ザイロン™開発グレードのアンテナ効率シミュレーション結果

ザイロン™開発グレードのアンテナ効率シミュレーション結果

動画でご紹介

変性PPE樹脂を活用した5G通信の課題解決 ウェビナー動画

「変性PPE樹脂を活用した5G通信の課題解決」ご紹介動画
こちらの動画は、2021年12月2日に、Specialchemにて開催しましたウェビナーの録画映像です。

5G / IoT 通信展 旭化成の取り組み ご紹介動画

「旭化成の5G通信向け材料:ザイロン™」ご紹介動画
こちらの動画は、2021年10月27日~29日に開催された「5G/IoT通信展」にて撮影したものです。

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