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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

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 5G

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。

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」

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。