王業昇 / 工研院材化所
高頻通訊因具有高速傳輸、廣連結、低延遲等特點，成功帶動5G、6G、衛星通訊和雷達等新興通訊應用，而高速信號傳遞倚賴高收發效能天線與低介電損耗傳遞介質，因此材料之低介電損耗要求日益提升。聚烯烴材料涵蓋了極低之介電常數、介電損耗、低比重等優勢，與現行通訊產品相比，具有更低的碳排量與回收性，符合各國推動的減碳政策，為高頻關鍵零組件應用之潛力材料。工研院材化所深耕聚烯烴的官能化改質與加工技術，開發高頻通訊關鍵零組件天線罩、天線振子與複合電纜，以推動聚烯烴材料於高頻通訊上之應用。
【內文精選】
天線罩
在無線通訊系統中，基站所需設備之天線罩的作用是保護天線系統免受外部環境的影響(如風雪、陽光、生物等)，以延長天線壽命，同時需要保證電磁波的透過性。此外，由於天線是信號收發的關鍵，信號強度能否維持是直接影響通信效能的因素，除了天線內部的天線振子輻射增益能力會影響信號強度外，天線罩亦會部分吸收或反射電磁波，從而降低信號傳輸效率。為了獲得比4G時代更高的傳輸速率，5G信號將採用Sub-6 GHz及毫米波波段，因此也帶來信號穿透力差與易受外界干擾的挑戰。
工研院材料與化工研究所針對高頻用PP複材技術開發，以低介電損耗改質配方設計、熔融混煉加工及射出成型三大技術主軸為核心，開發具備低介電損耗/高耐衝擊之天線罩應用聚烯材料。技術內容包含：①聚丙烯複材配方設計：利用改質劑配方(包含：增韌劑、抗UV劑、低介電粉體)的添加，使聚丙烯達到滿足天線罩之耐候及耐衝擊需求。②分散相容與混煉製程設計：選擇適當的高分子分散相容劑或偶合劑進行粉體表面改質，解決無機粉體與樹脂之間的分散界面問題，並結合螺桿組態設計，提升粉體分散程度，製備高分散性之聚丙烯複合材料。③射出成型技術：根據高頻用聚丙烯複材材料特性，評估射出製程所需的參數，包含溫度、射壓、射速、保壓等，依照射出部件變形翹曲之實際情形，完成製程參數最佳化。相關技術開發示意如圖二；並建立製程參數包含加工溫度、螺桿轉速、最大進料量等。藉由上述技術開發，搭配天線透鏡結構設計，完成聚焦天線模組製作。
圖二、低電磁波耗損天線罩技術開發示意圖
因PP屬於極低表面能之材料，不易達成表面金屬化，必須對其進行表面處理才能金屬化。工研院材化所開發PP表面金屬化改質與成型技術，利用起始劑將Polyolefin (PO)進行官能基接枝反應，於連續式雙螺桿反應押出，將PO官能化改質，作為PP與金屬層之間的Primer。藉由PO附著於PP表面，再將銀膠網印於其上，利用Primer極性官能基提升與金屬之間附著力，使PP表面金屬化。
高頻通訊電纜
5G使用之光電複合纜，為了將電纜與光纜複合加工，且保持高速穩定傳輸及串聯大量基站，所使用之纜線須符合更高強度要求。相較於過去傳統電纜/光纜，高頻傳輸複合電纜不僅需同時符合耐電壓、低光損失外，因應未來密集佈線涵蓋室外環境，其電纜耐候性及柔韌性要求也較高，加上電纜和光纜一體成型結構，對於被覆材料之高拉力、高絕緣性規格要求日趨嚴苛。目前多數電纜所使用之外被覆材為PVC或PE-PVC，具有含鹵疑慮，並受限於PVC之耐熱性低，在較高工作溫度時容易變形。聚烯烴彈性體材料具有高絕緣性、易加工以及良好的柔韌特性，且其中LDPE碳足跡排放係數僅為1.9 kg CO2e，碳排放量低，並能透過交聯反應，建立網狀結構，提升材料耐熱、耐候性能，因此交聯聚烯烴(XLPO)適合應用於高頻通訊電纜被覆材料。
目前交聯聚烯烴製造手法主要分為：①輻射交聯、②過氧化物交聯、③紫外光交聯及④矽烷交聯等四種。工研院材化所透過矽烷交聯兩步法，如圖九所示，將乙烯基矽烷結構以連續式反應接枝於聚烯主鏈上，搭配濕氣固化製程，完成交聯聚烯烴XLPO，並進行交聯結構鑑定評估 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖九、二步法矽烷交聯製程示意圖
★本文節錄自《工業材料雜誌》437期，更多資料請見下方附檔。