تحليل مقارن بين LCP وMPI لتطبيقات هوائيات الجيل الخامس عالية التردد

1 مقدمة

باعتباره مكونًا أساسيًا لا غنى عنه في الاتصالات اللاسلكية، يعد الابتكار التكنولوجي للهوائي أحد المحركات الأساسية التي تدفع الاتصال اللاسلكي إلى الأمام. وبالتزامن مع التطور السريع للمنتجات الطرفية الذكية نحو عوامل أرق وأخف وزنًا وأصغر حجمًا، تطورت هوائيات الهواتف المحمولة من الهوائيات الخارجية المبكرة إلى هوائيات مدمجة، مما شكل مشهدًا في السوق حيث تهيمن عمليات اللوحات اللينة؛ حيث تستحوذ هوائيات اللوحات اللينة الآن على أكثر من 70% من حصة السوق. وقد أدى ذلك إلى توسع سريع في سوق الدوائر المطبوعة المرنة (FPC). تركز مواد الركيزة الحالية السائدة والناشئة للوحات الدارات المطبوعة المرنة في المقام الأول على مادتين: LCP وMPI، وهذه الأخيرة عبارة عن مادة تعمل على تحسين عيوب مادة PI التقليدية لتحقيق خصائص فائقة. ستحلل هذه المقالة المزايا والعيوب النسبية لهاتين المادتين من منظور متطلبات مواد نقل الإشارة والخصائص الهيكلية المتأصلة في المواد نفسها.

الشكل 1 هيكل لوحة الدوائر المرنة الداخلية للهواتف الذكية

2 تحديات جديدة لمواد الهوائي التي تفرضها إشارات الجيل الخامس عالية التردد

مما لا شك فيه أن تقنية اتصالات الجيل الخامس 5G هي بلا شك أكثر تقنيات مسار المعلومات تطوراً في الوقت الحالي. لا يقتصر دور تقنية الجيل الخامس على تحسين أداء النطاق دون 6 جيجاهرتز بشكل كبير فحسب، بل والأهم من ذلك أنها تحقق قفزة في الاستخدام الواسع النطاق لنطاقات الموجات المليمترية (mmWave) (على سبيل المثال، 28 جيجاهرتز و39 جيجاهرتز). تعد هذه النطاقات بمثابة طرق سريعة عريضة غير مسبوقة لتدفق البيانات، حيث توفر معدلات نقل عالية للغاية (نظريًا تصل إلى 10 جيجابت في الثانية وما فوق) وسعة شبكة هائلة، قادرة على دعم التطبيقات المتطورة مثل بث الفيديو في الوقت الفعلي بدقة 4K/8K، والواقع المعزز/الافتراضي، والقيادة الذاتية.

ومع ذلك، تترافق معدلات الإرسال العالية للغاية مع خسائر كبيرة في الإرسال. وفقًا لمبادئ انتشار الموجات الراديوية، كلما زاد التردد، زاد فقدان المسار وفقدان الامتصاص الجوي للإشارة في الفضاء. وهذا يعني أن إشارات الموجات المليمترية لا "تنتقل بعيداً"، مما يؤدي إلى تغطية محدودة نسبياً. ويمثل الاختراق تحديًا رئيسيًا آخر؛ فالموجات المميليمترية غير فعالة إلى حد كبير في اختراق العوائق الشائعة مثل الجدران أو الزجاج أو حتى أوراق الشجر، وتتطلب خصائص انتشارها على خط البصر اتصالاً دون عائق قدر الإمكان بين جهاز الإرسال والاستقبال.

وتؤثر هذه التحديات في نهاية المطاف بشكل مباشر على السمة الأساسية لسلامة الإشارة. فأي فقدان للطاقة أو تشويه للإشارة أثناء الإرسال يمكن أن يؤدي مباشرةً إلى اتصالات غير مستقرة وسرعات منخفضة ووقت استجابة متزايد.

لتلبية المتطلبات الصارمة لإرسال إشارات الجيل الخامس عالية التردد، يجب أن تحقق مواد ركيزة الهوائي مستوى أداء عالٍ شامل. ويُعد ثابت العزل الكهربائي المنخفض المستقر وعامل التبديد المنخفض للغاية من المتطلبات الأساسية التي تحدد بشكل مباشر كفاءة وسلامة نقل الإشارة من خلال تقليل فقدان الطاقة عند الترددات العالية. كما أن مرونة المادة ونحافتها/خفة وزنها أمران حاسمان بنفس القدر، مما يتيح التكيف مع التخطيطات الداخلية المدمجة وغير المنتظمة للمحطات الطرفية المتنقلة الحديثة. في التطبيقات العملية، لا غنى عن ثبات الترددات العالية في التطبيقات العملية، مما يضمن أداء هوائي متسق عبر نطاقات تردد التشغيل المختلفة وبيئات درجات الحرارة. وأخيرًا، تعتمد الموثوقية طويلة الأجل لجميع جوانب الأداء هذه في نهاية المطاف على خصائص حاجز الرطوبة الممتازة للمادة؛ حيث يمنع معدل امتصاص الرطوبة المنخفض جدًا بشكل فعال تدهور الأداء الكهربائي بسبب دخول الرطوبة البيئية. هذه المتطلبات الأربعة مترابطة وتشكل مجتمعةً معايير التقييم الأساسية لمواد هوائي الجيل الخامس عالية التردد.

الشكل 2 انتشار إشارات الموجات المليمترية من الجيل الخامس 5G

3 مقدمة عن مواد LCP وMPI

3.1 تعريف وخصائص LCP

المادة الخام البلاستيكية LCP (البوليمر البلوري السائل) هي بوليمر جديد عالي الأداء يُظهر تبلورًا سائلًا في حالته المنصهرة، مصنفًا إلى نوعين متوجه بالحرارة (حالة البلورة السائلة الناجمة عن تغير درجة الحرارة) ومتوجه بالليوتروبيك (حالة البلورة السائلة التي تتشكل بفعل المذيب). تتميز هذه المادة بقوة عالية، وصلابة عالية، ومقاومة للحرارة (300-425 درجة مئوية)، ومعامل تمدد حراري منخفض، ومثبط للهب UL94 V-0، وثبات ممتاز في الأبعاد، مع كثافة تتراوح بين 1.35 و1.45 جم/سم^3. ويمكنها تحقيق أداء ميكانيكي عالٍ بدون تقوية الألياف.

تُظهر مواد LCP ثوابت عازلة مستقرة ومنخفضة للغاية وعوامل تبديد مستقرة ومنخفضة للغاية حتى ترددات الموجات المليمترية، مما يمكّنها من تقليل فقدان الطاقة وتشويه الطور أثناء نقل الإشارة، مما يضمن سلامة إشارة ممتازة عند الترددات العالية. وفي الوقت نفسه، يمتلك LCP معدل امتصاص منخفض للغاية للرطوبة، مع عدم امتصاص الرطوبة المحيطة تقريباً. تمنع هذه الخاصية بشكل أساسي تدهور الأداء الكهربائي بسبب امتصاص الرطوبة، مما يضمن موثوقية طويلة الأمد للهوائيات في البيئات المعقدة. وعلاوة على ذلك، يوفر LCP مرونة وقوة ميكانيكية ممتازة، مما يسمح بمعالجته في دوائر مرنة فائقة النحافة، ويتكيف بشكل مثالي مع مساحات التركيب المدمجة وثلاثية الأبعاد وغير المنتظمة داخل الأجهزة الطرفية. كما أن ثباته الحراري الجيد وملاءمته لعمليات التصفيح متعدد الطبقات يدعمان التكامل عالي الكثافة والتصنيع المستقر لوحدات الهوائي المعقدة. إن المزيج العضوي لهذه السلسلة من الخواص الكهربائية الفائقة والخصائص الفيزيائية الموثوقة وقابلية المعالجة المناسبة هو ما يؤسس للمكانة الأساسية للبوليمر البلوري السائل في مجال نقل الإشارات عالية السرعة وعالية التردد.

الشكل 3 الهيكل الجزيئي للبوليمر البلوري السائل (LCP)

3.2 مقدمة ومقارنة البولي إيميد المعدل (MPI) مع البولي إيميد البلوري السائل

تُعد مادة البوليميد المعدل (MPI)، كحل مهم في مجال مواد هوائي الجيل الخامس، منتجًا محسّنًا في التركيب الكيميائي والصياغة على أساس البوليمايد التقليدي (PI). في حين توفر مادة PI التقليدية مقاومة ممتازة للحرارة والقوة الميكانيكية والمرونة، إلا أن ثابت العزل الكهربائي العالي بطبيعته وعامل التبديد، وخاصة عدم استقرار أدائها عند الترددات العالية وامتصاص الرطوبة، يحد من تطبيقها فوق 10 جيجاهرتز تقريبًا. وقد وُلدت MPI على وجه التحديد لمعالجة هذه المشاكل. من خلال إدخال مجموعات وظيفية محددة أو استخدام مونومرات جديدة في السلسلة الجزيئية للمادة PI، تقلل MPI بشكل كبير من ثابت العزل الكهربائي للمادة وعامل التبديد، مما يجعلها قابلة للاستخدام في نطاقات 5G الفرعية 6 جيجا هرتز وبعض نطاقات الموجات المموجة مم ذات التردد المنخفض. وفي الوقت نفسه، ترث MPI بشكل مثالي المرونة الممتازة والقوة الميكانيكية العالية ونظام المعالجة الناضج للمادة PI التقليدية. وهذا يعني أنه يمكن استخدام خطوط الإنتاج الحالية للوحات الدارات المرنة MPI دون تعديلات باهظة الثمن، مما يوفر ميزة كبيرة في التحكم في التكلفة ونضج سلسلة التوريد. ولذلك، يمكن فهم تقنية MPI على أنها "نسخة مطورة عالية التردد" من تقنية PI التقليدية من حيث الأداء الكهربائي. إنها ليست مادة ثورية جديدة ولكنها مادة "تطورية" ناجحة تحقق توازنًا ممتازًا بين الأداء والتكلفة، لتصبح بديلاً تنافسيًا للغاية ضد LCP عالي الأداء، خاصة في النطاق دون 6 جيجا هرتز السائد خلال التسويق الأولي واسع النطاق للجيل الخامس.

الشكل 4 التركيب الكيميائي للبوليميد PI المعدل

الجدول 1 جدول المقارنة بين البوليميد المعدل (بوليميد البوليميد المعدل) مقابل البوليميد المتعدد الخصائص

4 تحليل مقارن شامل بين LCP و MPI

4.1 الأداء الكهربائي

يُظهر LCP مزايا كبيرة في نطاق الموجات المليمترية، حيث يقل ثابت العزل الكهربائي عادةً عن 3.4 وعامل تبديد منخفض يصل إلى 0.0025. ويستفيد ذلك من التماثل العالي للهيكل الجزيئي لمادة LCP والحركة المقيدة للسلسلة الرئيسية، مما يتيح لها تقليل فقدان الإشارة إلى أقصى حد وضمان سلامة الإشارة عند التعامل مع نقل إشارات الموجات المليمترية ذات التردد العالي. كما تؤكد البيانات الواردة من مؤسسة علوم وصناعة الفضاء الجوي الصينية (CASIC) على المقاييس الممتازة لمادة LCP لثابت العزل الكهربائي ≤ 3.4 وفقدان العزل الكهربائي ≤ 0.0025 عند 10 جيجا هرتز.

وعلى النقيض من ذلك، فإن MPI، من خلال التعديل الكيميائي، عادةً ما يكون ثابت العزل الكهربائي حوالي 3.6 وعامل تبديد يبلغ حوالي 0.0035. ويمكن مقارنة أدائها مع LCP في النطاق دون 6 جيجا هرتز أقل من 15 جيجا هرتز تقريبًا، وهو ما يكفي لتلبية المتطلبات. ومع ذلك، عندما يدخل تردد الإشارة في نطاق الموجات mmWave أعلى من 15 جيجاهرتز، تزداد خسارة الإرسال في MPI بشكل كبير، ويبدأ أداؤها بالتخلف عن LCP. وبالتالي، بالنسبة للاتصالات المستقبلية ذات التردد العالي (على سبيل المثال، تطبيقات الجيل السادس المحتملة)، تصبح مزايا LCP في الأداء الكهربائي أكثر وضوحًا وضرورية.

4.2 الخصائص الفيزيائية

تنعكس الاختلافات في الخصائص الفيزيائية بشكل أساسي في الأداء الحراري وامتصاص الرطوبة.

يمتاز LCP بمعدل امتصاص رطوبة منخفض للغاية، بشكل عام ≤ 0.04%. هذه الرطوبة المنخفضة للغاية تعني أنه في البيئات الرطبة، لا يتأثر الأداء الكهربائي ل LCP تقريبًا في البيئات الرطبة، مما يوفر ثباتًا عاليًا للغاية. ومع ذلك، تُعد مقاومة LCP للحرارة ضعيفة نسبيًا، مما يفرض بعض التحديات على عملية التصفيح بالضغط الساخن.

على الرغم من تحسن امتصاص الرطوبة في MPI مقارنةً بالـ PI التقليدي، إلا أنه لا يزال أعلى من LCP بحوالي 1.5%. قد يتسبب امتصاص الرطوبة في حدوث تقلبات في أدائها الكهربائي في البيئات الرطبة. ولكن تكمن ميزة MPI في نطاق درجة حرارة التشغيل الواسع، مما يسهل معالجته، خاصةً في عمليات التصفيح بالضغط في درجات الحرارة المنخفضة. وهذا أيضًا يجعل التصاقه بالرقائق النحاسية أسهل في المعالجة.

4.3 العملية والتكلفة

تكمن الميزة الأساسية لـ MPI في سلسلة الصناعة الناضجة وفعاليتها الكبيرة من حيث التكلفة. نظرًا لأن MPI تم تطويره من البوليميد التقليدي، فيمكنه الاستفادة الكاملة من خطوط إنتاج البولي إيميد الحالية، مما يؤدي إلى عمليات إنتاج أكثر نضجًا وعائدات أعلى. علاوة على ذلك، فإن قاعدة مورديها أكثر تنوعًا. على سبيل المثال، في عام 2019، نجحت Apple في عام 2019 في خفض التكاليف وتعزيز قدرتها على المساومة من خلال إدخال خمسة موردي هوائيات MPI. وهذا ما يجعل هوائيات MPI تنافسية للغاية من حيث التكلفة، حوالي 1/20 من هوائيات LCP أو حتى أقل.

وعلى النقيض من ذلك، ينطوي LCP على عمليات معقدة، خاصةً تصفيح الألواح متعددة الطبقات الذي يمثل تحديًا تقنيًا، مما يؤدي إلى معدلات إنتاجية يصعب التحكم فيها. وبالإضافة إلى ذلك، هيمن عدد قليل من كبار المصنعين الدوليين على توريد المواد الخام LCP لفترة طويلة (على سبيل المثال، توراي، سوميتومو، بولي بلاستيك اليابان)، مما أدى أيضًا إلى ارتفاع التكاليف. ومع ذلك، فإن هذا الوضع آخذ في التغير. ففي السنوات الأخيرة، وبدعم من سياسات الحكومة الصينية، شهدت صناعة البلاستيك متعدد الكلور في الصين تقدمًا تكنولوجيًا سريعًا وتوسعًا في القدرات. وارتفع معدل التوطين بشكل كبير من 20% في عام 2022 إلى 40% في عام 2023، ومن المتوقع أن يتجاوز 50% بحلول عام 2025. تعمل الشركات المحلية مثل Kingfa Sci & Tech وPrite وWatt بنشاط على توسيع الإنتاج، وهو ما يتوقع أن يحسن سلسلة التوريد وهيكل التكلفة في LCP في المستقبل.

4.4 المرونة

فيما يتعلق بالمرونة، تفي كلتا المادتين بالمتطلبات الأساسية للوحات الدارات المرنة، ولكن مع اختلاف بسيط في التركيز.

تتمتع مادة LCP نفسها بمرونة جيدة ومناسبة لمعظم السيناريوهات التي تتطلب الانحناء.

ترث MPI المرونة الممتازة لمادة PI. تشير بعض التقارير إلى أن ألواح الدارات المرنة MPI المحسّنة هيكليًا يمكن أن تُظهر مقاومة انحناء فائقة مقارنةً بمادة LCP.

ومع ذلك، في تصاميم الألواح متعددة الطبقات الأكثر تعقيدًا، يعتبر أداء وموثوقية LCP متفوقًا بشكل عام.

4.5 الموثوقية

ترتبط موثوقية المادة ارتباطًا مباشرًا بالأداء المستقر للهوائي على المدى الطويل.

يُظهر LCP، مع انخفاض امتصاصه للرطوبة وخصائصه الكيميائية المستقرة، أداءً ممتازًا في المقاومة الكيميائية ومثبطات اللهب واستقرار الأداء على المدى الطويل، مما يؤدي إلى موثوقية عالية بشكل عام. كما أن ثبات أبعاده رائع أيضاً، وعادةً ما يكون في حدود ± 0.1%.

موثوقية MPI كافية للتطبيقات العامة. تشير البيانات الخاصة بقوة التقشير (≥1.0 كجم/سم) إلى قوة التصاق جيدة بالرقائق النحاسية. ومع ذلك، في البيئات ذات الرطوبة العالية، نظرًا لارتفاع امتصاصه للرطوبة مقارنةً بـ LCP، قد يواجه أدائه على المدى الطويل تحديات. تمتلك MPI أيضًا ثباتًا جيدًا في الأبعاد (في حدود ± 0.1%) ومقاومة اللحام (لا يوجد تفريغ أو تقرحات بعد 3 دورات من الغمر لمدة 10 ثوانٍ في لحام 300 درجة مئوية).

الجدول 2 تحليل مقارنة خصائص LCP مقابل MPI

5 LCP وMPI في سيناريوهات التطبيقات المختلفة

ضمن منظومة التطبيقات الواسعة في صناعة الجيل الخامس، لا توجد علاقة استبدال بسيطة بين LCP وMPI. وبدلاً من ذلك، وبناءً على أداء كل منهما وموقعهما من حيث التكلفة، فقد شكلا هيكل سوق واضح ومتكامل، حيث يُظهر كل منهما نقاط قوته في ساحات القتال المختلفة.

5.1 LCP للتطبيقات المتطورة

تحتل LCP، بأدائها وموثوقيتها عالية التردد التي لا مثيل لها، سوق التطبيقات المتطورة بقوة. تتركز تطبيقاته في المقام الأول في المجالات التي تتطلب أداءً من الدرجة الأولى:

الهواتف الذكية الرائدة المتطورة، خاصةً طرازات الموجة مم: في الهواتف الرائدة التي تدعم نطاقات الموجات mmWave (على سبيل المثال، 28/39 جيجاهرتز)، فإن أي خسارة طفيفة في مسار نقل الإشارة تؤثر بشكل مباشر على تجربة المستخدم. إن عامل التبديد المنخفض للغاية الذي يتميز به LCP يجعله الخيار الأفضل لحمل خطوط التغذية في وحدات هوائي الموجات المميليمترية (على سبيل المثال، هوائي في حزمة أو AiP)، مما يضمن أن طاقة الإشارة الثمينة يتم إشعاعها إلى أقصى حد بدلاً من فقدانها على لوحة الدائرة. على سبيل المثال، اعتمدت شركة Apple صراحةً حلول هوائي LCP في الطرازات الأمريكية من هاتف iPhone 12 والطرازات اللاحقة التي تدعم الموجات mmWave لتلبية متطلبات الأداء الصارمة للموجات mmWave في سوق أمريكا الشمالية.

وحدات الموجات mmWave ومعدات المحطات القاعدية: لا يقتصر الأمر على جانب المحطة الطرفية فحسب، بل على جانب المحطة القاعدية أيضاً، لا سيما في الخلايا الصغيرة ووحدات الإرسال بالموجات mmWave، حيث تكون متطلبات سلامة الإشارة أكثر صرامة. تتعامل هذه الأجهزة مع طاقة أعلى وإشارات أكثر تعقيداً. يمكن لخسارة LCP المنخفضة وثباته أن يقلل بشكل فعال من الخسارة الإجمالية لرابط النظام ويحسن نطاق التغطية وجودة الإشارة، مما يجعله مادة أساسية لبناء بنية تحتية لشبكة الجيل الخامس عالية الأداء.

الأجهزة المستقبلية القابلة للارتداء ومعدات الواقع المعزز/الواقع الافتراضي: تدفع هذه الفئات من الأجهزة استخدام المساحة الداخلية إلى الحد الأقصى المطلق. لا تتميز هوائيات LCP بأنها فائقة النحافة والمرونة في حد ذاتها فحسب، بل يمكن أيضاً أن تُصاغ بشكل مشترك مع مكونات أخرى، مما يتيح التكامل ثلاثي الأبعاد (3D) الذي يزيد من توفير المساحة. وفي الوقت نفسه، تتطلب معدات الواقع المعزز/الواقع الافتراضي نقل كميات هائلة من البيانات عالية الوضوح في الوقت الحقيقي، مما يضع متطلبات عالية للغاية على معدلات الإرسال وزمن انتقال منخفض. يلبي أداء LCP ذو التردد العالي وعرض النطاق الترددي العريض هذا المطلب بشكل مثالي، مما يوفر الدعم التأسيسي اللازم لتجربة غامرة سلسة.

الشكل 5 صناعة البوليمر البلوري السائل (LCP)

5.2 سوق MPI الواسع: الخيار المتوازن والقابل للتطوير

يكمن نجاح شركة MPI في تحديدها الدقيق للتوازن الأمثل بين الأداء والتكلفة، واستحواذها على أوسع سوق سائد في موجة الاعتماد الشامل لشبكات الجيل الخامس.

الهواتف الذكية السائدة 5G (دون 6 جيجا هرتز): تركز الغالبية العظمى من شبكات الجيل الخامس العالمية حاليًا على النشر والتغطية في النطاق دون 6 جيجا هرتز. وضمن هذا النطاق، فإن الأداء الكهربائي المحسّن لـ MPI قادر تمامًا على تلبية المتطلبات التشغيلية، ولا يمكن ملاحظة فجوة الأداء مع LCP في تجربة المستخدم العملية. ومع ذلك، فإن تكلفته أقل بكثير من LCP، وسلسلة التوريد الخاصة به أكثر نضجًا واستقرارًا. ولذلك، بالنسبة للعديد من مصنعي الهواتف الذكية الذين يسعون إلى تحقيق الفعالية من حيث التكلفة ويهدفون إلى الاستحواذ بسرعة على حصة سوقية، تصبح تقنية MPI الخيار "الشامل" الذي لا يمكن إنكاره، مما يدعم الشحن العالمي لكميات هائلة من هواتف الجيل الخامس المتوسطة إلى الراقية.

أجهزة إنترنت الأشياء وهوائيات السيارات: يتسم مجال إنترنت الأشياء بحساسية عالية من حيث التكلفة، ولا تتطلب العديد من الأجهزة سرعات اتصال قصوى ولكنها تحتاج إلى اتصال موثوق به. وتوفر تقنية MPI اتصالاً بتقنية الجيل الخامس متفوقاً على تقنية PI التقليدية بتكلفة منخفضة، مما يجعلها مناسبة جداً لمختلف محطات إنترنت الأشياء مثل العدادات الذكية وأجهزة الاستشعار الصناعية. وعلاوة على ذلك، في السيارات الذكية المتصلة، تحتاج هوائيات السيارات إلى تحمل التغيرات الشديدة في درجات الحرارة والاهتزازات. إن مقاومة MPI الممتازة للحرارة والمرونة الممتازة التي تتمتع بها MPI، بالإضافة إلى ميزة التكلفة، تجعلها خيارًا جذابًا لهوائيات الجيل الخامس للسيارات.

الانتقال التكنولوجي والحل الاحتياطي لسلسلة التوريد: بالنسبة للمصنعين، يشكل الاعتماد على مصدر توريد واحد خطرًا كبيرًا. يوفر وجود MPI مرونة استراتيجية قيّمة لصانعي الهواتف. عندما تكون إمدادات LCP محدودة أو عندما تتقلب الأسعار، يمكن للمصنعين التحول بسرعة إلى حلول MPI لحماية الإنتاج. وفي الوقت نفسه، خلال المراحل المبكرة من تطوير المشروع، يمكن لعمليات MPI الناضجة أن تساعد المهندسين على إكمال التحقق من التصميم وزيادة الإنتاج بشكل أسرع، مما يشكل مسارًا فعالاً ومنخفض المخاطر للانتقال التكنولوجي.

6 التوقعات المستقبلية: الاتجاهات والتحديات والتقارب بين الاتجاهات والتحديات

على الرغم من أن LCP وMPI يتمتعان بمراكز واضحة في السوق الحالية، إلا أن تطويرهما المستقبلي لا يزال يواجه تحديات وفرصًا خاصة بكل منهما. إن الاتجاه العام ليس مجرد إحلال بسيط، بل يتجه نحو تكامل أعمق من خلال التطور التكنولوجي ومقايضات التكلفة.

6.1 مستقبل LCP: الفرص والاختناقات تتعايش معاً

تُعتبر مادة LCP أحد الحلول النهائية لمرحلة الموجة mmWave 5G، لكن تطبيقها على نطاق واسع لا يزال بحاجة إلى التغلب على العديد من العقبات الرئيسية. التحدي الأساسي هو مشكلة التكلفة. في الوقت الحالي، تعد تكلفة فيلم LCP أعلى بكثير من MPI، ويرجع ذلك جزئيًا إلى معدل إنتاج الفيلم والقيود المفروضة على توريد الفيلم. وثانيًا، تعتبر عملية تصنيع ركائز LCP متعددة الطبقات عائقًا تقنيًا آخر يحتاج إلى حلّ. فمعالجة ركائز LCP متعددة الطبقات معقدة، وتتضمن خطوات دقيقة متعددة مثل الحفر بالليزر بالأشعة فوق البنفسجية وإزالة الرطوبة وتنظيف البلازما. وقد يؤثر أي انحراف في أي خطوة على أداء المنتج النهائي وعائده. وبالإضافة إلى ذلك، كان التركيز النسبي لسلسلة التوريد يشكل عائقًا في السابق، حيث كان هناك عدد محدود من المصنعين على مستوى العالم القادرين على توريد راتنج LCP عالي الأداء من الدرجة العالية بشكل ثابت.

وعلى الرغم من ذلك، يظل مستقبل راتنج LCP واعداً. ومع انتشار موجات الجيل الخامس mmWave والتقدم المستمر في العمليات، من المتوقع أن تستمر حصتها في السوق في الزيادة. لا سيما في الهواتف الذكية الرائدة المتطورة ووحدات/محطات القاعدة ذات الموجات المميليمترية والأجهزة المستقبلية القابلة للارتداء ومجالات الواقع المعزز/الواقع الافتراضي ذات المتطلبات الشديدة على المساحة الداخلية، لا يمكن الاستغناء عن LCP بسبب أدائه المتفوق عالي التردد وخصائصه منخفضة الخسارة. وبمجرد تحقيق اختراقات في القدرة الإنتاجية ومعدلات الإنتاجية، ستنخفض تكاليف المواد بشكل أكبر، مما يسرّع من انتشارها في السوق.

6.2 مستقبل MPI: الحفاظ على السوق الرئيسية من خلال التحسينات

باعتبارها تقنية ناضجة، يكمن جوهر مستقبل تقنية MPI في التحسين المستمر. ويتمثل التحدي الذي تواجهه في كيفية تحسين أدائها في نطاقات التردد الأعلى (على سبيل المثال، أعلى من 15 جيجاهرتز) لتضييق الفجوة مع LCP. في نطاق الموجة mmWave، تزداد خسارة الإرسال في MPI بشكل كبير مقارنةً بـ LCP.

ولذلك، سيركز اتجاه تطوير MPI على تمديد دورة حياتها التكنولوجية من خلال تحسينات التركيب الكيميائي. في عصر 5G Sub-6GHz الحالي، يظل MPI هو الدعامة الأساسية نظرًا لنسبة التكلفة إلى الأداء الممتازة. من خلال التحسينات المستمرة في الصياغة، من المتوقع أن تحافظ MPI على ميزتها من حيث التكلفة مع تعزيز أدائها في نطاقات الترددات الحافة، وبالتالي تعزيز مكانتها في التطبيقات الحساسة من حيث التكلفة مثل الهواتف الذكية السائدة من الجيل الخامس وأجهزة إنترنت الأشياء وهوائيات السيارات.

6.3 التعايش والتقارب: البنى التكميلية واستكشاف المواد الجديدة

إن المشهد المستقبلي لمواد الهوائيات ليس إحلالاً "للفائز بكل شيء" بل يميل أكثر نحو التعايش والتكامل. تتمثل الاستراتيجية النموذجية في ظهور مخططات تصميم هجين "مهيمنة على MPI ومكملة لـ LCP". في أجهزة مثل الهواتف الذكية، يمكن استخدام مادة MPI، التي توفر أداءً كافيًا وتكلفة متفوقة، لمعظم هوائيات النطاق دون 6 جيجاهرتز، بينما تُستخدم مادة LCP الأكثر تميزًا لوحدات محددة من الموجات mmWave أو قنوات نقل البيانات عالية السرعة شديدة الحساسية لفقدان الإشارة. يوازن نموذج الاستخدام الهجين هذا بين التكلفة الإجمالية مع ضمان الأداء الرئيسي، مما يوفر للمصنعين مرونة أكبر في التصميم.

وبعيداً عن تطور LCP وMPI نفسها، لا تتوقف الصناعة أبداً عن استكشاف مواد أحدث وأكثر تقدماً. على سبيل المثال، لتلبية الترددات الأعلى المحتملة والمتطلبات الأكثر صرامة لأجيال الجيل السادس المستقبلية، يُنظر بالفعل إلى تقنية الألواح المرنة الهجينة ذات الدليل الموجي البصري على أنها اتجاه تطوير محتمل. وفي الوقت نفسه، فإن مواد البوليمر الأخرى عالية الأداء (مثل PTFE) والمركبات المحضرة بإضافة مواد حشو سيراميك خاصة هي أيضًا مرشحة محتملة لمواد الركيزة عالية التردد في المستقبل، بهدف تحقيق توحيد الخسارة المنخفضة والاستقرار العالي وقابلية المعالجة الأفضل.

7 الخلاصة 7

تفرض تكنولوجيا الجيل الخامس، ولا سيما تطورها نحو نطاقات الموجات المليمترية، متطلبات صارمة غير مسبوقة على أداء مواد الهوائي. وفي ظل هذا التحول التكنولوجي، أظهر كل من LCP (البوليمر البلوري السائل) وMPI (البوليميد المعدل)، كحلين رئيسيين للركائز المرنة، خصائص مميزة وموقعًا متميزًا في السوق.

باختصار، أثبتت LCP، بخصائصها الكهربائية عالية التردد بشكل استثنائي (مثل ثابت العزل الكهربائي المنخفض للغاية وعامل التبديد) ومقاومة الرطوبة شبه المثالية، أنها المعيار التكنولوجي في المجالات التي تتطلب أداءً من الدرجة الأولى، لتصبح الخيار المفضل لسيناريوهات تطبيقات الموجات المميليمترية المتطورة. وفي الوقت نفسه، تحقق MPI، من خلال التعديل الكيميائي الناجح، توازنًا رائعًا بين الأداء والتكلفة. كما أنها ترث العمليات الناضجة ومزايا سلسلة التوريد الخاصة بالبيانات الشخصية التقليدية، مما يدعم تعميم الجيل الخامس على نطاق واسع في النطاق الرئيسي دون 6 جيجاهرتز مع فعاليتها العالية من حيث التكلفة.

واستشرافًا للمستقبل، فإن العلاقة بين LCP وMPI ليست مجرد علاقة "إحلال" بل تميل أكثر نحو "التكامل" و"التقارب". في المستقبل المنظور، سيتعايش الاثنان معًا عبر سيناريوهات تطبيق ونطاقات تردد مختلفة. فمن ناحية، تحتاج تقنية LCP إلى التركيز على التغلب على الاختناقات المتعلقة بالتكلفة وعمليات تصنيع الألواح متعددة الطبقات؛ ومن ناحية أخرى، تحتاج تقنية MPI إلى تحسين مستمر لمواجهة تحديات نطاقات التردد الأعلى. والأهم من ذلك، ستوفر مخططات التصميم الهجينة مثل "التصميم الهجين مثل "MPI-المهيمن على MPI، و LCP-المكمل"، إلى جانب استكشاف مواد جديدة (مثل الموجهات الموجية الضوئية، ومركبات PTFE، وما إلى ذلك)، أساسًا ماديًا أكثر ثراءً وقوة لتطوير تقنيات اتصالات الجيل التالي.

في نهاية المطاف، لا توجد إجابة واحدة تناسب الجميع لاختيار مواد الهوائي. يعتمد القرار على مفاضلة شاملة تتضمن تحديد موقع أداء الجهاز، ونطاقات التردد المستهدفة، وميزانية التكلفة، واستراتيجية سلسلة التوريد. إن التنافس والتآزر بين LCP وMPI لا يدفعان فقط تقدم علم المواد نفسه ولكنهما يشكلان معًا أساسًا متينًا يدعم الاتصال عالي السرعة في الجيل الخامس وحتى الجيل السادس المستقبلي.

بالنسبة لمواد هوائي الجيل الخامس 5G وحلول المواد المخصصة، يمكنك الدخول في شراكة مع Stanford Advanced Materials (SAM). يمكن لخبرتنا في المواد المتقدمة أن تساعدك في التنقل بين LCP مقابل MPI لتحديد الحل الأمثل لمتطلبات التردد والأداء والتكلفة الخاصة بك. اتصل بنا اليوم لمناقشة كيف يمكننا دعم مشاريع الاتصال من الجيل التالي الخاصة بك.