Com diversas opções de materiais de baixa perda disponíveis no mercado, este artigo da Dra. Shababa Selim, especialista em materiais e analista sénior de tecnologia aqui na IDTechEx, examina as principais propriedades e fatores a considerar na seleção de materiais para aplicações de alta frequência.
Seleção de materiais adequados com baixa perda para circuitos de alta frequência
À medida que os sistemas de comunicação migram para frequências mais elevadas (por exemplo, 5G/6G) e as transferências de dados atingem velocidades mais elevadas, minimizar as perdas de transmissão e manter a integridade do sinal torna-se crucial. É aqui que entram em cena os materiais de baixa perda. Estes materiais são essenciais para diversas aplicações, incluindo telecomunicações 5G mmWave e o futuro 6G, sistemas de radar automóvel e infraestruturas de data centers, como switches de servidores, transcetores e muito mais.
De acordo com as previsões da IDTechEx no seu mais recente relatório, "Materiais de Baixa Perda para 5G/6G, Radares e Tecnologia Digital de Alta Velocidade 2026-2036: Mercados, Tendências e Previsões", a procura de LLM deverá aumentar sete vezes na próxima década.
Tipos de materiais de baixa perda
Existem diversos tipos de materiais de baixa perda disponíveis no mercado, classificados em categorias orgânicas e inorgânicas. Cada material tem as suas próprias vantagens e desvantagens em termos de desempenho, fabrico e custo. Os materiais orgânicos ganharam uma popularidade significativa para aplicações de alta frequência. Exemplos destes materiais incluem epóxis especiais, politetrafluoretileno (PTFE), polímero de cristal líquido (LCP), éter de polifenileno (PPE) e outros.
Por outro lado, os materiais inorgânicos como a cerâmica queimada a baixa temperatura (LTCC) e o vidro parecem estar a progredir mais lentamente, mas também têm recebido muita atenção devido à sua baixa absorção de humidade e propriedades dielétricas estáveis.
A IDTechEx falou com diversos participantes importantes da indústria de materiais, incluindo Celanese, Kyocera e Isola, e destaca a análise aprofundada dos principais desenvolvimentos e tendências no relatório recentemente publicado "Materiais de baixa perda para 5G/6G, radar e tecnologia digital de alta velocidade 2026-2036: mercados, tendências e previsões".
Propriedades do material: métricas de desempenho
Os materiais de baixa perda são concebidos com fatores de dissipação ou tangentes de perda (Df) e constantes dielétricas (Dk) baixos e estáveis para garantir um desempenho ideal em aplicações de radiofrequência (RF), incluindo ondas milimétricas (mmWave) para sistemas de telecomunicações (5G, 6G) ou radar. Estas propriedades dielétricas são também cruciais para circuitos de alta velocidade, como os utilizados na infraestrutura de data centers (transcetores, switches, etc.). Por exemplo, é importante selecionar materiais dielétricos com um Dk estável em toda a gama de frequências de operação, uma vez que as variações em Dk podem levar a uma impedância instável, resultando na distorção do sinal.
De um modo geral, os materiais orgânicos apresentam uma vasta gama de valores de Dk e Df, dependendo da sua composição (por exemplo, tipo de resina, misturas e teor, cargas, aditivos, etc.). Os materiais inorgânicos (por exemplo, LTCC) apresentam normalmente valores de Dk elevados, mas os seus valores de Df são baixos e estáveis numa gama de frequências mais ampla. Os materiais orgânicos e inorgânicos também são combinados para aumentar a resistência mecânica e as propriedades (por exemplo, materiais de PTFE combinados com cerâmica, vidro, etc.).
Na seleção de materiais, é essencial considerar também as propriedades mecânicas e térmicas para garantir o desempenho e a viabilidade de fabrico, bem como o custo para manter a competitividade global em diferentes aplicações.
Uma propriedade fundamental é o coeficiente de expansão térmica (CTE). Uma discrepância no CTE entre os materiais do substrato pode levar à delaminação, fissuras ou deformações sob ciclos térmicos, resultando em problemas de fiabilidade. Para os laminados revestidos a cobre utilizados em placas de circuito impresso (PCB), é crucial garantir que o CTE dos materiais é o mais próximo possível do CTE do cobre.
Outras propriedades críticas são a condutividade térmica e a absorção de humidade, dado que uma elevada condutividade térmica ajuda a dissipar o calor de forma eficiente (crucial para aplicações de alta potência) e estabiliza as propriedades dielétricas, enquanto a absorção de humidade pode degradar a integridade do sinal e aumentar a perda de inserção. Minimizar a rugosidade da folha de cobre é também essencial para reduzir as perdas no condutor devido a efeitos de superfície.
O relatório da IDTechEx aprofunda estas propriedades críticas dos materiais para aplicações de alta velocidade e alta frequência. Inclui comparações e análises de mais de 150 materiais orgânicos, inorgânicos e compósitos de baixa perda disponíveis no mercado para PCB e componentes de RF, examinando propriedades como Dk, Df, absorção de humidade, CTE, condutividade térmica e muito mais. Além disso, aborda também os avanços nos materiais para futuras aplicações 6G.
O caminho para 2036: materiais de baixa perda
Com os radares automóveis de 77-79 GHz a tornarem-se padrão para a segurança, e a implementação contínua do 5G e 6G a levar-nos finalmente para a gama sub-THz, o desafio para a próxima década não é apenas alcançar a menor perda dielétrica possível, mas fazê-lo em grande escala, com
materiais processáveis e estáveis, a um custo controlável.
