不同介电性能的TLCP在高频通讯应用评价方法

在通信领域，随着现代通讯技术的发展，使用无线电波的频率越来越高，热致液晶聚合物(TLCP)材料应用于通讯连接器时，其介电性能将会作为重点关注指标，譬如用于高频信号输出部件时，要求材料介电常数及介电损耗尽可能低；当希望元器件起到一定电存储功能时，则要求材料具有更高的介电常数。

本文选择降低材料介电常数的中空玻璃微珠(HGB)，提高材料介电常数的钛酸钡(BT)以及增加材料强度的玻璃纤维(GF)等作为填料与TLCP进行共混，研究三种无机物填充改性TLCP材料的介电性能变化规律，实现在一定范围内调节TLCP材料的介电性能，从而拓宽TLCP在高频通讯领域的应用，并为5G材料的研发提供一定的借鉴。

在室温下利用微波网络分析仪对材料介电性能进行测试，采用同轴传输线法，扫频范围为100MHz~17GHz。

2.1 介电常数分析

图1 不同频率下TLCP树脂介电常数

由图1为不同频率下TLCP树脂介电常数，本文以I型TLCP树脂作为基材，研究不同无机物填充体系的介电常数变化规律，因TLCP材料应用于通讯连接器部件时以黑色材料为主，故选择质量分数0.5%的炭黑作为色粉以获得黑色TLCP材料，具体配方及相应的平均介电常数如表1所示，100MHz～17GHz范围内的介电常数测试结果如图2所示。

表1 不同无机物填充体系配方及平均介电常数

注：平均介电常数指频率100MHz~17GHz范围内介电常数的平均值。

图2 不同含量无机物填充TLCP材料在不同频率下的介电常数

通过表1和图2可看到，在100MHz～17GHz范围内，不同含量无机物填充体系的介电常数不随扫描频率增大而变化，此规律与TLCP树脂基材保持一致。但无机物的填充，改变了材料的介电常数，介电常数变化大小与填料种类及其填充量有关。可见，通过调整共混改性的配方包括填料种类或含量，获得高频下介电常数在2.42～7.05范围内的TLCP材料。

2.2介电损耗分析

介电损耗是指电介质在交变电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗，最终以热能形式耗散，按形成机理可分为弛豫损耗、共振损耗以及电导损耗三类，一般用无量纲的介电损耗角正切值来表征。

对介电性能的测试均是在常温下进行，依据介电损耗机理可推断在测试频率为100MHz~17GHz下，介电损耗不可能出现明显损耗峰值，实际测得的具体介电损耗数据如图3所示。

图3 不同含量无机物填充TLCP材料在不同频率下的介电损耗角正切值

由图3可看到在100MHz～17GHz范围内，不同含量无机物填充体系的介电损耗随频率的变化曲线都是呈波浪线形式，且出现波峰波谷的频率基本一致，此波浪线形式是由于测试仪器系统误差导致。

若对数值进行直线拟合，如图4所示，可明显看到不同材料介电损耗随频率增加而上升，这主要由于交变电场频率增大，使得单位时间内偶极矩转向极化、原子极化、电子极化总次数增加，从而导致总损耗增加。

图4 介电损耗角正切值数据拟合结果

通过图4还可得到，无机物的填充将使材料介电损耗增大，主要归因于无机物电导性明显大于TLCP树脂，无机物填充后材料电导损耗增加。即使可使介电常数降低的HGB也会使介电损耗略微增加；相同填充量(质量分数30%)下，BT填充体

系介电损耗最大，GF填充体系次之，HGB填充体系最小；而相同填充体系中，填料含量越多，介电损耗越大。

(1)在频率100MHz～17GHz范围内，TLCP树脂及其不同含量无机物填充改性TLCP材料的介电常数不随频率增大而变化，介电损耗则随频率增大而上升。

(2)当GF质量分数由30%增加到60%时，TLCP材料的介电常数由3.70升至4.09；当HGB质量分数由10%增加到30%时，TLCP材料的介电常数由3.08降至2.42；当BT质量分数由30%增加到60%时，TLCP材料的介电常数由4.68升至7.05。

(3)填充无机物会使TLCP材料的介电损耗增大，含量越高，介电损耗越大。在无机物质量分数为30%的情况下，介电损耗大小程度排序为：BT改性TLCP材料＞GF改性TLCP材料＞HGB改性TLCP材料。

咨询电话：020-66221668