Auteur: Sona Dadhaniaanalyste technologique chez IDTechEx

BOSTON, 21 avril 2023 /PRNewswire/ — La législation restreignant l’utilisation des « produits chimiques permanents », ou substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS), fait l’objet de débats sur les principaux marchés comme l’Union européenne et les États-Unis. Mais avec certains membres de la famille PFAS, à savoir les fluoropolymères comme le polytétrafluoroéthylène (PTFE), envisagés pour les applications 5G de nouvelle génération, comment cela affectera-t-il le marché des matériaux à faible perte pour la 5G ?

Après tout, alors que les télécommunications 5G continuent de se déployer à l’échelle mondiale, le besoin de matériaux qui permettent ces réseaux 5G continue de croître. Cela est particulièrement vrai pour la bande de fréquences 5G avec le plus d’intérêt et d’excitation – mmWave (ondes millimétriques) 5G. mmWave 5G, fonctionnant dans des bandes haute fréquence entre 24 et 100 GHz, offre des taux de transfert de données plus rapides, une faible latence et une bande passante plus élevée par rapport aux technologies sans fil précédentes, comme la 3G (

Cependant, le déploiement de la technologie 5G mmWave pose des défis au-delà de ses caractéristiques physiques, comme une perte de transmission élevée à des fréquences plus élevées, ce qui perturbe la capacité de mmWave 5G à fournir des signaux de haute qualité aux utilisateurs. La réduction de la perte de transmission sera un obstacle majeur à surmonter pour la 5G à ondes millimétriques ; en tant que tel, mmWave 5G nécessitera des matériaux plus performants qui minimisent les pertes de transmission pour soutenir sa croissance.

C’est là qu’interviennent les matériaux à faible perte. L’amélioration des propriétés diélectriques de ces matériaux, présents dans tous les coins d’un appareil 5G, de la carte de circuit imprimé (PCB) à l’antenne en passant par le boîtier du circuit intégré, est essentielle pour réduire la perte de transmission et améliorer Signal 5G. Ce besoin alimente la croissance du marché des matériaux à faibles pertes pour les applications 5G, qu’IDTechEx prévoit d’atteindre 1,8 milliard de dollars américains d’ici 2033.

PTFE : les interdictions proposées pourraient-elles affecter ce choix populaire pour mmWave 5G

Un matériau à faible perte très intéressant pour les applications mmWave 5G est le polytétrafluoroéthylène (PTFE), un fluoropolymère et, par conséquent, un membre de la famille des substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS). Le PTFE a une constante diélectrique (Dk) et une tangente de perte (Df) inférieures à celles des matériaux thermodurcissables à faible perte couramment utilisés. En effet, les études de benchmarking d’IDTechEx dans leur « Matériaux à faible perte pour 5G et 6G 2023-2033 » Le rapport révèle que les stratifiés commerciaux en PTFE ont une tangente de perte qui est, en moyenne, six fois inférieure à celle des stratifiés commerciaux à base d’époxy. Le PTFE offre également des performances diélectriques stables sur une gamme de fréquences et de températures, ainsi qu’une résistance à la chaleur et à la corrosion. Pour ces raisons, beaucoup explorent l’utilisation du PTFE, qui est fourni par Rogers Corporation, Taconic et SYTECH (Shengyi Technology Co., Ltd), pour leurs stations de base mmWave 5G et leurs équipements clients (CPE).

Cependant, le PTFE a ses inconvénients, tels que des coûts plus élevés et des difficultés de fabrication. Ensuite, il y a la question urgente de la réglementation, compte tenu de certaines des interdictions proposées des PFAS.

Les PFAS sont considérés comme des « produits chimiques éternels » en raison de la force de la liaison fluor-carbone, avec plusieurs risques pour la santé associés à leur accumulation dans le corps humain. Les PFAS sont transférés dans le cycle de l’eau lors de leurs étapes de fabrication, d’utilisation dans les procédés industriels et de traitement en fin de vie, entraînant une exposition inévitable pour les organismes.

La fabrication et l’utilisation des produits chimiques PFAS sont soumises à des réglementations de plus en plus strictes. La Commission européenne a interdit l’utilisation des PFAS dans plusieurs domaines, y compris les mousses anti-incendie en 2021, avec l’intention de limiter leur utilisation aux applications d’importance sociétale critique, tandis que l’Agence européenne des produits chimiques (ECHA) a présenté une proposition en janvier 2023 restreindre toutes les utilisations des PFAS dans l’UE d’ici 2025. Décembre 2022l’US EPA a publié une note visant à réduire les rejets de PFAS dans les cours d’eau.

Compte tenu des restrictions actuelles et proposées, certaines entreprises cherchent à réduire leur dépendance aux PFAS. Un acteur notable dans cet espace est 3Mqui a annoncé dans Décembre 2022 qu’il cessera la fabrication et s’efforcera d’arrêter l’utilisation des PFAS d’ici 2025. 3M ont cité les restrictions réglementaires, les consommateurs devenant « de plus en plus intéressés par les alternatives » et les difficultés opérationnelles comme principales raisons de quitter le marché des PFAS.

La législation exacte concernant les PFAS ne sera pas connue de sitôt. Alors que la proposition soumise à l’ECHA entre dans une période de consultation par les comités scientifiques, de nombreux acteurs de l’industrie demandent que les polymères fluorés soient différenciés et exclus de ces larges interdictions. Le résultat peut avoir des implications de grande envergure, mais quel que soit le résultat, ces développements ont présenté une grande incertitude sur le marché.

Alternatives émergentes au PTFE sur le marché des matériaux à faible perte

Face à ces évolutions législatives, il n’est pas certain que l’application du PTFE dans les appareils mmWave 5G soit affectée. Par conséquent, les entreprises peuvent envisager des alternatives potentielles au PTFE pour le marché de la 5G à ondes millimétriques. IDTechEx a discuté de plusieurs de ces alternatives matérielles dans leur « Matériaux à faible perte pour 5G et 6G 2023-2033« , examinant leurs performances diélectriques, leurs propriétés mécaniques, leurs fournisseurs et leur pénétration du marché. Quelques-unes des alternatives les plus discutées ont été mises en évidence ci-dessous :

Stratifiés à base d’hydrocarbures

Les stratifiés à base d’hydrocarbures offrent plus que simplement ne pas faire partie de la famille PFAS. Les stratifiés à base d’hydrocarbures ont une faible intermodulation passive (PIM), contribuant au bruit et à un faible rapport signal-bruit ; ceci est avantageux par rapport au PTFE, qui a une mauvaise stabilité PIM dans le temps. De plus, les hydrocarbures sont compatibles avec les matériaux de cartes de circuits classiques, de sorte qu’ils peuvent être utilisés pour former un stratifié composite. Enfin, ils sont proposés à moindre coût que le PTFE. Cependant, les stratifiés à base d’hydrocarbures ont souvent une teneur élevée en charge, ce qui peut entraîner des difficultés de traitement, et ils ont des performances diélectriques moins stables que le PTFE à des températures de fonctionnement modérées.

Poly(p-phénylène éther) (PPE) et poly(p-phénylène oxyde) (PPO)

Le PPO et l’EPI sont des matériaux thermoplastiques à haute température qui ont été utilisés comme matériau diélectrique dans les PCB pour de nombreux marchés, y compris les télécommunications. Ils offrent une constante diélectrique et une tangente de perte similaires (bien que légèrement supérieures) à celles du PTFE, mais avec moins de problèmes environnementaux et un coût inférieur à celui du PTFE. Cependant, le PPO/PPE a des taux d’absorption d’humidité plus élevés que le PTFE. Plus important encore, leurs tangentes de perte augmentaient à mesure que la fréquence de fonctionnement augmentait, plus que la tangente de perte du PTFE ; le manque de stabilité de la tangente de perte à des fréquences plus élevées peut être préoccupant pour certaines applications.

Céramiques frittées cocuites à basse température (LTCC)

LTCC fait référence aux céramiques avec une température de frittage inférieure à 1000°C ; du point de vue des propriétés des matériaux, LTCC offre une tangente à faible perte idéale pour les ondes millimétriques 5G, une résistance d’isolation élevée et un faible coefficient de dilatation thermique (CTE), ce qui est pertinent pour la fabrication. Surtout, LTCC permet la fabrication de packages intégrés qui incluent des composants embarqués; ces boîtiers sont petits et peuvent être installés sur des appareils 5G à ondes millimétriques plus petits. Cependant, les LTCC souffrent d’une constante diélectrique plus élevée, de processus de fabrication complexes et de coûts plus élevés.

Prévisions du marché pour les matériaux à faibles pertes pour la 5G et la 6G

Le dernier rapport d’IDTechEx, « Matériaux à faible perte pour 5G et 6G 2023-2033« , explore les développements technologiques et les tendances du marché qui stimulent la croissance du marché des matériaux à faible perte pour les télécommunications de nouvelle génération, y compris les nouveaux matériaux à l’étude. IDTechEx prévoit les revenus futurs et la demande régionale de matériaux à faible perte pour la 5G tout en segmentant soigneusement le marché par fréquence (sous-6 GHz contre ondes millimétriques), six types de matériaux et trois domaines d’application (smartphones, infrastructure et CPE) pour fournir soixante lignes de prévision différentes.

Pour plus d’informations sur les matériaux à faibles pertes pour la 5G et la 6G, y compris les études comparatives des matériaux, l’analyse des acteurs, les moteurs et les obstacles du marché et les prévisions de marché granulaires sur 10 ans, veuillez visiter www.IDTechEx.com/LowLossMats. Des exemples de pages peuvent être téléchargés à partir de ce lien.

Pour le portefeuille complet de recherches liées à la 5G disponibles auprès d’IDTechEx, veuillez visiter www.IDTechEx.com/Research/5G.

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