威格斯“绿色”材料为创新电子产品设计注入源动力

随着全球电子产业对环保节能的重视度日益攀升，优化生产制造体系，打造从原材料到终端产品的‘绿色供应链’已成为业界共识。市场和技术驱动力促使制造商提供更加轻便、节能、高能效且具环保意识的电子产品，为消费者提供更多优质体验。而电子元器件供应商也开始将更多的材料因素纳入产品设计和制造考虑，未来对电子材料的要求包括：热性能、清洁、介电性能、机械强度；可加工性；系统成本优势；提高生产力；符合法规(RoHS、WEEE等)要求。

已经为业界广为接纳的RoHS法规主要规范了在电子产品中对汞、镉和铅等重金属以及六价铬化合物等特定化学品的使用，使得这些电子产品在生产制造和使用过程中以及废弃后对环境产生的影响最小化。在此基础上，为进一步减少电子产品所用材料可能对环境造成的影响，近来电子行业又掀起了采用低卤素材料的热潮。其重点关注对象是在电子产品中普遍采用的阻燃剂、PVC材料以及含多溴联苯醚化合物的材料。国际电工委员会在其IEC61249-2-21标准中对电子产品材料中所含卤素的总量作出了明确的规定，要求溴的含量不得超过900ppm，氯的含量不得超过900ppm，卤素总含量不得超过1500ppm，符合这些要求的材料可称为“无卤素”材料。这一定义也在国际印刷电路协会颁布的IPC-4101B中得以采用。

目前电子业正面临着多方面的挑战和机遇，而选用环保材料进行产品设计和制造是其中的关键一环。如何为电子业的厂商提供既能满足产品性能和功耗需求，又符合相关法规要求的材料，正成为全球材料供应商所必须面对的问题。

在高分子聚合材料领域耕耘了30年的英国威格斯公司(Victrex plc)已开始面向电子行业提供符合RoHS法规以及“无卤素”要求的高性能材料。VICTREX PEEK聚合材料的主要属性包括：耐高温性、耐磨性、耐化学腐蚀性、耐水解性、高纯度、绝缘性、高强度/重量比等等。该公司高级市场开发经理余志光介绍，这些优良性能使其能够替代金属、合金、金属复合物、陶瓷，以及制造成本和消耗高的部件、复合物或聚合材料。例如DLP灯座，打印机内部的加热辊齿轮、分离爪、衬套和滚筒涂层，手机备用电池的垫圈、翻盖转轴、滑盖以及FPC连接器等部件。高性能PEEK材料允许用户进行符合市场趋势的创新设计。

以研发的角度来看，新材料的价格可能相对较高，但其所带来高附加价值反而有助于降低整体生产成本。威格斯全球电子产业行销经理陈威旭指出，“VICTEREX PEEK兼具抗磨性、强度、尺寸稳定性、低释气性、吸湿性和耐热性等多种综合性能，在最大限度地保证电子产品稳定性和可靠性的同时，可大幅提高产品的生产效率和产量并降低总体生产成本。”

在大多数无铅应用中，PBT、尼龙和PPS等材料会因变形而不能采用。LCP虽然具有一流的热性能，但存在熔合线强度的问题。此外，LCP垂直于流动方向的热膨胀系数(CTE)相对于流动方向高很多,这会导致尺寸稳定性问题。“在现有各种工程塑料中，PEEK是目前唯一能够满足最严格无铅焊接工艺要求的材料。” 据余志光介绍，PEEK在高温环境下拥有极高的机械强度，连续使用温度高达260℃，并且可完全融化加工。PEEK材料燃烧后产生的是二氧化碳和水，因而得到倡导绿色环保的半导体行业的认可。

图1：不同聚合材料的热性能比较。

基于VICTREX PEEK聚合材料的APTIV薄膜是现有最高性能的可熔融加工聚合材料。“与市场上的其它薄膜产品相比，APTIV薄膜适用性极广，性能出色，在各种的条件下均拥有良好的综合性能。” 余志光介绍，APTIV薄膜技术可帮助电子应用降低系统成本，提升性能，增加设计的灵活性，进而帮助客户增强产品性能，实现产品差异化。

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目前一些表面贴装电容话筒和扬声器振膜都是采用的APTIV薄膜。表面贴装电容话筒求应用的材料能够承受最高280℃的无铅回流温度，稳定的电气性质和低介电常数；扬声器振膜的关键要求是制造过程和全功率操作的温度范围在204~260℃，而且整个使用寿命期间必须具备极强的动态疲劳性能。诸如三星、摩托罗拉和诺基亚的手机都已采用APTIV薄膜。

随着便携设备对更小空间、更小尺寸和更高密度装配要求的不断提升，将柔性线路板(FPC)连接器设计用于内部连接是满足上述要求的必然选择。例如手机FPC连接器的关键要求是：高耐用性、高耐热性、耐磨性及高性能、高频下电气特性的保持。随着新型FPC连接器日趋纤薄，其材料的机械强度要求更高，如果采用LCP材料，接合线处很容易断裂。而VICTREX PEEK材料的价值正体现在耐磨性、耐蠕变性、热性能，以及高频下节点介电性低，节点损耗低等方面，因而在手机连接器方面获得良好应用效果。“手机是PEEK材料在中国目前应用最广泛的市场。”陈威旭指出。

图2：PEEK材料在手机零部件中的应用。

LED反射器是PEEK材料的另一个拓展应用。众所周知，一个理想的反射器对于LED至关重要，LED性能与反射器质量有着密切联系。在后期高温LED芯片工艺阶段，反射器的材料反射性能不能降低，需要具有很高的热稳定性。LED反射器的关键要求包括:初始反射率和保持力；成型性能；尺寸稳定性；防潮。一般的材料容易裂解和变色，导致反射器的发射效率降低，照明亮度变小。而VICTREX PEEK的优势恰恰在于其热稳定性、出色的流动性、低吸湿性，以及可与金属媲美的热膨胀系数(CTE)，因而成为LED反射器基座的理想选择。

图3：不同涂层材料的抗磨损性比较。

针对新一代DLP灯座产品的要求，高性能PEEK材料同样表现不俗。DLP灯座的发展趋势是紧凑小型化，要求高亮度(>2,500lm)；高功率(高达300W)；长使用寿命；鲜明色彩和高对比度。这种趋势对材料也提出更高的要求，例如必须满足RTI>220℃或更高；低释气性；低微粒生成，以及高温下机械性能的保持。在这些方面，PEEK材料完全可以满足要求。

目前，VICTREX PEEK材料已经广泛应用于电子设备及其关键元件和部件中。“随着行业需求的增长，PEEK的应用领域还将扩展，特别是在运行环境比较严苛的应用中，如汽车电子、工业和电子制造工艺应用等。”陈威旭表示。

中国巨大的电子市场为电子零部件创造了广阔的需求空间，同时也拉动了对电子材料的需求，为加强对中国以及亚洲市场的技术支持力度，2006年威格斯还在上海建立了亚洲创新与技术中心(AITC)，在新应用开发、原型设计、部件设计、模具制造、成型实验、产品性能数据分析和实际现场工艺等阶段为客户提供全方位技术支持。

作者：胡萍