IDTechEx Examine L'utilisation des PFAS En Tant Que Matériaux À Faible Perte Pour Les Applications 5G

IDTechEx Examine L'utilisation des PFAS En Tant Que Matériaux À Faible Perte Pour Les Applications 5G
La législation limitant l'utilisation des "produits chimiques à vie", ou des substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS), fait l'objet d'un débat sur les principaux marchés tels que l'Union européenne et les États-Unis. Mais comme certains membres de la famille des PFAS, à savoir les fluoropolymères comme le polytétrafluoroéthylène (PTFE), sont envisagés pour les applications de la prochaine génération de la 5G, comment cela affectera-t-il le marché des matériaux à faible perte pour la 5G ?
 
En effet, alors que les télécommunications 5G continuent de se déployer à l'échelle mondiale, le besoin de matériaux permettant la mise en œuvre de ces réseaux 5G ne cesse de croître. C'est particulièrement vrai pour la bande de fréquences 5G qui suscite le plus d'intérêt et d'enthousiasme : la 5G à ondes millimétriques (mmWave). La 5G à ondes millimétriques, qui fonctionne dans des bandes à haute fréquence comprises entre 24 et 100 GHz, offre des taux de transfert de données plus rapides, une faible latence et une bande passante plus large que les technologies sans fil précédentes, telles que la 3G (<1 GHz) et la 4G LTE (1 - 2,6 GHz), et même la bande de fréquences 5G de moins de 6 GHz, la plus couramment déployée.
 
Cependant, le déploiement de la technologie mmWave 5G pose des défis qui vont au-delà de ses caractéristiques physiques, comme la perte de transmission élevée à des fréquences plus élevées, qui perturbe la capacité de la technologie mmWave 5G à fournir des signaux de haute qualité aux utilisateurs. La réduction de la perte de transmission sera l'un des principaux obstacles que la technologie mmWave 5G devra surmonter ; à ce titre, la technologie mmWave 5G nécessitera des matériaux plus performants qui minimisent la perte de transmission pour soutenir sa croissance.
 
C'est là qu'interviennent les matériaux à faible perte. L'amélioration des propriétés diélectriques de ces matériaux, que l'on trouve dans tous les recoins d'un appareil 5G, du circuit imprimé à l'antenne en passant par l'emballage du circuit intégré, est essentielle pour réduire la perte de transmission et améliorer le signal 5G. Ce besoin alimente la croissance du marché des matériaux à faible perte pour les applications 5G, qui, selon les prévisions d'IDTechEx, devrait atteindre1,8 milliard de dollars américains d'ici 2033.
 
PTFE : les interdictions proposées pourraient-elles affecter ce choix populaire pour la technologie mmWave 5G ?
 
Le polytétrafluoroéthylène (PTFE), un polymère fluoré et, par conséquent, un membre de la famille des substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS), est un matériau à faible perte qui présente un grand intérêt pour les applications 5G à ondes millimétriques. 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 fait, les études comparatives menées par IDTechEx dans son rapport "Matériaux à faibles pertes pour la 5G et la 6G 2023-2033" montrent 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, de nombreuses personnes envisagent d'utiliser le PTFE, qui est fourni par des sociétés telles que Rogers Corporation, Taconic et SYTECH (Shengyi Technology Co., Ltd), pour leurs stations de base 5G à ondes millimétriques et les équipements des locaux des clients (CPE).
 
Toutefois, le PTFE présente des inconvénients, tels que des coûts plus élevés et des difficultés de fabrication. En outre, la question pressante de la réglementation se pose, compte tenu de certaines des propositions d'interdiction des PFAS.
 
Source : IDTechEx - "Low-loss Materials for 5G and 6G 2023-2033" : IDTechEx - "Matériaux à faibles pertes pour la 5G et la 6G 2023-2033"
 
Les PFAS sont considérés comme des "produits chimiques à vie" en raison de la force de la liaison fluor-carbone, et présentent plusieurs risques pour la santé liés à leur accumulation dans le corps humain. Les PFAS sont transférés dans le cycle de l'eau au cours de leur fabrication, de leur utilisation dans les processus industriels et de leur traitement en fin de vie, ce qui entraîne une exposition inévitable des organismes.
 
La fabrication et l'utilisation des substances 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, dans l'intention de limiter leur utilisation à des applications d'importance sociétale critique, tandis que l'Agence européenne des produits chimiques (ECHA) a présenté une proposition en janvier 2023 pour restreindre toutes les utilisations des PFAS dans l'UE d'ici 2025. En décembre 2022, l'EPA a publié un mémo 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 à l'égard des PFAS. Un acteur notable dans ce domaine est la société 3M, qui a annoncé en décembre 2022 qu'elle cesserait de fabriquer des PFAS et qu'elle s'efforcerait de ne plus les utiliser d'ici à 2025. 3M a cité les restrictions réglementaires, les consommateurs qui s'intéressent de plus en plus aux alternatives et les difficultés opérationnelles comme les principales raisons de son retrait du 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 vastes interdictions. Le résultat peut avoir des implications considérables, mais quelle que soit l'issue, ces développements ont créé une grande incertitude sur le marché.
 
Nouvelles alternatives au PTFE sur le marché des matériaux à faibles pertes
 
Face à ces développements législatifs, il n'est pas certain que l'application du PTFE dans les dispositifs 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 examiné plusieurs de ces alternatives dans son rapport "Matériaux à faibles pertes pour la 5G et la 6G 2023-2033" ", en 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 davantage que le simple fait de ne pas faire partie de la famille des PFAS. Les stratifiés à base d'hydrocarbures présentent une faible intermodulation passive (PIM), qui contribue au bruit et à un faible rapport signal-bruit ; c'est un avantage par rapport au PTFE, dont la PIM est peu stable dans le temps. En outre, les hydrocarbures sont compatibles avec les matériaux des circuits imprimés conventionnels, de sorte qu'ils peuvent être utilisés pour former un stratifié composite. Enfin, ils sont proposés à des coûts inférieurs à ceux du PTFE. Cependant, les stratifiés à base d'hydrocarbures ont souvent une teneur élevée en charges, ce qui peut entraîner des difficultés de mise en œuvre, et leur performance diélectrique est moins stable que celle du PTFE à des températures de fonctionnement modérées.
 
Poly(p-phénylène éther) (PPE) et poly(p-phénylène oxyde) (PPO)
Le PPO et le PPE sont des matériaux thermoplastiques à haute température qui ont été utilisés comme matériau diélectrique dans les circuits imprimés pour de nombreux marchés, y compris les télécommunications. Ils offrent une constante diélectrique et une tangente de perte similaires (voire légèrement supérieures) à celles du PTFE, mais avec moins de préoccupations environnementales et un coût inférieur à celui du PTFE. Cependant, les PPO/PPE ont des taux d'absorption de l'humidité plus élevés que le PTFE. Plus important encore, leurs tangentes de perte augmentent à mesure que la fréquence de fonctionnement augmente, 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 co-cuites à basse température (LTCC)
Le LTCC désigne les céramiques dont la température de frittage est inférieure à 1 000 °C. Du point de vue des propriétés des matériaux, le LTCC offre une tangente de faible perte idéale pour la technologie mmWave 5G, une résistance d'isolation élevée et un faible coefficient de dilatation thermique (CTE), ce qui est important pour la fabrication. Il est important de noter que le LTCC permet de fabriquer des boîtiers intégrés qui comprennent des composants incorporés ; ces boîtiers sont petits et peuvent être montés sur des appareils mmWave 5G de plus petite taille. Cependant, les LTCC souffrent d'une constante diélectrique plus élevée, de processus de fabrication complexes et de coûts plus élevés.
 
Prévisions de marché pour les matériaux à faible perte pour la 5G et la 6G
 
Le dernier rapport d'IDTechEx, "Matériaux à faibles pertes pour la 5G et la 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 de surface pour les matériaux à faible perte pour la 5G tout en segmentant soigneusement le marché par fréquence (sub-6 GHz vs. mmWave), 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 faible perte 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 granulaires du marché sur 10 ans, veuillez consulter le sitewww.IDTechEx.com/LowLossMats. Des exemples de pages peuvent être téléchargés à partir de ce lien.
 
Pour consulter l'ensemble du portefeuille de recherches sur la 5G disponibles auprès d'IDTechEx, veuillez vous rendre sur le sitewww.IDTechEx.com/Research/5G.