Высокотехнологичные пластики для умных устройств

Средний смартфон (общий вес порядка 150-200 г) содержит около 20 г пластика, который используется не только в корпусах, но и в таких крошечных компонентах, как изоляторы на печатных платах или гибкие соединительные элементы. Полимеры делают современные устройства легче, безопаснее и мощнее, являясь ключевым фактором появления инноваций в сфере электроники.

Динамичный рост сектора

Электронная промышленность — одна из важнейших отраслей-потребителей пластмасс во всем мире. Пластики используются не только во внешних корпусах смартфонов, ноутбуков и бытовой техники, но и во многих внутренних компонентах, таких как изоляторы, держатели печатных плат, разъемы и переключатели. Инженерные пластики — поликарбонат (ПК), полиамид (ПА), полибутилентерефталат (ПБТ) и эпоксидные смолы — пользуются особым спросом, поскольку они обеспечивают отличную электроизоляцию, термостойкость и механическую прочность.

Несмотря на миниатюризацию и экономию дорогостоящих материалов (а скорее, благодаря этим трендам), спрос на пласмассы в электронике продолжает расти. Рост обусловлен возрастающей сложностью современных устройств, интеграцией новых функций и расширением применения электроники в таких областях, как электромобильность и медицинские технологии.

Существуют и региональные различия: в промышленно развитых странах делается акцент на экологичных, пригодных для вторичной переработки пластиках, в то время как на развивающихся рынках общее потребление увеличивается благодаря росту производства. Благодаря высоким требованиям, предъявляемым к качеству материалов и их инновационному потенциалу, сектор электроники в значительной степени является драйвером развития полимерной индустрии.

Незаменимые материалы и тренды

Без пластиков не было бы тонких корпусов, гибких печатных плат в носимых устройствах или термостойких защитных кожухов для электродвигателей. Их пластичность позволяет создавать инновационные конструкции, а экономичное производство делает современные технологии доступными для всех. Пластики также характеризуются высокой химической стойкостью, например к влаге или растворителям, что увеличивает срок службы электронных изделий. Экономическая эффективность переработки пластиковых компонентов делает их особенно привлекательными для массового производства. В то же время пригодность к рециклингу имеют все возрастающее значение: расширяется использование переработанных материалов, а концепция создания облегченных конструкций помогает сократить расход материалов и энергопотребление в процессе эксплуатации.

Нормативные требования и стандарты безопасности, такие как RoHS («Ограничение использования опасных веществ») и REACH («Регистрация, оценка, разрешение и ограничение использования химических веществ»), устанавливают четкие ограничения на используемые в электронике материалы. Соблюдение этих стандартов является обязательным для производителей, например в Европе, и оказывает существенное влияние на выбор пластика. Цифровизация и постоянно растущий рынок интеллектуальных продуктов также являются ключевыми факторами роста сектора электроники.

Приложения на базе Интернета вещей (IoT) и интеллектуальные системы требуют использования пластиковых компонентов, которые не только функциональны, но и прочны, а также соответствуют требованиям завтрашнего дня. От ударопоглощающих корпусов до филигранных разъемов и термостойких компонентов двигателей — полимерные материалы проникают во все сферы современных технологий. Их универсальность позволяет создавать новые конструкции, прочность продлевает жизненный цикл товаров, а растущее использование переработанных материалов прокладывает путь к ответственному производству. Таким образом, решения из пластика в равной степени способствуют прогрессу и устойчивому развитию.

Необходимо понимать, что области применения пластиков не ограничиваются потребительской электроникой. В автомобильной промышленности и секторе мобильности они незаменимы при производстве систем электромобилей, блоков управления и датчиков. В медицинской технике пластики используются в электронных узлах и диагностических системах. В промышленной сфере без полимеров невозможно создать системы управления, робототехнику или решения для автоматизации процессов.

Разнообразие применений и ограничения

В табл. 1 приведены примеры применений в электронике основных типов полимеров. Однако на самом деле этот список можно продолжать бесконечно.

ПЭ и ПВХ широко используются в качестве изоляторов для предотвращения короткого замыкания между электрическими соединениями и в качестве инкапсулянтов для защиты электронных компонентов от воздействия окружающей среды, таких как влага, пыль и механические повреждения.

Большинство полимеров по своей природе являются диэлектриками и именно поэтому их так широко используют в сфере электроники, некоторые из них могут быть химически модифицированы для проведения электрических импульсов. Полианилин — один из наиболее изученных проводящих полимеров, известный своей регулируемой проводимостью и устойчивостью к воздействию окружающей среды. Он широко используется в датчиках, аккумуляторах, конденсаторах и антистатических покрытиях. Полиацетилен был одним из первых открытых проводящих полимеров. Несмотря на чувствительность к воздуху и влаге, он обладает высокой проводимостью и используется в транзисторах и солнечных батареях.

Полупроводниковые полимеры способны проводить электричество при определенных условиях и являются неотъемлемой частью гибкой электроники и оптоэлектронных устройств. Политиофен известен своими превосходными электронными свойствами и широко используется в производстве солнечных модулей, светодиодов (LED) и тонкопленочных транзисторов. Полифлуорен ценится за высокую подвижность электронов и светоизлучающие свойства, что делает его идеальным для применения в LED-дисплеях и фотоэлектрических элементах.

Полидиметилсилоксан — популярный выбор для создания гибкой электроники благодаря его гибкости, прозрачности и биосовместимости.

Полиимиды используются в высокотемпературных приложениях и гибкой электронике благодаря своей термостойкости и механической прочности. Существуют и полимерные композиты с высокой теплопроводностью: они нужны в качестве теплопроводящих материалов, так как облегчают отвод тепла в электронных устройствах.

Радиационно-чувствительные резисты необходимы в литографических процессах для создания шаблонов электронных устройств и проводов на микросхемах и печатных платах.

Силиконы применяются в качестве герметиков благодаря своей гибкости и устойчивости к перепадам температур.
Несмотря на наличие огромного количества преимуществ, которые обеспечивают пластики (легкость, гибкость, долговечность, заданность свойств, экономичность производства, возможность переработки при низких температурах), есть и определенные проблемы.

Так, некоторые полимеры имеют более низкую подвижность носителей заряда и более низкую эффективность излучения света по сравнению с традиционными неорганическими материалами. Пластики могут быть подвержены деградации при определенных условиях — высокой температуре или влажности. Изготовление сложных многослойных структур с использованием полимеров также может быть сложной задачей.

Несмотря на это, полимеры продолжают стимулировать появление инновации в таких сферах, как создание гибкой и печатной электроники, датчиков и носимых устройств.