1、Pcb

  PCB（Printed Circuit Board）是承載并連接其他電子元器件的橋梁，是現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)中不可缺少的產(chǎn)品。5G時代基站用PCB會傾向于更多層的高集成設(shè)計，除了結(jié)構(gòu)變化之外，5G的數(shù)據(jù)量更大、發(fā)射頻率更大、工作的頻段也更高，這需要基站用PCB板有更好的傳輸性能和散熱性能，因此5G基站用PCB板要使用更高頻率、更高傳輸速度、耐熱性更好的電子基材。

2、基站天線

  天線是基站的重要組成部分，由輻射單元（振子）、反射板（底板）、功率分配網(wǎng)絡(luò)（饋電網(wǎng)絡(luò)）、封裝防護(hù)（天線罩）構(gòu)成。天線是一種變換器，把傳輸線上傳播的導(dǎo)航波，變換成無界媒介中傳播的電磁波，或者進(jìn)行相反的變換。無論是基站還是移動終端，天線均是用于發(fā)射和接受電磁波，基站天線性能的好壞，直接影響到移動通信的質(zhì)量。

3、濾波器

  基站濾波器是射頻系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，主要工作原理是使發(fā)送和接收信號中特定的頻率成分通過，并極大地衰減其它頻率成分。在3G/4G時代，金屬同軸腔體憑借著較低的成本和較成熟的工藝成為了市場的主流選擇。5G時代受限于MassiveMIMO對大規(guī)模天線集成化的要求，陶瓷介質(zhì)濾波器在小型化、輕量化、低損耗、溫度穩(wěn)定性、性價比上存在優(yōu)勢，陶瓷濾波器逐漸成為市場主流。

   陶瓷濾波器核心制造工藝主要包括粉體配方、壓制成型及燒結(jié)、金屬化和調(diào)試四大環(huán)節(jié)。生產(chǎn)技術(shù)難點在于一致性，陶瓷粉體材料的配方、生產(chǎn)的自動化以及調(diào)試的良率和效率都是濾波器生產(chǎn)的難點所在。

4G時代，基站濾波器企業(yè)主要向設(shè)備商直接供貨，而5G時代，主設(shè)備商整合天線&濾波器廠商或成趨勢，天線和濾波器整集成為一體化的AFU方案或成為5G時代AAU和小基站的發(fā)展發(fā)現(xiàn)。前期采用工藝成熟的小型化金屬濾波器，后期采用陶瓷介質(zhì)濾波器將成為大部分主設(shè)備商的選擇。

二、5G時代下的陶瓷材料

5g具有毫米波的高頻段，其信號傳輸容易受到干擾。另外，隨著無線充電需求的不斷增加，傳統(tǒng)金屬材料越來越容易受到干擾，這使得陶瓷等非金屬材料在5g時代逐漸涌現(xiàn)。

一般來說，陶瓷可分為普通陶瓷和高級陶瓷。高級陶瓷是以高純度、超細(xì)合成或精選的無機化合物為原料再加工而成的。

  先進(jìn)陶瓷具有高硬度、耐磨、耐腐蝕、耐高溫、導(dǎo)電、絕緣、磁性、透光性等一系列優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于國防、化工、電子、機械、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

  根據(jù)特性和用途的分類，高級陶瓷可分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷，結(jié)構(gòu)陶瓷具有部分熱等化學(xué)功能；功能陶瓷具有電子、磁性、光學(xué)、聲學(xué)等特性，同時還具有相互轉(zhuǎn)化的功能，約占高級陶瓷市場份額的70%。

  由于5g具有毫米波的高頻段，其信號傳輸容易受到干擾。另外，隨著無線充電需求的不斷增加，傳統(tǒng)金屬材料越來越容易受到干擾，這使得陶瓷等非金屬材料在5g時代逐漸涌現(xiàn)。

  一般來說，陶瓷可分為普通陶瓷和高級陶瓷。高級陶瓷是以高純度、超細(xì)合成或精選的無機化合物為原料再加工而成的。先進(jìn)陶瓷具有高硬度、耐磨、耐腐蝕、耐高溫、導(dǎo)電、絕緣、磁性、透光性等一系列優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于國防、化工、電子、機械、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

  根據(jù)特性和用途的分類，高級陶瓷可分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷，結(jié)構(gòu)陶瓷具有部分熱等化學(xué)功能；功能陶瓷具有電子、磁性、光學(xué)、聲學(xué)等特性，同時還具有相互轉(zhuǎn)化的功能，約占高級陶瓷市場份額的70%。

  從工業(yè)應(yīng)用來看，電子產(chǎn)業(yè)是功能陶瓷產(chǎn)業(yè)最大的終端應(yīng)用市場，電子陶瓷是功能陶瓷最大的應(yīng)用領(lǐng)域，市場占有率達(dá)80%。

  電子陶瓷產(chǎn)業(yè)的上游包括電子陶瓷的基本粉體和其他配方粉體；中游包括電子陶瓷材料和元件；下游包括3C、通信、汽車等市場。

  生產(chǎn)工藝主要包括上游粉末原料→漿料→成型→燒結(jié)→加工。從成本構(gòu)成來看，原材料、成型燒結(jié)和后處理的比例分別約為30%、20%和35%。

  上游陶瓷粉體的產(chǎn)能主要集中在歐美日工廠手中。前三大電子陶瓷粉生產(chǎn)企業(yè)占比高達(dá)51%。至于電子陶瓷的另一重要非金屬原料納米氧化鋯，前三位的制造商占31%，分別是法國圣戈班，日本第一稀有元素，日本東曹。

  從下游供應(yīng)商格局來看，全球電子陶瓷供應(yīng)商同樣集中在歐、美、日廠中，日本、美國及歐洲廠市占分別為 50%、30%、10%。以中國廠而言，生產(chǎn)粉末材料主要廠商有國瓷材料、東方鋯業(yè)等，陶瓷產(chǎn)品供應(yīng)商則有三環(huán)集團(tuán)、比亞迪電子等。

  憑藉硬度高、耐磨損、斷裂韌性高等優(yōu)點，陶瓷材料下游應(yīng)用范圍廣，涵蓋 3C、機械、光通訊、化工、醫(yī)療、航空、汽車等七大領(lǐng)域。未來在 5G 高頻需求之下，為高Q、低損耗特性的陶瓷市場打開新的成長機遇，陶瓷天線、LTCC、陶瓷濾波器等產(chǎn)品將陸續(xù)推向 5G 市場。

  以陶瓷天線為例，與PCB天線相比，陶瓷天線具有較高的介電常數(shù)，可以有效減小天線尺寸，提高內(nèi)部空間利用效率，使手機更輕。

  低溫共燒陶瓷技術(shù)是一種多層陶瓷微波材料技術(shù)。其集成電子元件模塊具有靈活性強、操作簡單、技術(shù)成熟、損耗低、小型化等優(yōu)點。此外，LTCC優(yōu)異的介電性能使其成為5g高頻天線的最佳解決方案。

  隨著頻率的增加，電磁波傳播過程中的衰減也會增加，金屬天線的導(dǎo)體損耗較大，毫米波段天線的輻射效率大大降低。相比之下，LTCC制造的高頻通信模塊具有高Q、大電流、耐高溫、導(dǎo)熱性好等特點，更適合5g高頻天線。

三、5G技術(shù)下的新材料？

  2013年是4G元年，2019年6月6日工信部正式頒發(fā)5g商用許可證，5g迎來了他的時代。在自動化、信息和電子時代，5g不會停止發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，以5g基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為龍頭的七大核心產(chǎn)業(yè)新基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，2020年投資規(guī)模約為21800億。IHS預(yù)計，到2035年，5g將為全球帶來12.3萬億美元的潛在銷售活動，并將跨越多個工業(yè)部門。

  什么是5g？5g是第五代移動通信技術(shù)的簡稱。5g通信是指通信頻率增加到5GHz。我國首個5g中頻頻段為3.3-3.6ghz和4.8-5ghz，24.75-27.5ghz和37-42.5ghz的高頻段正在研制中，而28ghz則主要用于全球測試。這意味著5g通信接近毫米波段。毫米波最大的優(yōu)點是傳播速度快，最大的缺點是穿透性差，衰減大。（注：在30-300ghz的頻域（波長1-10毫米）中的電磁波通常稱為毫米波。它們位于微波和遠(yuǎn)紅外線重疊的波長范圍內(nèi)，因此它們具有兩種光譜的特性。）

Q5G通訊有什么優(yōu)點？

A極高的速率：5G的傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于4G傳輸速度100倍左右。手機用戶在不到一秒時間內(nèi)即可完成一部高清電影的下載。

極低的時延：4G的信號時延為140毫秒，而5G的時延降低到1毫秒，比4G整整降低140倍。

極大的衰減：因為5G的傳播頻率太高，導(dǎo)致信號很容易被屏蔽、很容易受到外界干擾、也很容易在傳播介質(zhì)中衰減。

Q與4G通訊比較，5G對材料有什么特殊要求？

A5G的傳輸速度更快，要求傳播介質(zhì)材料的介電常數(shù)和介電損耗要??；

5G的電磁波覆蓋能力較差，要求材料的電磁屏蔽能力要強；

5G的傳輸信號強度較差，要傳播材料的介電常數(shù)要小，材料的電磁屏蔽能力要強；

5G元器件的厚度薄、密封性要好，要求及時散熱，材料導(dǎo)熱性能要好。

綜合起來，5G需要：低介電、高導(dǎo)熱和高電磁屏蔽的高分子材料。

  5g通信材料品種極其豐富，從金屬材料、陶瓷材料、工程塑料、玻璃材料、復(fù)合材料到功能材料，都有著巨大的市場空間。5g的布局帶動了整個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，必然會推動供給側(cè)改革。企業(yè)面臨著機遇和挑戰(zhàn)。

四、5G手機

1、5G手機天線材料-lcp與mpi

    5G的驅(qū)動無疑為智能手機天線的發(fā)展和革新帶來機會。隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，手機通信使用的無線電波頻率逐漸提高。由于電磁波具有頻率越高，波長越短，越容易在傳播介質(zhì)中衰減的特點，頻率越高，要求天線材料的損耗越小。 

  最早的天線由銅和合金等金屬制成，后來隨著FPC工藝的出現(xiàn)，4G時代的天線制造材料開始采用PI膜（聚酰亞胺）。但PI在10Ghz以上損耗明顯，無法滿足5G終端的需求，憑借介子損耗與導(dǎo)體損耗更小，具備靈活性、密封性等特性，LCP（Liquid Crystal Polymer，液晶聚合物）逐漸得到應(yīng)用。但LCP造價昂貴、工藝復(fù)雜，目前MPI（Modified Polyimide，改良的聚酰亞胺）有望成為5G時代早期天線材料的主流選擇之一。

  未來LCP將主要應(yīng)用于無人駕駛、快速響應(yīng)、AR、VR等需要大容量傳輸?shù)膽?yīng)用場景。LCP可用于高頻電路板、COF基板、多層板、IC封裝、u-bga、高頻連接器、天線、揚聲器基板、透鏡模塊/FPC、移相器小型投影儀等。

  改性聚酰亞胺（MPI）非晶態(tài)材料可以在幾乎任何溫度下工作，特別是銅箔在低溫下壓制時，很容易粘附在銅表面。改進(jìn)了氟化物公式，在10-15ghz超高頻甚至超高頻信號處理方面的性能有望與LCP天線相媲美。MPI可以滿足5g時代的信號處理要求，價格比LCP更人性化。因此，在5g發(fā)展初期，MPI有望取代部分PI，成為重要的過渡材料。

2、半導(dǎo)體材料   

      5G將帶來半導(dǎo)體材料革命性的變化，隨著通訊頻段向高頻遷移，基站和通信設(shè)備需要支持高頻性能的射頻器件，GaN的優(yōu)勢將逐步凸顯。

目前電信基站領(lǐng)域橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體（LDMOS）、砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）三者占比相差不大，從未來發(fā)展趨勢來看，5G通信頻率最高可達(dá)85GHz，是GaN發(fā)揮優(yōu)勢的頻段，使得GaN有望成為5G基站建設(shè)重點材料之一。此外，隨著氮化鎵體單晶襯底研究技術(shù)趨于成熟，下一步的發(fā)展方向是大尺寸、高完整性、低缺陷密度、自支撐襯底材料。 

3、導(dǎo)熱散熱材料  

導(dǎo)熱材料主要用于解決電子設(shè)備的散熱問題，用于發(fā)熱源和散熱器的接觸界面之間，通過使用導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高于空氣的熱界面材料，提高電子元器件的散熱效率。5G時代新產(chǎn)品具有 “高熱流密度、高功率、穩(wěn)定性、熱響應(yīng)、超薄”的特性，這就對導(dǎo)熱、散熱材料提出更高的要求。

導(dǎo)熱材料處于產(chǎn)業(yè)鏈中游，上游原材料包括石墨、PI膜、硅橡膠、改性塑料等，下游應(yīng)用集中在消費電子、通信基站、動力電池等領(lǐng)域。

4、電磁屏蔽材料  

電磁波引起的電磁干擾（EMI）和電磁兼容（EMC）問題日益嚴(yán)重，不僅對電子儀器、設(shè)備造成干擾和損壞，影響其正常工作，也會污染環(huán)境，危害人類健康。另外，電磁波泄露也會危及信息安全。電磁屏蔽是利用屏蔽材料阻隔或衰減被屏蔽區(qū)域與外界的電磁能量傳播，其原理是屏蔽材料對電磁波進(jìn)行反射和吸收。電磁屏蔽材料解決電磁波引起的電磁干擾和電磁兼容問題。

按照材料的制備工藝劃分，電磁屏蔽材料可以分為金屬類電磁屏蔽材料、填充類復(fù)合屏蔽材料、表面敷層屏蔽材料和導(dǎo)電涂料類屏蔽材料。

5、手機后蓋材料  

5G采用的大規(guī)模MIMO技術(shù)，需要在手機中新增專用天線，而金屬對信號會產(chǎn)生屏蔽及干擾，所以手機后蓋去金屬化將是大勢所趨，目前手機后蓋材質(zhì)正在從金屬轉(zhuǎn)向玻璃、陶瓷和塑料，其中塑料又是其中最受青睞的材料之一，但普通注塑+噴涂的后蓋和保護(hù)套是無法滿足5G時代要求的，未來的趨勢是質(zhì)感上和體驗上都向金屬或玻璃靠近。

目前的IMT及背蓋PC注塑+鍍膜塑膠外殼在外觀質(zhì)感上已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍，塑料相關(guān)企業(yè)在保護(hù)殼的市場上還有很大的上升空間5G手機背板材料的選擇，需要考慮10個指標(biāo)，其中性能指標(biāo)6個，量產(chǎn)可行性指標(biāo)3個，綜合指標(biāo)1個。

隨著5G的商用，金屬手機后殼淘汰速率將進(jìn)一步加快，玻璃/陶瓷/塑料將成為三大主要原材料。

 PMMA+PC復(fù)合板材原材料成本低、且易于加工、耐摔不易碎不變形；通過紋理設(shè)計和3D高壓成型可以實現(xiàn)3D玻璃效果，表面視覺質(zhì)感大大增強；背板兼具良好的耐磨性和韌性。

陶瓷材料結(jié)合了玻璃的外形差異化、無信號屏蔽、硬度高等性能優(yōu)勢，同時擁有接近于金屬材料的優(yōu)異散熱性。氧化鋯陶瓷在手機中的應(yīng)用主要是后蓋、指紋識別的貼片或可穿戴設(shè)備的外殼、鎖屏和音量鍵等小型結(jié)構(gòu)件。陶瓷作為手機外殼材料具有良好的質(zhì)感、其耐磨性好、散熱性能好，能夠很好的滿足5G通信和無線充電技術(shù)對機身材料的要求。

目前，各?。ㄊ?、區(qū)）相繼出臺了支持5g發(fā)展的政策和文件，其中融合應(yīng)用成為人們關(guān)注的焦點。中國電信、中國移動、中國聯(lián)通相繼發(fā)布5g發(fā)展規(guī)劃，在應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面都有較好的布局。目前5g產(chǎn)業(yè)正逐步走向獨立生態(tài)化、網(wǎng)絡(luò)化。

5g是下一輪信息技術(shù)革命的制高點，它將催生萬物互聯(lián)互通。從互聯(lián)網(wǎng)到移動互聯(lián)網(wǎng)再到5g物聯(lián)網(wǎng)，將帶來新的生產(chǎn)生活方式。以5g、人工智能、高端裝備、新材料、新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)為代表的科技創(chuàng)新建設(shè)，將為經(jīng)濟(jì)增長和自主創(chuàng)新提供有力支撐。

聲      明：文章內(nèi)容轉(zhuǎn)載自5G 材料論壇、平湖市浙江工業(yè)大學(xué)新材料研究院，僅作分享，如有侵權(quán)，請聯(lián)系小編刪除，謝謝