摘要：隨著5G移動通信技術(shù)的發(fā)展，工信部在今年6月6日正式向國內(nèi)四大網(wǎng)絡(luò)運營商發(fā)布了5G商用牌照，我國進(jìn)入了5G商業(yè)應(yīng)用的元年。目前來看，5G已經(jīng)打破了信息傳輸?shù)目臻g限制，手機(jī)下載一部1G的電影只要3秒，無人駕駛汽車反應(yīng)速度精準(zhǔn)到毫秒，解放軍總醫(yī)院的醫(yī)生在3000公里外為帕金森患者植入腦起搏器……此刻，通信設(shè)備上游原材料的發(fā)展是5G商業(yè)化規(guī)模應(yīng)用的前提和保障，本文對新材料在5G通信中的機(jī)遇做了展望。

　　微波介質(zhì)陶瓷構(gòu)成的濾波器預(yù)計市場規(guī)模超過629.3億元

　　在3G和4G時代，金屬同軸腔體濾波器由于其成本低，技術(shù)成熟的優(yōu)點，是最為主流的濾波器類型，但其尺寸較大。在高端射頻器件領(lǐng)域，陶瓷介質(zhì)諧振濾波器因為插入損耗小、高抑制、高Q值(品質(zhì)因數(shù))、溫度漂移特性好，功率容量和無源互調(diào)性能優(yōu)，被認(rèn)為是該領(lǐng)域的發(fā)展方向。

　　隨著5G的到來，高Q值、選頻特性好、工作頻率穩(wěn)定性好、插入損耗小的濾波器材料成為主流的需求，而微波介質(zhì)陶瓷剛好滿足這些特性。而且受限于大規(guī)模天線技術(shù)對集成化的要求，更容易小型化的陶瓷介質(zhì)濾波器是主流的解決方案。

　　而從市場潛力角度觀察，5G單基站濾波器用量將是4G的FDD制式的16倍，TDD制式的8倍。小型化的單通道濾波器價格是4G的三分之一，基站單扇區(qū)的濾波器的價值量達(dá)到4G的3.6倍，為3200元。而單基站扇區(qū)數(shù)為3個。并且5G頻段高，基站覆蓋范圍小，未來5G基站總數(shù)有可能達(dá)到4G的1.5倍。工信部在今年年中公布，全國4G基站已達(dá)437萬個，所以，陶瓷介質(zhì)濾波器的國內(nèi)總市場規(guī)模將超過629.3億元。

　　第三代半導(dǎo)體材料有望彎道超車

　　寬禁帶半導(dǎo)體碳化硅和氮化鎵是繼第一代硅、鍺和第二代砷化鎵、磷化銦等材料之后發(fā)展起來的第三代半導(dǎo)體材料。其可在高溫和強(qiáng)輻照的環(huán)境下保持原有的N型和P型的導(dǎo)電性能，各性能參數(shù)見表1。

表1 各種半導(dǎo)體材料的性能參數(shù)

(來源：《新材料產(chǎn)業(yè)》)

　　5G通信系統(tǒng)對移動通信基站的帶寬要求達(dá)1GHz，而傳統(tǒng)的Si-LDMOS(硅基橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體)技術(shù)已經(jīng)無法滿足。第三代半導(dǎo)體材料碳化硅和氮化鎵是基于大寬帶、高效率、小體積、輕質(zhì)量、低成本需求的解決方案。法國市場研究與戰(zhàn)略咨詢公司Yole認(rèn)為未來五年，全球碳化硅功率半導(dǎo)體的年復(fù)合增長率將達(dá)到29%;全球射頻氮化鎵的年復(fù)合增長率將達(dá)到22.9%，市場規(guī)模達(dá)到13億美元。

　　LDMOS技術(shù)從1995年誕生以來，占領(lǐng)了幾乎全球所有的2G和3G市場份額，出貨量的走高使得生產(chǎn)成本迅速下降，形成了難以打破的技術(shù)壟斷格局，其主要被飛思卡爾公司、荷蘭恩智浦公司和德國英飛凌公司等3家歐美企業(yè)把控，我國半導(dǎo)體材料企業(yè)難以有所作為。但是，目前氮化鎵技術(shù)在全球移動通信基站的應(yīng)用還處于起步階段，而中科院半導(dǎo)體所、西安電子科技大學(xué)、中國電科13所、55所等科研院所已經(jīng)在氮化硅襯底氮化鎵鋁/氮化鎵異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料研制方面取得一定進(jìn)展。所以，我國很有希望在氮化鎵技術(shù)的全球競爭格局中實現(xiàn)彎道超車，占有一席之地。

　　高端多層陶瓷電容器材料被日企壟斷

　　多層陶瓷電容器是電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)元器件之一，為了滿足5G通信大容量、高速度的需求，多層陶瓷電容器材料將朝著高頻、低功耗、小型、高儲能密度方向發(fā)展。

　　但是目前高端產(chǎn)品幾乎被日本企業(yè)壟斷，日本企業(yè)掌握相關(guān)的超高溫陶瓷粉末生產(chǎn)技術(shù)和工藝，在陶瓷粉末全球市場占據(jù)超過70%的份額。而在該領(lǐng)域，我國主要以中小企業(yè)居多，關(guān)鍵技術(shù)工藝落后，在陶瓷粉末純度、顆粒大小和形狀方向無法達(dá)到要求，沒能形成有力的競爭。也因陶瓷粉末原料占多層陶瓷電容器成本的30%-65%，在2017年，多層陶瓷電容器被迫多次高幅度漲價，下游企業(yè)叫苦不迭。

　　聚碳酸酯有機(jī)玻璃復(fù)合材料將部分取代金屬手機(jī)蓋板

　　5G對手機(jī)外殼的信號傳輸能力提出了更高的要求，具有信號屏蔽作用的金屬后蓋將被淘汰，塑料、玻璃、陶瓷材質(zhì)份額將會上升。聚碳酸酯有機(jī)玻璃通過紋理設(shè)計和3D高壓成型可實現(xiàn)3D玻璃效果，其成型工藝簡單，節(jié)約能源，生產(chǎn)效率高，成本低，符合無線充電無屏蔽的需求，并且有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)具有高硬度和耐候性，聚碳酸酯具有抗沖擊性和良好的成型性能的特點。

　　目前，聚碳酸酯有機(jī)玻璃復(fù)合材料的生產(chǎn)廠家較少，如：TEIJIN、kuraray、Sumitomo Chemical等，聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯原料產(chǎn)能集中在國外化工巨頭手中。

　　LCP和MPI材料將成為新型天線傳輸線

　　LCP(Liquid Crystal Polymer)是一種新型的高分子材料，在加熱狀態(tài)一般會變成液晶形態(tài)，所以也被成為液晶聚合物。MPI(Modified Polyimide)是傳統(tǒng)聚酰亞胺薄膜的改性材料。它們具有低吸濕、低介電常數(shù)及低介電損失的特性，將成為新型天線傳輸線。

　　LCP材料制造難度較大，良率低導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高，所以MPI將和LCP材料在5G時代共存，中低頻采用MPI，高頻采用LCP。

　　結(jié)語

　　隨著5G時代的到來，新材料行業(yè)迎來了巨大機(jī)遇，微波介質(zhì)陶瓷構(gòu)成的濾波器將在5G基站中大量應(yīng)用，國內(nèi)市場規(guī)模預(yù)計會超過629.3億元;寬禁帶第三代半導(dǎo)體碳化硅和氮化鎵材料有望實現(xiàn)彎道超車;高端多層陶瓷電容器材料被日企壟斷，國產(chǎn)廠商需要突破陶瓷粉末制備技術(shù)和工藝;金屬手機(jī)蓋板會被淘汰，聚碳酸酯有機(jī)玻璃復(fù)合材料將部分取代;LCP和MPI材料將成為新型天線傳輸線。