信息技術領域已成為提升國家科技創(chuàng)新實力、推動經濟社會發(fā)展和提高整體競爭重要的動力引擎。5G是開啟工業(yè)數(shù)字化和物聯(lián)網新時代的新一代基礎生產力。世界各國把搶占5G通信技術的至高點作為國家發(fā)展的重要戰(zhàn)略，不管是在關鍵元器件、上游材料制備還是在網絡部署等方面都開始積極布局，搶先發(fā)展先機。

與傳統(tǒng)4G等通信技術相比，5G通信技術接入工作器件需滿足全頻譜接入、高頻段乃至毫米波傳輸、超高寬帶傳輸3大基礎性能要求，其制備材料則需要具有實現(xiàn)大規(guī)模集成化、高頻化和高頻譜效率等特點。

針對5G的要求，陶瓷有“先天優(yōu)勢”。隨著陶瓷在指紋識別、無線充電等手機功能領域的逐漸普及，陶瓷材料具有無信號屏蔽、硬度高、觀感強及接近金屬材料優(yōu)異散熱性等特點成為手機企業(yè)進軍5G時代的重要選擇。

微波介質陶瓷是5G時代最受矚目的陶瓷材料。

微波介質陶瓷（MWDC）是指應用于微波頻段（主要是UHF、SHF頻段，300MHz～300GHz）電路中作為介質材料并完成一種或多種功能的陶瓷。微波介電陶瓷具有介電常數(shù)高、微波損耗低、溫度系數(shù)小等優(yōu)良性能，能滿足微波電路小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求。微波介質陶瓷的主要材料包括氧化鋇（BaO）—二氧化鈦（TiO₂）系材料、BaO—氧化銦（Ln₂O₃）系材料、復活鈣鈦礦系材料和鉛基鈣鈦礦系材料。

微波介質陶瓷廣泛應用于微波諧振器、濾波器、振蕩器、電容器及微波基板等，是移動通訊、衛(wèi)星通訊、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、藍牙技術及無線局域網等現(xiàn)代微波通訊的關鍵材料。介質諧振器和濾波器是用量最大的微波介質陶瓷器件，目前，我國是移動通信用微波介質諧振器和濾波器的最大市場。近年來，微波陶瓷器件正向片式化、微型化甚至集成化方向發(fā)展。

目前，5G基站濾波器有三種方案，即小型金屬腔體濾波器、塑料濾波器和陶瓷介質濾波器。傳統(tǒng)的濾波器一般由金屬同軸腔體實現(xiàn)，通過不同頻率的電磁波在同軸腔體濾波器中振蕩，保留達到濾波器諧振頻率的電磁波，并耗散掉其余頻率的電磁波。

陶瓷介質濾波器中的電磁波諧振發(fā)生在介質材料內部，沒有金屬腔體，因此體積較上述兩種濾波器都會更小。5G時代Massive MIMO（大規(guī)模天線技術）對天線集成化的要求較高，濾波器需要更加的小型化和集成化，為了滿足5G基站對濾波器的相關需求，更易小型化的陶瓷介質濾波器成為主流解決方案。

5G時代，隨著電子元器件逐步向小型化、精密化、高速化、高可靠性方向發(fā)展，以及大功率電子元器件的使用量逐步加大，快速散熱及極端溫度下的可靠性已成為封裝的關鍵問題。

封裝基板是芯片封裝體的重要組成材料，可以分為有機、陶瓷和復合材料3種。無機陶瓷基板原材料為高化學穩(wěn)定性、高耐腐蝕性、氣密性好、熱導率高及熱膨脹系數(shù)匹配的氧化鋁（Al₂O₃）、氮化鋁（AlN）、碳化硅（SiC）和氧化鈹（BeO）等陶瓷材料。我國在Al₂O₃、AlN、SiC和BeO等陶瓷材料制備技術比較成熟，而且已經能夠熟練掌握陶瓷表面的薄膜金屬化工藝，但是在陶瓷表面的后膜金屬化技術方面，還比較欠缺。

在5G通信技術中，需要大量的中高頻器件，主要包含濾波器、功率放大器、低噪聲放大器、射頻開關等。化合物半導體材料是制備這些器件的核心關鍵材料。化合物基半導體材料主要包括砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC)等化合物半導體，具備禁帶寬度大、電子遷移率高、直接禁帶等性能，可以實現(xiàn)高頻譜效率、大頻率波處理、低延時響應等功能?；衔锇雽w材料未來將在5G、物聯(lián)網、智能汽車等應用領域得到廣泛應用。

在5G通信產業(yè)化過程中，將伴隨著大量基站建設和終端的推廣應用。因此，需要大量高頻濾波器、信號發(fā)射器等元器件。濾波壓電材料是制造這些器件的關鍵材料。主要的濾波壓電材料包括壓電晶體材料、壓電陶瓷材料和壓電薄膜材料。壓電陶瓷材料主要包括鈣鈦結構礦（鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛）材料、鎢青銅結構材料和鉍層狀結構材料。

▲壓電陶瓷

近年來，壓電材料在全球每年銷量按15%左右的速度增長，自2017年以來，每年全球壓電陶瓷產品銷售額約達150億美元以上。

近年來，智能終端陶瓷得到快速發(fā)展并受到了市場的高度關注，主要源于精密陶瓷材料具有其他智能終端材料(如金屬、塑料)所不具備的一些優(yōu)異性能和特點，并且可以滿足5G通信及無線充電的發(fā)展趨勢。

隨著步入5G時代，由于5G通信采用3GHz以上的無線頻譜，智能手機的天線結構將比4G更為復雜，信號傳輸量更大，傳輸速度更快。目前，手機外殼廣泛使用的鋁鎂合金因其對信號屏蔽作用強，無法滿足5G信號傳輸?shù)囊螅膊豢蛇M行無線充電，而陶瓷材料對信號屏蔽小，便于無線充電，天線結構易于設計。

無線充電技術主要通過磁共振、電場耦合、磁感應和微波天線傳輸技術實現(xiàn)。由于目前金屬機殼對電磁場有屏蔽和吸收作用，會影響無線充電的傳輸效率，所以無線充電功能不能用在金屬后蓋手機和智能手表中。

▲三星GalaxyS10+陶瓷版手機

但是電磁波可以順利穿過陶瓷、玻璃、塑料等非金屬材料，所以智能手機和手表要實現(xiàn)無線充電功能，就須采用陶瓷和玻璃后蓋，塑料雖然也可使用，但易老化，質感差；可見無論是5G通信還是無線充電，陶瓷材料可以較好地解決信號傳輸問題。正因為納米氧化鋯陶瓷具備耐磨損、耐銹蝕、對皮膚不過敏、親膚性好、佩戴舒適、且外觀溫潤手感好等優(yōu)點，從而更適用于智能可穿戴設備。

隨著5G商用時代到來，納米ZrO₂陶瓷背板成為最佳備選材料，目前中國走在前面，全球90%以上的陶瓷背板由中國制造。

多層陶瓷電容器(MLCC)材料在5G技術支撐下飛速發(fā)展，已經成為電子設備中必不可少的零部件，對移動互聯(lián)網通信技術以及人類社會的信息交互方式產生了極其深遠的影響，促進了物聯(lián)網產業(yè)的更新?lián)Q代，強化了人與人、人與物以及物與物的智能互聯(lián)。5G移動通信技術的發(fā)展，對多層陶瓷電容器材料的性能提出了更高、更嚴格的要求。多層陶瓷電容器材料將逐漸向高頻化、低功耗、小型化和高儲能密度技術方向發(fā)展，以迎接5G時代的到來。

參考來源：

[1]申勝飛.5G通信技術關鍵材料發(fā)展研究

[2]劉錦.微波燒結微波介質陶瓷的研究進展

[3]謝志鵬等.智能終端陶瓷的發(fā)展與應用狀況分析

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