5G發(fā)展背后，這些新材料你知道多少？

今天跟大家剖析5G發(fā)展背后的新材料有哪些？與4G通訊比較，5G對材料有什么特殊要求？

5G通訊用材料品種異常豐富，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)都面臨著機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

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。

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。

PCB產(chǎn)業(yè)鏈由上游的銅箔、玻纖、覆銅板，中游的PCB制造以及下游的行業(yè)應(yīng)用構(gòu)成。覆銅板對PCB直接影響PCB導(dǎo)電、絕緣、支撐等功能，是PCB制造的重要基材，占PCB原材料中成本最高的。

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。

5G的驅(qū)動無疑為智能手機(jī)天線的發(fā)展和革新帶來機(jī)會。隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，手機(jī)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)用到像無人駕駛等需要快速反應(yīng)的和AR、VR等需要大容量傳輸?shù)膽?yīng)用場景。LCP可用于高頻電路基板、COF基板、多層板、IC封裝、u-BGA、高頻連接器、天線、揚聲器基板、鏡頭模組/FPC、移相器小型投影儀等。

改性聚酰亞胺（MPI）非結(jié)晶性的材料，基本上在各種溫度下都可進(jìn)行操作，特別是在低溫壓合銅箔時，能夠容易地與銅的表面接著。其氟化物的配方被改良，在10-15GHz的超高頻甚至極高頻的信號處理上的表現(xiàn)有望媲美LCP天線，MPI可以滿足5G時代的信號處理需求，且價格較LCP更親民，故在5G發(fā)展前期，MPI有望替代部分PI，成為重要的過渡材料。

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。

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。

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。

5G采用的大規(guī)模MIMO技術(shù)，需要在手機(jī)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(jī)后蓋去金屬化將是大勢所趨，目前手機(jī)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(jī)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(jī)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(qiáng)；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(jī)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(jī)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(jī)身材料的要求。