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5G需要(want)這(this)樣的(of)化工新材料!這(this)篇文章說透了(Got it)。
發布時(hour)間:2021-07-27 15:29
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  2013年是(yes)4G元年,而如今随着2019年6月6日工信部正式發放5G商用(use)牌照,5G迎來(Come)了(Got it)屬于(At)它的(of)時(hour)代。在(exist)自動化,信息化,電子化的(of)年代,5G不(No)會停止發展的(of)腳步。據統計測算,以(by)5G基建爲(for)首的(of)七大(big)核心産業新基建,2020年的(of)投資規模在(exist)21800億左右。IHS 預計到(arrive)2035年,5G在(exist)全球創造的(of)潛在(exist)銷售活動将達12.3萬億美元,并将跨越多個(indivual)産業部門。這(this)麽大(big)的(of)市場蛋糕,從5G基建到(arrive)手機,有哪幾種新材料值得化工企業關注呢?


 
那什麽是(yes)5G呢?
5G爲(for)第五代移動通信技術的(of)簡稱,5G通訊就是(yes)指通訊頻率提高到(arrive)5GHz範圍。我(I)國(country)的(of)5G初始中頻頻段爲(for)3.3G~3.6GHz和(and)4.8G~5GHz兩個(indivual)頻段,24.75G~27.5GHz、37G~42.5GHz高頻頻段正在(exist)研發之中;而國(country)際上(superior)主要(want)使用(use)28GHz進行試驗。這(this)意味着5G通訊接近毫米波波段,毫米波最大(big)優點爲(for)傳播速度快,随之帶來(Come)的(of)最大(big)缺點就是(yes)穿透力差、衰減大(big)。(注:通常将30G~300GHz的(of)頻域(波長爲(for)1~10mm)的(of)電磁波稱毫米波,它位于(At)微波與遠紅外波相交疊的(of)波長範圍,因而兼有兩種波譜的(of)特點。)
 
5G通訊有什麽優點?
極高的(of)速率:5G的(of)傳輸速率遠遠大(big)于(At)4G傳輸速度100倍左右。手機用(use)戶在(exist)不(No)到(arrive)一(one)秒時(hour)間内即可完成一(one)部高清電影的(of)下載。
極低的(of)時(hour)延:4G的(of)信号時(hour)延爲(for)140毫秒,而5G的(of)時(hour)延降低到(arrive)1毫秒,比4G整整降低140倍。
極大(big)的(of)衰減:因爲(for)5G的(of)傳播頻率太高,導緻信号很容易被屏蔽、很容易受到(arrive)外界幹擾、也很容易在(exist)傳播介質中衰減。
 
與4G通訊比較,5G對材料有什麽特殊要(want)求?
5G的(of)傳輸速度更快,要(want)求傳播介質材料的(of)介電常數和(and)介電損耗要(want)小;
5G的(of)電磁波覆蓋能力較差,要(want)求材料的(of)電磁屏蔽能力要(want)強;
5G的(of)傳輸信号強度較差,要(want)傳播材料的(of)介電常數要(want)小,材料的(of)電磁屏蔽能力要(want)強;
5G元器件的(of)厚度薄、密封性更好,要(want)求及時(hour)散熱,材料導熱性能要(want)好。
 
綜合起來(Come),5G需要(want):低介電、高導熱和(and)高電磁屏蔽的(of)高分子材料。


 
5G通訊用(use)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、複合材料到(arrive)功能材料,都有着巨大(big)的(of)市場空間。5G的(of)布局帶動了(Got it)整個(indivual)産業鏈的(of)發展,必然會推動供給側改革,企業都面臨着機遇和(and)挑戰。


 
一(one)、5G基站
 
1 基站天線
天線是(yes)基站的(of)重要(want)組成部分,由輻射單元(振子)、反射闆(底闆)、功率分配網絡(饋電網絡)、封裝防護(天線罩)構成。天線是(yes)一(one)種變換器,把傳輸線上(superior)傳播的(of)導航波,變換成無界媒介中傳播的(of)電磁波,或者進行相反的(of)變換。無論是(yes)基站還是(yes)移動終端,天線均是(yes)用(use)于(At)發射和(and)接受電磁波,基站天線性能的(of)好壞,直接影響到(arrive)移動通信的(of)質量。


 
2 PCB
PCB(Printed Circuit Board)是(yes)承載并連接其他(he)電子元器件的(of)橋梁,是(yes)現代電子信息産業中不(No)可缺少的(of)産品。5G時(hour)代基站用(use)PCB會傾向于(At)更多層的(of)高集成設計,除了(Got it)結構變化之外,5G的(of)數據量更大(big)、發射頻率更大(big)、工作(do)的(of)頻段也更高,這(this)需要(want)基站用(use)PCB闆有更好的(of)傳輸性能和(and)散熱性能,因此5G基站用(use)PCB闆要(want)使用(use)更高頻率、更高傳輸速度、耐熱性更好的(of)電子基材。
PCB産業鏈由上(superior)遊的(of)銅箔、玻纖、覆銅闆,中遊的(of)PCB制造以(by)及下遊的(of)行業應用(use)構成。覆銅闆對PCB直接影響PCB導電、絕緣、支撐等功能,是(yes)PCB制造的(of)重要(want)基材,占PCB原材料中成本最高的(of)。
 
3 濾波器
基站濾波器是(yes)射頻系統的(of)關鍵組成部分,主要(want)工作(do)原理是(yes)使發送和(and)接收信号中特定的(of)頻率成分通過,并極大(big)地(land)衰減其他(he)頻率成分。在(exist)3G/4G時(hour)代,金屬同軸腔體憑借着較低的(of)成本和(and)較成熟的(of)工藝成爲(for)了(Got it)市場的(of)主流選擇。5G時(hour)代受限于(At)MassiveMIMO對大(big)規模天線集成化的(of)要(want)求,陶瓷介質濾波器在(exist)小型化、輕量化、低損耗、溫度穩定性、性價比上(superior)存在(exist)優勢,陶瓷濾波器逐漸成爲(for)市場主流。
陶瓷濾波器核心制造工藝主要(want)包括粉體配方、壓制成型及燒結、金屬化和(and)調試四大(big)環節。生(born)産技術難點在(exist)于(At)一(one)緻性,陶瓷粉體材料的(of)配方、生(born)産的(of)自動化以(by)及調試的(of)良率和(and)效率都是(yes)濾波器生(born)産的(of)難點所在(exist)。
 
4G時(hour)代,基站濾波器企業主要(want)向設備商直接供貨,而5G時(hour)代,主設備商整合天線&濾波器廠商或成趨勢,天線和(and)濾波器整集成爲(for)一(one)體化的(of)AFU方案或成爲(for)5G時(hour)代AAU和(and)小基站的(of)發展發現。前期采用(use)工藝成熟的(of)小型化金屬濾波器,後期采用(use)陶瓷介質濾波器将成爲(for)大(big)部分主設備商的(of)選擇。
 
 
二、5G手機
1 5G手機天線材料-LCP與MPI
5G的(of)驅動無疑爲(for)智能手機天線的(of)發展和(and)革新帶來(Come)機會。随着網絡的(of)發展,手機通信使用(use)的(of)無線電波頻率逐漸提高。由于(At)電磁波具有頻率越高,波長越短,越容易在(exist)傳播介質中衰減的(of)特點,頻率越高,要(want)求天線材料的(of)損耗越小。
最早的(of)天線由銅和(and)合金等金屬制成,後來(Come)随着FPC工藝的(of)出(out)現,4G時(hour)代的(of)天線制造材料開始采用(use)PI膜(聚酰亞胺)。但PI在(exist)10Ghz以(by)上(superior)損耗明顯,無法滿足5G終端的(of)需求,憑借介子損耗與導體損耗更小,具備靈活性、密封性等特性,LCP(Liquid Crystal Polymer,液晶聚合物)逐漸得到(arrive)應用(use)。但LCP造價昂貴、工藝複雜,目前MPI(Modified Polyimide,改良的(of)聚酰亞胺)有望成爲(for)5G時(hour)代早期天線材料的(of)主流選擇之一(one)。
 
未來(Come)LCP将主要(want)應用(use)到(arrive)像無人(people)駕駛等需要(want)快速反應的(of)和(and)AR、VR等需要(want)大(big)容量傳輸的(of)應用(use)場景。LCP可用(use)于(At)高頻電路基闆、COF基闆、多層闆、IC封裝、u-BGA、高頻連接器、天線、揚聲器基闆、鏡頭模組/FPC、移相器小型投影儀等。
 
改性聚酰亞胺(MPI)非結晶性的(of)材料,基本上(superior)在(exist)各種溫度下都可進行操作(do),特别是(yes)在(exist)低溫壓合銅箔時(hour),能夠容易地(land)與銅的(of)表面接着。其氟化物的(of)配方被改良,在(exist)10G~15GHz的(of)超高頻甚至極高頻的(of)信号處理上(superior)的(of)表現有望媲美LCP天線,MPI可以(by)滿足5G時(hour)代的(of)信号處理需求,且價格較LCP更親民,故在(exist)5G發展前期,MPI有望替代部分PI,成爲(for)重要(want)的(of)過渡材料。
 
2 半導體材料
5G将帶來(Come)半導體材料革命性的(of)變化,随着通訊頻段向高頻遷移,基站和(and)通信設備需要(want)支持高頻性能的(of)射頻器件,GaN的(of)優勢将逐步凸顯。
 
 目前電信基站領域橫向擴散金屬氧化物半導體(LDMOS)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)三者占比相差不(No)大(big),從未來(Come)發展趨勢來(Come)看,5G通信頻率最高可達85GHz,是(yes)GaN發揮優勢的(of)頻段,使得GaN有望成爲(for)5G基站建設重點材料之一(one)。此外,随着GaN單晶襯底研究技術趨于(At)成熟,下一(one)步的(of)發展方向是(yes)大(big)尺寸、高完整性、低缺陷密度、自支撐襯底材料。
 
3 導熱散熱材料
導熱材料主要(want)用(use)于(At)解決電子設備的(of)散熱問題,用(use)于(At)發熱源和(and)散熱器的(of)接觸界面之間,通過使用(use)導熱系數遠高于(At)空氣的(of)熱界面材料,提高電子元器件的(of)散熱效率。5G時(hour)代新産品具有 “高熱流密度、高功率、穩定性、熱響應、超薄”的(of)特性,這(this)就對導熱、散熱材料提出(out)更高的(of)要(want)求。
導熱材料處于(At)産業鏈中遊,上(superior)遊原材料包括石墨、PI膜、矽橡膠、改性塑料等,下遊應用(use)集中在(exist)消費電子、通信基站、動力電池等領域。
 
4 電磁屏蔽材料 
電磁波引起的(of)電磁幹擾(EMI)和(and)電磁兼容(EMC)問題日益嚴重,不(No)僅對電子儀器、設備造成幹擾和(and)損壞,影響其正常工作(do),也會污染環境,危害人(people)類健康。另外,電磁波洩露也會危及信息安全。電磁屏蔽是(yes)利用(use)屏蔽材料阻隔或衰減被屏蔽區域與外界的(of)電磁能量傳播,其原理是(yes)屏蔽材料對電磁波進行反射和(and)吸收。電磁屏蔽材料解決電磁波引起的(of)電磁幹擾和(and)電磁兼容問題。
按照材料的(of)制備工藝劃分,電磁屏蔽材料可以(by)分爲(for)金屬類電磁屏蔽材料、填充類複合屏蔽材料、表面敷層屏蔽材料和(and)導電塗料類屏蔽材料。
 
5 手機後蓋材料 
  5G采用(use)的(of)大(big)規模MIMO技術,需要(want)在(exist)手機中新增專用(use)天線,而金屬對信号會産生(born)屏蔽及幹擾,所以(by)手機後蓋去金屬化将是(yes)大(big)勢所趨,目前手機後蓋材質正在(exist)從金屬轉向玻璃、陶瓷和(and)塑料,其中塑料又是(yes)其中最受青睐的(of)材料之一(one),但普通注塑+噴塗的(of)後蓋和(and)保護套是(yes)無法滿足5G時(hour)代要(want)求的(of),未來(Come)的(of)趨勢是(yes)質感上(superior)和(and)體驗上(superior)都向金屬或玻璃靠近。
目前的(of)IMT及背蓋PC注塑+鍍膜塑膠外殼在(exist)外觀質感上(superior)已經有了(Got it)質的(of)飛躍,塑料相關企業在(exist)保護殼的(of)市場上(superior)還有很大(big)的(of)上(superior)升空間5G手機背闆材料的(of)選擇,需要(want)考慮10個(indivual)指标,其中性能指标6個(indivual),量産可行性指标3個(indivual),綜合指标1個(indivual)。
随着5G的(of)商用(use),金屬手機後殼淘汰速率将進一(one)步加快,玻璃/陶瓷/塑料将成爲(for)三大(big)主要(want)原材料。
 
PMMA+PC複合闆材原材料成本低、且易于(At)加工、耐摔不(No)易碎不(No)變形;通過紋理設計和(and)3D高壓成型可以(by)實現3D玻璃效果,表面視覺質感大(big)大(big)增強;背闆兼具良好的(of)耐磨性和(and)韌性。
 
陶瓷材料結合了(Got it)玻璃的(of)外形差異化、無信号屏蔽、硬度高等性能優勢,同時(hour)擁有接近于(At)金屬材料的(of)優異散熱性。氧化锆陶瓷在(exist)手機中的(of)應用(use)主要(want)是(yes)後蓋、指紋識别的(of)貼片或可穿戴設備的(of)外殼、鎖屏和(and)音量鍵等小型結構件。陶瓷作(do)爲(for)手機外殼材料具有良好的(of)質感、其耐磨性好、散熱性能好,能夠很好的(of)滿足5G通信和(and)無線充電技術對機身材料的(of)要(want)求。
 
目前,各省(市、區)相繼發布了(Got it)支持5G發展的(of)政策和(and)文件,布局5G。其中,融合應用(use)成爲(for)各方關注重點,中國(country)電信、中國(country)移動和(and)中國(country)聯通相繼發布了(Got it)5G的(of)發展規劃,并在(exist)應用(use)和(and)産業發展方面也有很好的(of)布局。目前,5G獨立組網産業生(born)态正逐步成熟。
 
5G是(yes)下一(one)輪信息技術革命的(of)制高點,将催生(born)萬物互聯。從互聯網到(arrive)移動互聯網再到(arrive)5G物聯網,它将帶來(Come)全新的(of)生(born)産和(and)生(born)活方式。以(by)5G、人(people)工智能、高端裝備、新材料、新能源等戰略性新興産業爲(for)代表的(of)科技創新建設,将會對經濟增長與自主創新做有力的(of)支撐。