5G技术中的新材料应用

    2019-10-08 17:10:27 次阅读

    第五代移动通信技术(英语:5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th-Generation,简称5G或5G技术)是最新一代蜂窝移动通信技术,也是即4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系统之后的延伸。5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。Release-15中的5G规范的第一阶段是为了适应早期的商业部署。Release-16的第二阶段将于2020年4月完成,作为IMT-2020技术的候选提交给国际电信联盟(ITU) 。ITU IMT-2020规范要求速度高达20 Gbit/s,可以实现宽信道带宽和大容量MIMO。

    发展背景

    近年来,第五代移动通信系统5G已经成为通信业和学术界探讨的热点。5G的发展主要有两个驱动力。一方面以长期演进技术为代表的第四代移动通信系统4G已全面商用,对下一代技术的讨论提上日程;另一方面,移动数据的需求爆炸式增长,现有移动通信系统难以满足未来需求,急需研发新一代5G系统  。

    5G的发展也来自于对移动数据日益增长的需求。随着移动互联网的发展,越来越多的设备接入到移动网络中,新的服务和应用层出不穷,全球移动宽带用户在2018年有望达到90亿,到2020年,预计移动通信网络的容量需要在当前的网络容量上增长1000倍。移动数据流量的暴涨将给网络带来严峻的挑战。首先,如果按照当前移动通信网络发展,容量难以支持千倍流量的增长,网络能耗和比特成本难以承受;其次,流量增长必然带来对频谱的进一步需求,而移动通信频谱稀缺,可用频谱呈大跨度、碎片化分布,难以实现频谱的高效使用;此外,要提升网络容量,必须智能高效利用网络资源,例如针对业务和用户的个性进行智能优化,但这方面的能力不足;最后,未来网络必然是一个多网并存的异构移动网络,要提升网络容量,必须解决高效管理各个网络,简化互操作,增强用户体验的问题。为了解决上述挑战,满足日益增长的移动流量需求,亟需发展新一代5G移动通信网络。5G技术的快速发展为新材料应用于通讯领域提供了广阔的前景。

    5G时代关键材料及市场

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    5G时代带来的新一轮科技创新周期,对全产业链器件原材料、基站天线、小微基站、通信网络设备、光纤光缆、光模块、系统集成与服务商、运营商等造成积极的影响。

    5G天线材料-LCP和MPI

    在高频率下如何做到更低损耗、更小尺寸、更好导热、更加集成成为5G天线材料的一大挑战。LCP和MPI材料凭借损耗因子小的特性有望在未来5G时代脱颖而出,LCP软板对天线传输线的替代已成为未来的发展趋势。据相关机构估算,2017-2021年手机LCP天线渗透率有望提升到25%,市场有望达到43亿美元,AGR为44.82%。

    氮化镓半导体材料

    氮化镓作为一种宽禁带半导体,可承受更高的工作电压,意味着其功率密度及可工作温度更高,因而具有高功率密度、低能耗、适合高频率、支持宽带宽等特点,是实现5G的关键材料。2017年全球射频GaN市场规模为3.8亿美元,预计2023年的13亿美元,CAGR为22.9%。

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    导热材料

    导热材料主要用于解决电子设备的散热问题,用于发热源和散热器的接触界面之间,通过使用导热系数远高于空气的热界面材料,提高电子元器件的散热效率。消费电子走向小型化、轻薄化、智能化,带动导热材料需求不断释放。据统计,2015年全球界面导热材料市场规模为8亿美元,2020年有望达到11亿美元,CAGR为7%。

    电磁屏蔽材料

    电磁屏蔽材料可解决电磁波引起的电磁干扰和电磁兼容问题,被广泛应用于通讯设备、计算机、手机终端、汽车电子、家用电器、国防军工等领域。对社会生活、经济建设、国防建设具有重要的意义。据预测,2023年市场规模将达到约92.5亿美元,2018-2023年期间年复合增长率为5.7%。

    高频覆铜板基材

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    覆铜板是由石油木浆纸或者玻纤布等作增强材料,浸以树脂,单面或者双面覆以铜箔,经热压而成的一种板状材料。高频基材主要用于毫米波雷达,汽车智能化升级带动需求持续增长。2019年国内5G投资周期开启,5G基站对于PCB及高频材料的需求将发生深刻变化,其中,移动通信基站中的天线系统、功放系统都须用到高频通信材料。

    微波介质陶瓷

    5G时代,微波介质陶瓷器件(如:陶瓷介质滤波器、介质天线、谐振器等)因能做到更加小型化和集成化,生产成本更低,受到越来越多的关注。2019年国内部分设备商采用金属腔体滤波器方案,2020年全面铺开陶瓷介质滤波器方案。据相关数据显示,整个5G周期全球滤波器需求接近600亿人民币。

    先进封装

    封装是指对通过测试的晶圆进行划片、装片、键合、塑封、电镀、切筋成型等一系列加工工序而得到的具有一定功能的集成电路产品的过程。2017年,全球IC封测产值摆脱2016年微幅下滑状况,增长2.6%,产值达到510亿美元。全球封测产业目前中国台湾、美国、中国大陆三足鼎立格局基本成型。

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    5G手机外壳

    5G对手机外壳的信号传输能力提出更高的要求,氧化锆陶瓷、3D玻璃+金属中框、PC/PMMA复合材料、PC注塑仿3D玻璃等受到广泛关注,金属背板逐渐被淘汰。

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