信息技術(shù)領(lǐng)域已成為提升國家科技創(chuàng )新實(shí)力、推動(dòng)經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展和提高整體競爭重要的動(dòng)力引擎。5G是開(kāi)啟工業(yè)數字化和物聯(lián)網(wǎng)新時(shí)代的新一代基礎生產(chǎn)力。世界各國把搶占5G通信技術(shù)的至高點(diǎn)作為國家發(fā)展的重要戰略，不管是在關(guān)鍵元器件、上游材料制備還是在網(wǎng)絡(luò )部署等方面都開(kāi)始積極布局，搶先發(fā)展先機。
與傳統4G等通信技術(shù)相比，5G通信技術(shù)接入工作器件需滿(mǎn)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(shí)現大規模集成化、高頻化和高頻譜效率等特點(diǎn)。
針對5G的要求，陶瓷有“先天優(yōu)勢”。隨著(zhù)陶瓷在指紋識別、無(wú)線(xiàn)充電等手機功能領(lǐng)域的逐漸普及，陶瓷材料具有無(wú)信號屏蔽、硬度高、觀(guān)感強及接近金屬材料優(yōu)異散熱性等特點(diǎn)成為手機企業(yè)進(jìn)軍5G時(shí)代的重要選擇。
微波介質(zhì)陶瓷是5G時(shí)代最受矚目的陶瓷材料。
微波介質(zhì)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(zhì)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高、微波損耗低、溫度系數小等優(yōu)良性能，能滿(mǎn)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(zhì)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(zhì)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(dòng)通訊、衛星通訊、全球衛星定位系統、藍牙技術(shù)及無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)等現代微波通訊的關(guān)鍵材料。介質(zhì)諧振器和濾波器是用量最大的微波介質(zhì)陶瓷器件，目前，我國是移動(dòng)通信用微波介質(zhì)諧振器和濾波器的最大市場(chǎng)。近年來(lái)，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(zhì)濾波器。傳統的濾波器一般由金屬同軸腔體實(shí)現，通過(guò)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(zhì)濾波器中的電磁波諧振發(fā)生在介質(zhì)材料內部，沒(méi)有金屬腔體，因此體積較上述兩種濾波器都會(huì )更小。5G時(shí)代Massive MIMO（大規模天線(xiàn)技術(shù)）對天線(xiàn)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(mǎn)足5G基站對濾波器的相關(guān)需求，更易小型化的陶瓷介質(zhì)濾波器成為主流解決方案。
5G時(shí)代，隨著(zhù)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(guān)鍵問(wèn)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(wú)機陶瓷基板原材料為高化學(xué)穩定性、高耐腐蝕性、氣密性好、熱導率高及熱膨脹系數匹配的氧化鋁（Al2O3）、氮化鋁（AlN）、碳化硅（SiC）和氧化鈹（BeO）等陶瓷材料。我國在A(yíng)l2O3、AlN、SiC和BeO等陶瓷材料制備技術(shù)比較成熟，而且已經(jīng)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(shù)方面，還比較欠缺。
在5G通信技術(shù)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(kāi)關(guān)等。化合物半導體材料是制備這些器件的核心關(guān)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(shí)現高頻譜效率、大頻率波處理、低延時(shí)響應等功能。化合物半導體材料未來(lái)將在5G、物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車(chē)等應用領(lǐng)域得到廣泛應用。
在5G通信產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中，將伴隨著(zhù)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(guān)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(lái)，壓電材料在全球每年銷(xiāo)量按15%左右的速度增長(cháng)，自2017年以來(lái)，每年全球壓電陶瓷產(chǎn)品銷(xiāo)售額約達150億美元以上。
近年來(lái)，智能終端陶瓷得到快速發(fā)展并受到了市場(chǎng)的高度關(guān)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(diǎn)，并且可以滿(mǎn)足5G通信及無(wú)線(xiàn)充電的發(fā)展趨勢。
隨著(zhù)步入5G時(shí)代，由于5G通信采用3GHz以上的無(wú)線(xiàn)頻譜，智能手機的天線(xiàn)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(wú)法滿(mǎn)足5G信號傳輸的要求，也不可進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電，而陶瓷材料對信號屏蔽小，便于無(wú)線(xiàn)充電，天線(xiàn)結構易于設計。
無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)主要通過(guò)磁共振、電場(chǎng)耦合、磁感應和微波天線(xiàn)傳輸技術(shù)實(shí)現。由于目前金屬機殼對電磁場(chǎng)有屏蔽和吸收作用，會(huì )影響無(wú)線(xiàn)充電的傳輸效率，所以無(wú)線(xiàn)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(guò)陶瓷、玻璃、塑料等非金屬材料，所以智能手機和手表要實(shí)現無(wú)線(xiàn)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(zhì)感差；可見(jiàn)無(wú)論是5G通信還是無(wú)線(xiàn)充電，陶瓷材料可以較好地解決信號傳輸問(wèn)題。正因為納米氧化鋯陶瓷具備耐磨損、耐銹蝕、對皮膚不過(guò)敏、親膚性好、佩戴舒適、且外觀(guān)溫潤手感好等優(yōu)點(diǎn)，從而更適用于智能可穿戴設備。
隨著(zhù)5G商用時(shí)代到來(lái)，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(shù)支撐下飛速發(fā)展，已經(jīng)成為電子設備中必不可少的零部件，對移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)以及人類(lèi)社會(huì )的信息交互方式產(chǎn)生了極其深遠的影響，促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)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(dòng)通信技術(shù)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(shù)方向發(fā)展，以迎接5G時(shí)代的到來(lái)。
參考來(lái)源：
[1]申勝飛.5G通信技術(shù)關(guān)鍵材料發(fā)展研究
[2]劉錦.微波燒結微波介質(zhì)陶瓷的研究進(jìn)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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