自工信部正式宣布向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通、中國廣電頒發(fā)5G商用牌照，標(biāo)志著中國進(jìn)入了5G商用元年。
小米、華為等陸續(xù)發(fā)布5G手機(jī)面世，這一切預(yù)示著5G時代近在眼前，無論是5G基站的建設(shè)，還是終端手機(jī)的設(shè)計，對材料的選擇將迎來一次大顛覆。
5G行業(yè)可能大量應(yīng)用的關(guān)鍵材料
濾波器關(guān)鍵材料-微波介質(zhì)陶瓷
在3G/4G時代，金屬同軸濾波器是市場的主流選擇。傳統(tǒng)應(yīng)用的濾波器一般由金屬同軸腔體實(shí)現(xiàn)，是通過不同頻率的電磁波在同軸腔體濾波器中振蕩，達(dá)到濾波器諧振頻率的電磁波得以保留，其余頻率的電磁波則在振蕩中耗散掉的作用。金屬同軸腔體成本低、工藝成熟而得到廣泛應(yīng)用。
應(yīng)對無線環(huán)境干擾愈加復(fù)雜的情況，陶瓷介質(zhì)諧振濾波器迅速發(fā)展。隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，商用的無線頻段變得非常密集，導(dǎo)致普通金屬腔體濾波器不能實(shí)現(xiàn)高抑制的系統(tǒng)兼容問題，所以采用陶瓷介質(zhì)材料來制作腔體濾波器解決上述問題。
5G時代，陶瓷介質(zhì)濾波器有望成為主流。5G時代，受限于Massive MIMO（大規(guī)模天線技術(shù)）對大規(guī)模天線集成化的要求，濾波器需更加小型化和集成化，在限定腔體尺寸的情況下，由于自身材料的損耗，上述兩種濾波器無法取得很高的Q值，導(dǎo)致各項性能指標(biāo)都受到了限制。
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(nèi)部，沒有金屬腔體，因此體積較上述兩種濾波器都會更小。
在射頻器件中，需要使用許多不同類型的高頻電路，包括功率放大器，需要適當(dāng)?shù)碾娐凡牧稀?/span>
填充樹脂材料是影響高頻PCB板性能的關(guān)鍵材料之一。作為PCB上游原材料之一，特殊樹脂作為填充材料，起著粘合和提升板材性能的作用。5G時代基站用PCB會傾向于更多層的高集成設(shè)計，這對PCB及覆銅板基材本身提出了新的要求。
相比4G，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，這意味著5G基站用PCB板要使用更高頻率、更高傳輸速度、耐熱性更好的基材。
目前PCB優(yōu)選聚四氟乙烯（PTFE）作為填充樹脂材料，填充聚四氟乙烯以及用玻璃織物或金屬陶瓷增強(qiáng)的聚四氟乙烯，可以降低復(fù)合材料的冷流性及線膨脹系數(shù)，提高耐磨性及導(dǎo)熱性，而且也降低了制品的成本。
未來5G時代，對于PCB板的要求更高。較為主流的高頻基材包括包括聚四氟乙烯樹脂（PTFE）、環(huán)氧樹脂（EP）、雙馬來酰亞胺三嗪樹脂（BT）、熱固性氰酸脂樹脂（CE）、熱固性聚苯醚樹脂（PPE）和聚酰亞胺樹脂（PI），由此衍生出的覆銅板種類超過130種。它們有一個共同的特性, 就是基板材料所用的樹脂的介電常數(shù)、介質(zhì)損失因素都是很低的或較低的。
高頻PCB產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)主要供應(yīng)商
全球各種高速高頻化基板材料的生產(chǎn)廠家
第三代半導(dǎo)體材料-SiC、GaN
第三代半導(dǎo)體以氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)等寬頻半導(dǎo)體原料為主，具有較大的頻寬寬度，較高的擊穿電壓(breakdown voltage)，耐壓與耐高溫性能良好，因此更適用于制造高頻、高溫、大功率的射頻元件。
4G 時代，智能手機(jī)一般采取1發(fā)射2接收架構(gòu)，預(yù)測5G時代，智能手機(jī)將采用2發(fā)射4接收方案，未來有望演進(jìn)為8接收方案。
在手機(jī)無線通信應(yīng)用中，目前射頻功率放大器絕大部分采用GaAs材料。GaN由于價格昂貴、供電電壓高、需要提高散熱設(shè)計等問題，短期內(nèi)難以撼動GaAs材料的地位。
4G基站采用4T4R方案，按照三個扇區(qū)，對應(yīng)的射頻功率放大器需求量為12個；5G基站，預(yù)計64T64R將成為主流方案，對應(yīng)的功率放大器需求量高達(dá)192個，數(shù)量將大幅增長。目前基站用功率放大器主要為LDMOS技術(shù)，但是LDMOS技術(shù)適用于低頻段，在高頻應(yīng)用領(lǐng)域存在局限性。
5G基站GaN射頻功率放大器將成為主流技術(shù)，逐漸侵占LDMOS 的市場，GaN能較好的適用于大規(guī)模MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）。GaN的優(yōu)點(diǎn)是禁帶寬度大（3.4eV），熱導(dǎo)率高（1.3W/cm-K），因此工作溫度高，擊穿電壓高，抗輻射能力強(qiáng)。
未來，SiC襯底的GaN功率元件，在5G基站將得到更多的應(yīng)用。
手機(jī)天線材料-LCP和MPI
LCP（液晶聚合物材料）作為一種新材料，非常適用于微波、毫米波設(shè)備，具有很好的應(yīng)用前景。LCP主要生產(chǎn)商包括Du Pont、Ticona、住友、寶理塑料、東麗等。
未來5G時代，多層LCP天線非常適用于高頻段，有望成為手機(jī)天線的首選材料。嚴(yán)格意義上，“LCP天線”應(yīng)稱之為采用LCP為基材的FPC軟板，并承載部分天線功能。
傳統(tǒng)FPC 電路板基材主要是聚酰亞胺（PI），而“LCP 天線”是采用LCP 作為基材的FPC電路板。
應(yīng)用案例：iPhone X首次規(guī)模使用LCP天線
iPhoneX中使用2個LCP天線，iPhone8/8Plus也使用1個局部基于LCP軟板的天線模組，均用于提高終端天線的高頻高速性能，減小組件的空間占用。
此外，iPhone X的單根LCP天線價值約為4-5美元，兩根合計8-10美元，而iPhone7的獨(dú)立PI天線單機(jī)價值約為0.4美元，從PI天線到LCP天線單機(jī)價值提升約20倍。
iPhone X首度規(guī)模使用LCP天線意義重大，可解讀為蘋果為5G提前布局與驗證。
LCP樹脂主要廠商
LCP的生產(chǎn)廠家較少，供貨穩(wěn)定度上存在一定問題。手機(jī)生產(chǎn)廠商的議價能力相對較弱，LCP不僅良率較低，且價格居高不下。改良的聚酰亞胺（MPI）將在5G時代初期與LCP共存。
未來，預(yù)測在5G時代MPI與LCP天線分別負(fù)責(zé)10-15GHz以下與mmWave(27GHz)，而在4G與5G過渡期時的中與低階手機(jī)可能仍維持PI天線或改采MPI天線。后期，LCP供應(yīng)穩(wěn)定后，將完全取代MPI成為主流材料。
外殼材料-3D玻璃、陶瓷、PC、PMMA
5G時代，手機(jī)外殼將從金屬轉(zhuǎn)向玻璃和樹脂等不易受電波影響的材料。此前，常用的金屬是鋁，它的質(zhì)感比塑料等材質(zhì)更好，但缺點(diǎn)是會屏蔽信號。
手機(jī)高端機(jī)型：3D玻璃、陶瓷受青睞。
3D玻璃具有輕薄、透明度更高、抗指紋性強(qiáng)、防眩光、耐刮傷等優(yōu)點(diǎn)。雖然未來手機(jī)前后蓋都可能使用玻璃材料，但仍需采用金屬中框。
陶瓷耐磨性好、散熱性能優(yōu)秀、質(zhì)感舒適，使其在手機(jī)外殼上受到歡迎。但是陶瓷的良品率低、成本高，短期只適合部分高端手機(jī)應(yīng)用，難以推廣開來。
美國特殊玻璃生產(chǎn)商康寧公司（Corning）開發(fā)了“大猩猩玻璃（Gorilla Glass）”制造的外殼背板。這是一種不易損傷和破碎的手機(jī)用玻璃。相比鋁和不銹鋼材料，玻璃對高頻電波的穿透性更好，能提高無線充電的效率。蘋果iPhone X等機(jī)型已經(jīng)采用了這種背板?？祵幫嘎兑呀?jīng)收到“很多來自5G手機(jī)的洽購”，顯示出強(qiáng)勁勢頭。小米MIX系列則推出了陶瓷機(jī)身。
手機(jī)中低端機(jī)型：PC/PMMA復(fù)合材料成首選。這種材料原本作光學(xué)薄膜（或板材）使用，因仿玻璃的需要引入到手機(jī)外殼領(lǐng)域。
PC/PMMA復(fù)合板材是將PMMA和PC通過共擠制得，包括PMMA層和PC層。PMMA層加硬后能達(dá)到4H以上的鉛筆硬度，保證了產(chǎn)品的耐刮擦性能，而PC層能確保其具有足夠的韌性，保證了整體的沖擊強(qiáng)度。
在追求高性價比的中端手機(jī)市場，低成本的仿玻璃塑膠手機(jī)后蓋便成了華為、OPPO、vivo等品牌手機(jī)廠商的首選方案。預(yù)計在5G時代，PC/PMMA復(fù)合材料將與玻璃平分秋色，占據(jù)50%左右的手機(jī)外殼市場。
電磁屏蔽材料-導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電硅膠等
毫米波穿透力差，衰減大，覆蓋能力會大幅度減弱，因此5G對信號的抗干擾能力要求很高，需要大量的電磁屏蔽器件。
目前，廣泛應(yīng)用的電磁屏蔽器件主要有導(dǎo)電布、導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電泡棉、導(dǎo)電涂料、吸波材料、金屬屏蔽器、導(dǎo)電屏蔽膠帶等。
導(dǎo)熱散熱材料-導(dǎo)熱硅脂、凝膠、石墨膜
在5G時代，手機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸量大增，可能導(dǎo)致手機(jī)過熱的風(fēng)險持續(xù)提升。目前主要的手機(jī)導(dǎo)熱散熱材料包括高導(dǎo)熱石墨烯膜、印刷式導(dǎo)熱墊片、導(dǎo)熱凝膠、導(dǎo)熱硅膠片、導(dǎo)熱絕緣膠、導(dǎo)熱石墨片、導(dǎo)熱相變材料、導(dǎo)熱硅脂等。以下是幾種主流的散熱方式：
高導(dǎo)熱石墨烯膜是一種超薄散熱材料，可有效地降低發(fā)熱源的熱密度，達(dá)到大面積快速傳熱、大面積散熱，并消除單點(diǎn)高溫的現(xiàn)象。高導(dǎo)熱石墨烯膜體積小，由于具輕量化優(yōu)勢，在現(xiàn)行散熱方案中屬不增加終端產(chǎn)品重量的設(shè)計方式，高導(dǎo)熱石墨烯膜質(zhì)地柔軟，極佳加工性及使用性，本身也不會產(chǎn)生額外的電磁波干擾。
導(dǎo)熱凝膠散熱，和電腦的處理器和散熱器中間的那種硅脂層是一個原理，其作用是讓處理器散發(fā)的熱量能夠更快地傳遞到散熱器上，從而散發(fā)出去。
液冷熱管散熱，就是將一個充滿液體的導(dǎo)熱銅管頂點(diǎn)覆蓋在手機(jī)處理器上，處理器運(yùn)算產(chǎn)生熱量時，熱管中的液體就吸收熱量氣化，這些氣體會通過熱管到達(dá)手機(jī)頂端的散熱區(qū)域降溫凝結(jié)后再次回到處理器部分，周而復(fù)始從而進(jìn)行有效散熱。
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