《电子技术应用》

把握新机遇, 4G/5G时代新型元器件发展与挑战

2017/10/23 9:03:55

近年来,中国已经成长成为世界最大的手机、电脑和电视等产品的生产国,也是世界最大的半导体消费市场。

但是,数据显示,2016年全球半导体市场规模达到3389.3亿美元,同比小幅增长1.1%。中国2016年进口集成电路的金额为2271亿美元,一年的进口额是全球半导体销售市场的67%。这意味着庞大的进口需求。

与此同时,2016年集成电路出口金额为613亿美元。中国也是全球电子元器件集散地,以及制造业大国。不仅如此,“中国制造2025”提出,到2020年芯片国产化达到40%,到2025年要达到70%。这些因素将是集成电路出口的强大动力。

如何推动中国集成电路产业的发展呢?除了在芯片设计等后端领域发展之外,自然离不开电子元件以及材料技术的发展,作为半导体产业的基础,材料技术的发展在一定程度上制约着这个中国半导体产业的发展,有时候工艺无法解决的问题都能够用材料来解决,其重要性可想而知。

在此指导思想之下,为进一步推动我国电子元器件及研究和产业发展,加强政府管理部门、高校、科研机构与企业之间的交流和沟通,促进新型电子元器件技术的进步与应用水平的提高,以满足我国电子信息行业飞速发展和《中国制造2025》的新要求,中国电子学会将于2017年10月26日在上海第90届中国电子展同期召开中国电子元件与材料技术发展论坛。

本届论坛将围绕“4G/5G时代的新型元器件发展与挑战”主题,针对行业前沿及应用技术,邀请中国电子学会元件分会领导、中国科学院深圳先进技术研究院等专家,以及广东风华高新科、深圳顺络电子、潮州三环、山东国瓷、深圳市宇阳科技等多家国内顶尖元件厂商和材料厂商代表进行精彩演讲。

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其中,中国电子学会元件分会秘书长李勃将会就4G/5G时代下新型元器件的发展与挑战发表主题演讲。

随着4G日渐成熟,5G越来越近,技术上而言,5G对消费电子终端产品的影响主要来自两个方面:一是对消费电子智能终端中信号处理系统的影响,例如射频前端模组,包括天线、滤波器、双工器等器件;二是影响信号处理系统的配套原材料或器件的变化,例如手机机壳、信号屏蔽处理器件等产品的变化。

5G时代激发GaN射频市场需求规模,CAGR将达到14%,2020年市场规模可达41亿元。

在物联网推进中5G的网络设施是至关重要的基础,而5G需要比4G布局更多更密的小基站,密度要一步提升4倍,原来4G的基站在城市中覆盖半径约在400~500m,5G时代基站的覆盖半径约在200m左右。按同等面积计算则理论上需要4个小基站才能满足覆盖要求。而目前大多数氮化镓厂商在基站应用中提供的产品频率在800MHz-3.5GHz。

对于5G时代来说,GaN有望成为最适合的材料,GaN拥有小体积、大功率的特性。随着对数据传输及更高工作频率和带宽需求的增长,据测算2016~2020年GaN射频领域的CAGR将达到14%,2020年市场规模可达41亿元。

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中国科学院深圳先进技术研究院中心副主任张国平则强调了面向超薄器件加工的临时键合解决方案。

随着新型处理器的运行速度越来越快,高性能仪器的能耗在不断增加,这迫使廉价的“辅助基板”或“依赖设备”要跟上发展的步伐,对绝缘场合用作封装和热界面材料使用的高热绝缘材料的需求越来越高。

在半导体管与散热器的封装、管芯的保护、管壳的密封,整流器、热敏电阻器的导热绝缘,微包装中多层板的导热绝缘组装及新型高散热电路基板等方面都需要不同工艺性能的导热绝缘材料。研究和开发高导热绝缘、力学性能优异的导热材料显得非常重要。

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广东风华高新科技股份有限公司副总裁付振晓的报告主要围绕微波介质陶瓷产业链、市场及发展趋势做相关介绍。

据了解,微波介质陶瓷(MWDC)是指应用于微波频段(主要是UHF、SHF频段,300MHz~300GHz)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷,是近二十多年发展起来的一种新型功能陶瓷材料。

它是制造微波介质谐振器和滤波器的关键材料,近年来研究十分活跃。它在原来微波铁氧体的基础上,对配方和制作工艺都进行了大幅的升级换代,使之具有高介电常数、低微波损耗、温度系数小等优良性能,适于制作现代各种微波器件, 如电子对抗、导航、通讯、雷达、家用卫星直播电视接收机和移动电话等设备中的稳频振荡器、滤波器和鉴频器,能满足微波电路小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求。随着移动通信和现代电子设备的发展,微波介质陶瓷的研究越来越受到人们的重视,承载着未来微波器件的无限希望。

目前,国外已有相应公司在大量生产微滤波器器件,比较著名的公司有美国的DLI、TRANS-TECH、日本MURATA、英国的FILTRONIC公司等。他们生产的各种微波介质陶瓷滤波器、双工器、谐振器、介质天线等产品已用于微波基地站、手机及无绳电话等产品中,取得了显著的经济和社会效益。

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潮州三环集团研究院副院长吴海涛简要介绍了随着手机产业链发展,陶瓷材料作为手机陶瓷背板材料应用的趋势分析。

手机出现的陶瓷材质,不但拥有金属的光泽,而且延展性好,这让材料在后期精加工时,不容易出现玻璃材料的爆裂等问题;同时陶瓷材料剔透,硬度高,手机在日常使用中不用过份担心划痕问题。特别是5G时代,陶瓷材料对于信号的传输没有屏蔽。总的来看,陶瓷材质,集合了金属和玻璃的特性,是一种更理想的高端手机选材。

目前,锆陶瓷后盖凭借高颜值、高性能深受消费者青睐,但是受成本和产能的限制,尚未大批量普及。目前小米5尊享版、小米MIX、小米6、华为P7、一加手机X、EssentialPH-1等已经搭载陶瓷后盖。

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山东国瓷功能材料股份有限公司副总经理司留启分析总结了全球及中国信息功能陶瓷材料的发展现状、技术进展和发展趋势,对电介质陶瓷材料产业化过程中的核心技术进行了详细介绍,并对现阶段中国发展信息功能陶瓷材料所面对的机遇和挑战提出了自己的看法。

先进陶瓷是我们陶瓷行业未来发展的一个方向,它代替了传统的高温合金,在航空航天军事领域、生活医疗等领域应用广泛。据统计,2012年先进陶瓷行业产值已超过900亿,近两年平均增速达30%。

目前我国先进陶瓷行业的形成规模的企业较少,尤其是和国外的企业相比,有很大差距。不过,现在国外的企业也在大举向中国的新进陶瓷领域进军,因为全球装备制造业产能转移到中国,与其相配套的新材料应用也会转移到中国。

资料显示,国瓷材料主营业务是生产和销售包括高纯度、纳米级钛酸钡基础粉及各类MLCC(片式多层陶瓷电容器) 配方粉在内的电子陶瓷粉体材料,主要用于MLCC的生产。

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深圳市宇阳科技发展有限公司首席技术官向勇将发表主题为《超微型片式电容器的技术创新》的演讲。

面对电容技术的迅速发展,种类单一、技术陈旧的中国电容制造业可谓危机重重。许多供应商只能生产传统产品和小型化产品,无法满足市场真正需要。而大量外资的涌入更使得中国电容制造商的处境雪上加霜。国外电容供应商们凭借其先进的技术和管理,已经控制了中国大部分市场。中国的小型电容供应商面对强大竞争对手,很难得到发展空间。如何在这种情况下需求电容器的创新是我们需要思考的问题。

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深圳顺络电子股份有限公司LTCC产品经理漆珂则针对LTCC低温共烧陶瓷的发展发表了自己的观点。

他指出,LTCC低温共烧陶瓷是制作电子元器件的一种重要方式,对工艺和材料技术有非常高的要求。顺络电子成立以来,将客户需求转换为源头的工艺和材料技术的持续开发,在移动通信领域,提供有助于电感、滤波器等射频元器件的小型化、低功耗的解决方案。

未来几年,全球LTCC市场在下游市场的拉动下仍将保持稳定增长,新兴市场是未来几年LTCC市场主要增长点,预计到2022年全球LTCC市场规模将达到14.9亿美元。

利用这种技术可以成功地制造出各种高技术LTCC产品。多个不同类型、不同性能的无源元件集成在一个封装内有多种方法,主要有低温共烧陶瓷(LTCC)技术、薄膜技术、硅片半导体技术、多层电路板技术等。LTC C技术是无源集成的主流技术。LTCC整合型组件包括各种基板承载或内埋各式主动或被动组件的产品,整合型组件产品项目包含零组件、基板与模块。

随着4G在全球实现规模商用,5G技术已成为全球移动通信产业的研发重点。5G不仅自身具有巨大的产业价值,还能带动芯片、器件、材料、软件等多种基础产业的快速发展。5G将与互联网、物联网以及工业、交通、医疗等行业应用融合地更加紧密,进而推动新一轮的产业创新浪潮。

目前我国的电子元器件产品,无论技术还是规模都不足以支撑起这些新兴产业的发展。国内的电子元器件从业者,特别是资金雄厚的大企业应该及早关注这一领域,尽早切入这些行业。 

在此大背景下,由中国电子学会元件分会、中电会展与信息传播有限公司承办,“无源元器件及集成”广东省省部产学研合作创新联盟、上海电子元器件行业协会协办的 “2017中国电子元件与材料技术发展高峰论坛”,将集结电子元件行业的顶级资源,围绕国内外元件与材料发展现状等话题展开讨论,进一步推动我国电子元器件的研究和产业发展,加强政府、高校、科研机构与企业之间的沟通交流,促进新型电子元器件的技术进步与应用水平提高。

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