申勝飛

1 5G通信技術(shù)發(fā)展背景及對關(guān)鍵材料性能的要求

1.1 5G通信技術(shù)發(fā)展背景

信息技術(shù)領(lǐng)域已成為提升國家科技創(chuàng)新實力、推動經(jīng)濟社會發(fā)展和提高整體競爭重要的動力引擎。5G是開啟工業(yè)數(shù)字化和物聯(lián)網(wǎng)新時代的新一代基礎(chǔ)生產(chǎn)力。世界各國把搶占5G通信技術(shù)的至高點作為國家發(fā)展的重要戰(zhàn)略，不管是在關(guān)鍵元器件、上游材料制備還是在網(wǎng)絡(luò)部署等方面都開始積極布局，搶先發(fā)展先機。

2014年初，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布組建“下一代功率電子技術(shù)國家制造業(yè)創(chuàng)新中心”，重點發(fā)展下一代功率電子技術(shù)，以支持美國5G通信技術(shù)的發(fā)展。2018年3月美國政府宣布將采用白盒設(shè)備部署6萬個5G宏站及5G小基站，并于年底推出5G通信服務。早在2013年，歐盟先后啟動METIS以及5G PPP項目，專注5G研究。同時，歐洲啟動了產(chǎn)學研項目“LAST POWER”，由意法半導體公司牽頭，協(xié)調(diào)來自意大利、德國等6個歐盟國家的企業(yè)、大學和公共研究中心，聯(lián)合攻關(guān)5G通信中的關(guān)鍵功率電子技術(shù)。2013年9月，日本設(shè)立了“2020 and Beyond AdHoc”項目，支持5G技術(shù)在未來10年的發(fā)展。2016年1月，日本總務省成立5G技術(shù)研究小組，并且由大阪大學牽頭，協(xié)同羅姆、三菱電機、松下電器等18家知名企業(yè)、大學和研究中心，建立了“下一代功率半導體封裝技術(shù)開發(fā)聯(lián)盟”，共同開發(fā)適應碳化硅（SiC）和氮化鎵（G a N）等下一代功率半導體的先進封裝技術(shù)，以支持本國5G通信技術(shù)的發(fā)展。韓國是全球最早開展5G研究的國家之一，早在2013年6月，韓國以S K T牽頭，啟動了5G Forum，匯聚韓國內(nèi)外知名企業(yè)，致力于打造韓國的5G產(chǎn)業(yè)生態(tài)。此外，韓國在2015年推出了以5G發(fā)展總體規(guī)劃為主要內(nèi)容的“未來移動通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略”，決定在2020年全面推出5G商用服務，并將為此投資1.6萬億韓元。

我國是5G通信技術(shù)發(fā)展較快的國家，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與構(gòu)架設(shè)計領(lǐng)域已經(jīng)走在世界前沿，并處于領(lǐng)跑位置，但是在關(guān)鍵上游材料領(lǐng)域依然落后。

1.2 5G通信技術(shù)對相關(guān)材料性能的要求

與傳統(tǒng)4G等通信技術(shù)相比，5G通信技術(shù)接入工作器件需滿足全頻譜接入、高頻段乃至毫米波傳輸、超高寬帶傳輸3大基礎(chǔ)性能要求，其制備材料則需要具有實現(xiàn)大規(guī)模集成化、高頻化和高頻譜效率等特點。

1.1.1 大規(guī)模集成化

大規(guī)模集成化需要將大量晶體管組合到單一芯片中，在有限的空間實現(xiàn)復雜芯片指令。5G通信要求通信芯片能夠有效利用各頻段通信頻譜資源（包括：傳統(tǒng)通信技術(shù)的低頻波段、5G規(guī)劃的高頻波段及更高的毫米波）來提升數(shù)據(jù)傳輸速率和系統(tǒng)容量。芯片的大規(guī)模集成化是實現(xiàn)全頻譜接入的關(guān)鍵性技術(shù)工藝。以5G手機為例，其應用頻段數(shù)超過91個，每個頻段僅射頻前端模塊需要9個運算芯片，需要大量芯片在有限空間內(nèi)的集成。因此，需要原材料從芯片設(shè)計、晶圓生產(chǎn)、芯片生產(chǎn)等各個環(huán)節(jié)同時滿足大規(guī)模集成化的需求，比如大的晶圓尺寸、優(yōu)化的器件結(jié)構(gòu)等。

1.1.2 高頻化

目前3GHz以下的電磁波段基本都被現(xiàn)有的通信技術(shù)占據(jù)，5G可用的電磁波段均為3 GHz以上的高頻乃至毫米波段。高頻率電磁波段可以提供極大的數(shù)據(jù)傳輸速度和容量，但其傳輸更容易造成路徑受阻和能量消耗等問題。實現(xiàn)高頻波段在5G中的高效應用，需要功率放大器能將通信終端中的信號波放大至所需高頻波段內(nèi)，同時接收高頻電磁波信號的終端對高頻電磁波具有快速響應能力。因此需要功率半導體芯片對電磁波信號具有較高的接收靈敏度，一是要求金屬—氧化物—半導體（MOS）柵極材料具有高介電常數(shù)和低介電損耗等，二是需要源極和漏極的材料能夠?qū)崿F(xiàn)載流子的快速響應。

1.1.3 高頻譜效率

在增強的移動互聯(lián)網(wǎng)應用場景，互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備互聯(lián)場景，車聯(lián)網(wǎng)、應急通信、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)應用場景的3大5G通信應用場景中，提供低延時和高可靠的信息交互能力，支持互聯(lián)實體間高度實時和精密的業(yè)務協(xié)作，至關(guān)重要。因此需要5G器件相關(guān)材料具有高速化，能在單位時間和單位頻譜寬度內(nèi)盡可能的傳輸更多的字節(jié)數(shù)。初步估計，5G基站的峰值頻譜效率需要不低于20Gb/s。高頻譜效率實現(xiàn)一是需要優(yōu)化天線布局，二是需要相關(guān)材料具有高電子遷移率。

2 5G通信技術(shù)主要材料的發(fā)展現(xiàn)狀

按照5G通信技術(shù)主產(chǎn)業(yè)鏈進行劃分，主要應用關(guān)鍵材料可以分為器件材料、天線材料、光線傳輸材料和封裝材料等4大類。

2.1 器件材料

2.1.1 射頻芯片材料

2.1.1.1 主要材料

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、射頻開關(guān)等?；衔锇雽w材料是制備這些器件的核心關(guān)鍵材料?；衔锘雽w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，可以實現(xiàn)高頻譜效率、大頻率波處理、低延時響應等功能?；衔锇雽w材料未來將在5G、物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車等應用領(lǐng)域得到廣泛應用。

2.1.1.2 技術(shù)發(fā)展概況

化合物材料的制備主要包括純襯底材料和外延材料。在制造微波射頻器件行業(yè)，目前主流的應用是以4英寸SiC外延GaN的技術(shù)路線。預計到2020年，隨著6英寸SiC襯底價格不斷下降，6英寸外延技術(shù)將成為未來發(fā)展的重點。純襯底材料在射頻器件方面的應用主要是以GaN襯底材料的同質(zhì)外延。目前，主流的外延方法是氫化物氣相外延（HVPE）法，主要被日本住友電氣工業(yè)株式會社（以下簡稱“住友電工”）和三菱化學公司掌握。我國從事GaN襯底外延生長的企業(yè)主要是蘇州納維科技公司（以下簡稱“蘇州納維”）和東莞中鎵半導體科技公司（以下簡稱“東莞中鎵”）。雖然我國在化合物半導體材料技術(shù)方面起步晚，但是發(fā)展迅速。在GaN材料方面，我國已經(jīng)實現(xiàn)2英寸年產(chǎn)1 500片，4英寸襯底已推出產(chǎn)品，目前正在開展6英寸襯底研發(fā)。

2.1.1.3 主要市場

據(jù)咨詢公司優(yōu)樂（Yole）報道，伴隨著5G市場的到來，GaAs、GaN和SiC器件的市場需求增加，估計到2021年市場規(guī)模將分別達到130億美元、6億美元和5.5億美元。目前GaAs、GaN和SiC三種材料的技術(shù)和市場主要被美國、日本和歐洲等國家壟斷。其中GaAs晶圓材料95%的市場份額被美國晶體技術(shù)有限公司、住友電工、德國世創(chuàng)電子材料公司3家公司占有，三安光電股份有限公司（以下簡稱“三安光電”）、廣東先導先進材料股份有限公司等國內(nèi)企業(yè)僅擁有5%的市場份額；GaN材料主要生產(chǎn)企業(yè)是美國科銳（Cree）公司、住友電工和日立公司。我國蘇州納維、東莞中鎵僅具備初步小規(guī)模生產(chǎn)能力；SiC材料全球85%以上市場份額被美國的Cree公司和德國的Si Crystal公司占據(jù)。

2.1.2 基帶芯片材料

2.1.2.1 主要材料

基帶芯片是用來合成即將發(fā)射的基帶信號，或?qū)邮盏降幕鶐盘栠M行解碼的關(guān)鍵器件?；鶐酒苽溆靡r底材料主要是元素半導體材料，其主要包括鍺、硅和錫等由同種元素組成的具有半導體特性的固體材料。目前在基帶芯片制造過程中，硅（Si）晶圓是主流的基帶襯底材料，并且發(fā)展趨勢向著大尺寸、高純度方向發(fā)展。在5G通信技術(shù)應該過程中，制程尺寸不變的前提下，增加硅基晶圓的尺寸則可顯著提升芯片的集成度。

2.1.2.2 技術(shù)發(fā)展

晶硅的生產(chǎn)工藝主要有改良了西門子法和硅烷熱分解法。目前的集成電路用硅片中，8英寸的鬼片占據(jù)主流，約40%～50%，6英寸的硅片占據(jù)約30%。國際大公司已經(jīng)研發(fā)和推出尺寸在12英寸以上的硅片，并且純凈度達到11個9以上。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國半導體材料行業(yè)取得了較大的發(fā)展，已經(jīng)研制和生產(chǎn)了4英寸、5英寸、6英寸、8英寸和12英寸硅片，但是產(chǎn)品的結(jié)晶度、電子遷移率、載流子濃度等質(zhì)量和性能穩(wěn)定性與國外產(chǎn)品還存在的較大的差距。

2.1.2.2 主要市場

目前，全球范圍內(nèi)硅片市場依然為寡頭壟斷格局。據(jù)OFweek獲悉，全球能制造高純度電子級硅的企業(yè)不足100家，其中主要的15家硅晶圓廠壟斷95%以上的市場。以日本信越集團半導體事業(yè)（以下簡稱“信越半導體”）、日本盛高集團、我國臺灣環(huán)球晶圓股份有限公司（以下簡稱“環(huán)球晶園”）、德國世創(chuàng)公司、韓國LG集團等為代表的晶圓企業(yè)幾乎供應了全球8成的半導體企業(yè)，而且長期處于供不應求的狀態(tài)。在技術(shù)含量更高的12英寸硅片市場，5大公司市場占有率超過了97%，我國近年開始對硅晶圓產(chǎn)業(yè)進行布局，但是主要是6英寸及用于光伏電池的一般品質(zhì)硅片制造技術(shù)，8英寸和12英寸的大尺寸硅片對外依存度分別達到86%和100%。據(jù)統(tǒng)計，我國8英寸硅片生產(chǎn)線月產(chǎn)能需求約為70萬片/月，供應商的產(chǎn)能不到10萬片/月，12英寸方面，總產(chǎn)能需求為47.9萬片/月，未來5年內(nèi)將達到120萬片，但產(chǎn)能供給為零，全部依賴進口。

2.1.3 濾波壓電材料

2.1.3.1 主要材料

在5G通信產(chǎn)業(yè)化過程中，將伴隨著大量基站建設(shè)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。其中壓電晶體材料包括：鈮酸鋰（LiNbO3）、鉭酸鋰（LiTaO3）、LGS（La3Ga5SiO14）；壓電陶瓷材料主要包括鈣鈦結(jié)構(gòu)礦（鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛）材料、鎢青銅結(jié)構(gòu)材料和鉍層狀結(jié)構(gòu)材料；壓電薄膜材料主要是通過化學氣相沉積或物理氣相沉積的方法制備的壓電薄膜。壓電薄膜材料被廣泛應用于5G通信技術(shù)中的光纖調(diào)制器件的制造。

2.1.3.2 技術(shù)發(fā)展

經(jīng)過多年的發(fā)展，雖然我國在部分材料實現(xiàn)了生產(chǎn)供應，但是還難以保持穩(wěn)定的供應，實現(xiàn)高品質(zhì)量量產(chǎn)的企業(yè)主要是天通股份。當前濾波壓電材料的材料主要技術(shù)被日本企業(yè)掌控。我國濾波器材料還是主要局限于國防軍工，民用方面的產(chǎn)業(yè)供應還是相當薄弱。

2.1.3.3 主要市場

近年來，壓電材料在全球每年銷量按15%左右的速度增長，2017年全球壓電陶瓷產(chǎn)品銷售額約達150億美元以上。以壓電陶瓷頻率元件為例，全球壓電陶瓷頻率元件的銷售達到168億只，銷售收入達到12.5億美元，其中，中國的銷售可達到55.80億只，銷售收入將達到15.07億元人民幣。受日本的企業(yè)諸如村田制作社、東電化株式會社（TDK）、安化高科技公司（avago）及美國思佳訊公司在濾波元器件在全球強大的市場占有率的影響，目前上游壓電材料的市場主要被日本企業(yè)所占據(jù)。

2.1.4 微波介電陶瓷材料

2.1.4.1 主要材料

微波介質(zhì)陶瓷（MWDC）是指應用與微波頻段（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，廣泛應用于5G通信中的微波器件。微波介質(zhì)陶瓷的主要材料包括在氧化鋇（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。

2.1.4.2 技術(shù)發(fā)展

微波介電陶瓷具有介電常數(shù)高、微波損耗低、溫度系數(shù)小等優(yōu)良性能，能滿足微波電路小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求，隨著移動通信和現(xiàn)代電子設(shè)備的發(fā)展。我國微波介質(zhì)陶瓷研發(fā)起步較晚，在較長的一段時間內(nèi)只能生產(chǎn)較低介電常數(shù)、較低品質(zhì)因子（Q值）等微波介質(zhì)陶瓷，長期以來高品質(zhì)微波介質(zhì)陶瓷材料及元器件一直依賴進口。近年來，隨著我國在微波介質(zhì)陶瓷領(lǐng)域的研究、開發(fā)和制造技術(shù)的不斷進步，移動通信領(lǐng)域急需的中介電常數(shù)、高Q值的微波介質(zhì)陶瓷基本實現(xiàn)了國產(chǎn)化。目前國內(nèi)微波介質(zhì)陶瓷的研發(fā)和生產(chǎn)水平與國際先進水平基本持平。微波介質(zhì)陶瓷材料已實現(xiàn)系列化，其介電常數(shù)范圍涵蓋6～150，高Q值材料（指Qf>105GHz），介電常數(shù)大都集中在10～35之間。介電常數(shù)25左右的材料，其Qf值已達到25×104GHz，35左右的能達到105GHz左右。截至2017年年底，針對4G通信介質(zhì)濾波器用的鋁酸鑭-鈦酸鍶（LaAlO3-SrTiO3）系和鈦酸鋯錫（ZrSnTiO4）系已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化，技術(shù)水平達到國際先進水平，使得移動通信介質(zhì)濾波器的成本大幅下降，微波介質(zhì)陶瓷天線每月出貨量都是按數(shù)百萬件計算。

2.1.4.3 主要市場

日前，雖然我國微波介電陶瓷材料研究和制造技術(shù)取得較大的進步，但是市場互動還僅限于國內(nèi)下游企業(yè)，目前國際微波介電陶瓷材料90%以上市場還是被日本的富士鈦工業(yè)株式會社、日本化學工業(yè)株式會社和日本界化學株式會等企業(yè)控制。位居國內(nèi)介電陶瓷材料的龍頭企業(yè)國瓷材料，在國內(nèi)市場占有率高達80%，在國際市場的占有率卻不足5%。

2.2 天線材料

基站天線是基站設(shè)備與終端用戶之間的信息能量轉(zhuǎn)換器。大規(guī)模天線陣列是5G的核心技術(shù)。5G通信技術(shù)的推進應用將伴隨著的天線基站的密集化建設(shè)，因此將帶來對天線材料新的需求增長。天線材料主要是2大類，一方面是實現(xiàn)芯片和振子發(fā)射單元的集成的印刷電路板（PCB）板材；另一方面，主要是以結(jié)構(gòu)為主的天線罩材料，具體包括纖維增強復合材料、陶瓷基復合材料。

2.2.1. PCB基板

2.2.1.1 主要材料

在5G通信技術(shù)中，為了降低高頻信號的衰減程度，需要減少天線的走線長度，“天線+芯片”集成化技術(shù)已是一直以來的發(fā)展趨勢。在5G通信技術(shù)建設(shè)過程中，不管是基站天線還是終端產(chǎn)品都需要大量的PCB板來實現(xiàn)器件的集成。制備PCB板主要材料包括有機樹脂、增強材料、銅箔、油墨等材料。

2.2.1.2 技術(shù)發(fā)展

改革開放以來，由于我國廉價的勞動力資源、巨大的市場和優(yōu)惠的產(chǎn)業(yè)政策，吸引不少歐美PCB企業(yè)來華建廠，帶動我國PCB制造產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。雖然我國PCB板產(chǎn)量早已躍居全球第一，但是PCB總體技術(shù)水平偏低，我國產(chǎn)品主要集中在8層以下的中低端產(chǎn)品。國內(nèi)的PCB板制備技術(shù)與先進的日本等國家還存在著不少的差距，尤其是在技術(shù)含量較高的IC載板方面的國內(nèi)有較少企業(yè)能夠進行生產(chǎn)，核心技術(shù)主要由日本松下、日本東芝、三星等企業(yè)掌握。

2.2.1.3 主要市場

在2011—2017年間，全球PCB產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了由歐美到亞洲再到中國的轉(zhuǎn)移發(fā)展。從2011—2016年，美洲、歐洲和日本PCB產(chǎn)值全球占比不斷下降，分別由2011年的6.9%、4.6%和17.39%降至2016年的5.08%、3.6%和9.7%；中國大陸PCB產(chǎn)值全球占有率卻不斷上升，已由2011年的39.76%進一步增加至2017年的52.39%。2017年全球PCB產(chǎn)值588億美元，同比增長8.6%，中國PCB產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值297.32億美元，同比增速高達9.6%，2000—2016年間，實現(xiàn)了年復合增速13.9%，高于世界平均增速。

2.2.2 天線罩材料

2.2.2.1 主要材料

目前天線罩材料中最常用的兩種材料主要是硬聚氯乙烯（UPVC）材料和玻璃鋼材料。UPVC材料又稱作PVCU材料，通常稱作聚氯乙烯（PVC），是由氯乙烯單體，通過加一定的添加劑（主要包括穩(wěn)定劑、潤滑劑、填充劑等）經(jīng)聚會反應而制成的無定形熱塑性樹脂。除通過增添添加劑外，在制備過程中可以通過與其他樹脂進行共混改性制備，常用的樹脂主要包括氯化聚氯乙?。–PVC）、聚乙烯（PE）、丙烯睛—丁二烯—苯乙稀三元共聚物（ABS）、乙烯—醋酸乙烯共聚物（EVA）、甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯三元共聚物（MBS）等。UPVC材料具有介電常數(shù)低，機械性能好，價格經(jīng)濟實惠，容易加工成型，是作為基站材料最常用的材料。玻璃鋼/復合材料是通過玻璃纖維增強不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂基體進行復合制備。根據(jù)所使用的樹脂品種不同，主要分為聚酯玻璃鋼、環(huán)氧樹脂玻璃鋼、酚醛玻璃鋼等。相比PVUC材料這2種材料具有易使用、便于加工、成本低等特點，但是易老化，使用年限一般不超過10年。玻璃鋼/復合材料具有抗老化，使用年限可達15年左右，但是相對加工難度大、成本高。

2.2.2.2 技術(shù)發(fā)展

在UPVC材料方面，我國已經(jīng)掌握了較為成熟的生產(chǎn)技術(shù)，除了在通信天線罩應用方面，已經(jīng)在各種工程塑管、簡易房和機械構(gòu)件方面展開應用。在玻璃鋼/復合材料方面，玻璃鋼/復合材料的生產(chǎn)主要是通過為拉擠、纏繞、模壓、片狀模塑料、液體模塑成型等方法。經(jīng)過多年的發(fā)展，通過引進、吸收和自主創(chuàng)新，我國的玻璃鋼/復合材料生產(chǎn)工藝裝備、成型技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)接近國際先進水平，但是在應用方面還是跟國外存在一定的差距，尤其是在材料的使用標準、服役監(jiān)測等方面還欠缺。

2.2.2.3 主要市場

經(jīng)過50多年的快速發(fā)展，我國的玻璃鋼/復合材料工業(yè)取得了較大的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展為新材料領(lǐng)域的重要主導材料，并成為了國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。國內(nèi)玻璃鋼/復合材料的工藝制備水平已經(jīng)有了很大的提高，但是與國際先進水平相比，還有一定差距，主要是電子用玻璃鋼/復合材料方面。美國在玻璃鋼/復合材料方面發(fā)展較快，技術(shù)最先進，其產(chǎn)量占據(jù)著全球總產(chǎn)量的1/3。歐洲玻璃鋼/復合材料產(chǎn)量增長緩慢，但其產(chǎn)品附加值高，曾以全球22%的產(chǎn)量，獲取了全球33%的產(chǎn)值。

2.3 光纖傳輸材料

光纖傳輸是信息傳輸?shù)幕?，具有頻帶寬、損耗低、質(zhì)量輕、抗干擾能力強、保真度高和噪聲小等優(yōu)點。伴隨著5G通信Massive MIMO天線技術(shù)的應用和基站的密集化建設(shè)，將對光纖傳輸市場帶來新的增長。光纖產(chǎn)業(yè)從上游材料到最終光纖光纜的制備完成，主要包括光預制棒制備和光纖光纜制備2個環(huán)節(jié)。

2.3.1 光預制棒材料

2.3.1.1 主要材料

光纖預制棒是制作光纖、光纜的重要基礎(chǔ)材料。制備光預制棒的核心材料是石英砂材料，制備石英砂材料的主要原料就是高純四氯化硅。

2.3.1.2 技術(shù)發(fā)展

光纖預制棒制備技術(shù)門檻較高，被譽為光通信產(chǎn)業(yè)“皇冠上的明珠”。目前，光纖預制棒的制備技術(shù)主要美國、歐洲和日本企業(yè)掌握。經(jīng)過近幾年的努力，我國光纖預制棒產(chǎn)業(yè)得到的一定的發(fā)展，對外進口依賴度有了很大的改善。長飛光纖光纜有限公司（以下簡稱“長飛”）、烽火通信科技股份有限公司（以下簡稱“烽火通信”）、富通科技、亨通集團有限公司、中天科技集團等公司，通過國外企業(yè)建立合作關(guān)系，采取技術(shù)引進等方式，實現(xiàn)了光纖預制棒國產(chǎn)化生產(chǎn)，但是核心技術(shù)及專利依然被國外企業(yè)控制，且在生產(chǎn)效率和生產(chǎn)規(guī)模和成本控制等方面，依然與國際行業(yè)巨頭存在較大的差異。

2.3.1.3 主要市場

全球光預制棒的主要市場被美國、歐洲和日本企業(yè)控制。我國光纖預制棒主要來自日本和德國，從日本進口量較大。據(jù)統(tǒng)計，2017年全年，我國光纖預制棒進口量為1 750t，進口額為2.11億美元，其中從日本進口量為888t，進口額為1.35億美元，占比超過50%。

2.3.2 光纖光纜材料

2.3.2.1 主要材料

光纖制備主要包括預制棒的拉絲、著色、涂覆等工藝。除了常用材料四氯化硅以外，還需要四氯化鍺、三氯氧磷、三氯化硼、三氯化鋁等試劑，同時還需要一些高純摻雜劑和一些輔助反應的試劑或氣體。

2.3.2.2 技術(shù)發(fā)展

相比于光預制棒，光纖光纜產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)門檻較低。目前，光纖的生產(chǎn)已經(jīng)由原來的拼技術(shù)轉(zhuǎn)化為提供生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、交付能力和性價比等方面。在大力發(fā)展智能制造的背景基礎(chǔ)下，中國光纖生產(chǎn)企業(yè)不斷改進和優(yōu)化生產(chǎn)工藝，與國外巨頭的差距已經(jīng)逐漸縮小，但是整個行業(yè)依舊呈現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)化集中度和智能制造水平不高等特點，企業(yè)的自動化生產(chǎn)和智能管理的水平還有待提升。

2.3.2.3 主要市場

我國光纖光纜產(chǎn)值和產(chǎn)量已經(jīng)躍居世界第1，中國光纖企業(yè)共占據(jù)了世界市場的50%以上，成為光纖光纜出口第1大國。5G萬物物聯(lián)時代的“基站致密化+前傳光纖網(wǎng)絡(luò)”模式，將推動光纖光纜市場需求迅猛增長。據(jù)預測，未來5G光纖需求，在不考慮光纖復用的情況下，將達到4G光纖光纜需求的16倍。據(jù)相關(guān)研究機構(gòu)預測，2018—2020年光纖光臨需求分別為3.8億芯km、4.2億芯km和4.8億芯km，增速分別為28.4%、10.5%和14.3%。

2.4 封裝材料

在5G通信中，通訊器材向著微型化和集成化發(fā)展，通訊器材單位功耗和電磁輻射將顯著增加，對設(shè)備的封裝導熱技術(shù)提出了新的要求，封裝技術(shù)不斷的提高，必然要求材料的性能提升。相比于傳統(tǒng)的通信技術(shù)，5G通信技術(shù)封裝過程中，電子材料需要更低的介電常熟和介電豪因子、高耐熱性、高導熱、高絕緣、與芯片和硅等元器件匹配且可調(diào)的熱膨脹系數(shù)以及優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和機械性能。在電子元器件封裝過程中常用的封裝材料主要包括封裝基板、塑封材料和金屬引線。

2.4.1 封裝基板

2.4.1.1 主要材料

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。有機封裝基板，以聚酰亞胺（PI）、聚對苯二甲酸乙二酯（PET）和聚萘二甲酸乙二醇酯（P E N）等原材料為主。無機陶瓷基板原材料為高化學穩(wěn)定性、高耐腐蝕性、氣密性好、熱導率高及熱膨脹系數(shù)匹配的氧化鋁（A l2O3）、氮化鋁（A l N）、碳化硅（S i C）和氧化鈹（BeO）等陶瓷材料。

2.4.1.2 技術(shù)發(fā)展

目前，電子屏蔽導熱封裝材料的上游核心原材料，尤其是有機高分子材料例如聚酰亞胺膜，導熱硅膠等，主要市場和技術(shù)被明尼蘇達礦務及制造業(yè)公司（3M）、萊爾德科技有限公司、德國漢高公司、富士集團等歐美和日韓企業(yè)所壟斷。國內(nèi)的代表企業(yè)中石科技、飛榮達等主要偏重電磁屏蔽導熱器件和應用方案的設(shè)計，而關(guān)鍵上游核心原材料生產(chǎn)技術(shù)還未掌握。我國在Al2O3、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。

2.4.1.3 主要市場

全球封裝基板行業(yè)基本由揖斐電電子公司（Ibiden）、三星集團（SEMCO）、神鋼電機株式會社（Shinko）等日本、韓國和我國臺灣地區(qū)企業(yè)所壟斷，目前占據(jù)了全球封裝基板產(chǎn)業(yè)接近90%的份額。目前國內(nèi)主流基板廠有深南電路、珠海越亞半導體股份有限公司（以下簡稱“珠海越亞”）、興森科技和丹邦科技，占據(jù)市場份額僅為1%左右。總體來看，雖然國內(nèi)封裝基板占有率在全球仍處于較低水平，企業(yè)規(guī)模、技術(shù)水平及產(chǎn)品專業(yè)性與外資企業(yè)相比仍存在一定差距，但提升趨勢明顯。

2.4.2 塑封材料

2.4.2.1 主要材料

常用的塑封材料主要分為是有酚醛樹脂、氰酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、雙馬來酰亞胺、聚苯醚等。這類材料具有體積小巧，結(jié)構(gòu)簡單和耐化學腐蝕的優(yōu)點，適合微型化和集成度高的器件封裝。

2.4.2.2 技術(shù)發(fā)展

國內(nèi)塑封材料相關(guān)企業(yè)技術(shù)上一直偏弱，因此造成產(chǎn)品在高端市場的占有率低。國產(chǎn)塑封材料產(chǎn)品在質(zhì)量穩(wěn)定性、粘附性、吸潮性、雜質(zhì)含量、放射粒子量以及電性能、力學性能、耐熱性能等方面還需要進一步改善。除此之外，上下游產(chǎn)業(yè)鏈之間溝通機制不完善，也是影響國內(nèi)塑封材料廠商發(fā)展的一個重要因素。

2.4.2.3 主要市場

塑封材料以其高可靠性、低成本、生產(chǎn)工藝簡單、適合大規(guī)模生產(chǎn)等特點，占據(jù)了整個微電子封裝材料97%以上的市場。目前，全球塑封料生產(chǎn)廠家主要集中在日本、美國、韓國、中國大陸及臺灣地區(qū)，主要供應商有住友電木株式會社（以下簡稱“住友電木”）、日東電工株式會社（以下簡稱“日東電工”）、日立化成株式會社（以下簡稱“日立化成”）、松下電子事業(yè)（以下簡稱“松下電子”）、信越化學工業(yè)株式會社（以下簡稱“信越化學”）、長春集團樹脂公司、漢高華威電子有限公司、金剛高麗化學集團、SEMCO、長興工業(yè)股份有限公司、中鵬新材料有限公司、天津德高化成新材料股份有限公司、江蘇華海誠科新材料有限公司、北京科化新材料科技有限公司、天津凱華絕緣材料股份有限公司等。

2.4.3 金屬引線

2.4.3.1 主要材料

金屬引可以由金、銀、銅、鋁等不同技術(shù)制成，市場上有多種鍵合線，包括純金、金銀合金、銀、銀合金、銅、銅合金（包括鍍鈀銅）、及鋁、鋁合金線、硅鋁等。

2.4.3.2 技術(shù)發(fā)展

目前，金屬引線由于鍵合絲的生產(chǎn)制程和設(shè)備選型已經(jīng)公司透明化，中國公司和國際大廠不存在大的差距，國內(nèi)部分鍵合絲生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)達到國際同等水平，但由于起步晚，鍵合絲生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量多、規(guī)模小，我國企業(yè)在品質(zhì)管控方面主要是產(chǎn)品穩(wěn)定性、一致性方面還存在一定差距。

2.4.3.3 主要市場

隨著半導體封裝業(yè)的快速發(fā)展，及近幾年國內(nèi)以LED為代表的電子材料行業(yè)飛速崛起，催生了我國鍵合絲市場的旺盛需求，推動了鍵合絲產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展壯大。全球主要的鍵合線供應商有賀利氏集團、日本田中公司、新日鐵株式會社、MKE韓國總公司、康強電子、達博科技、勵福實業(yè)有限公司、住友化學、喜星電子有限公司（Heesung）、我國臺灣樂金股份有限公司、鈺成金屬股份有限公司等。中國目前有30多家鍵合絲生產(chǎn)廠家包括賀利氏招遠貴金屬材料有限公司（簡稱“賀利氏”）、賀利氏招遠（常數(shù)）電子材料有限公司、寧波康強電子股份有限公司、杭州菱慶高新材料有限公司、銘凱益電子（昆山）有限公司和山東科大鼎新電子科技有限公司，其中賀利氏在中國的2個分公司在大陸鍵合絲的市場份額穩(wěn)居前2位。金絲和銅絲產(chǎn)品還是由傳統(tǒng)國際大廠（賀利氏集團、日本田中公司、新日鐵株式會社）占有主導地位；在低成本的鍵合絲市場，本土品牌已經(jīng)占有一定的市場份額。

3 我國5G通信關(guān)鍵材料發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱

一方面是我國與5G匹配的半導體產(chǎn)業(yè)鏈的全球市占率整體偏低。在放大器芯片領(lǐng)域，我國的全球市占率為12%，只有華為海思和紫光股份有限公司2家設(shè)計企業(yè)；在調(diào)制解調(diào)領(lǐng)域，我國的全球市占率為1%，相關(guān)企業(yè)的產(chǎn)品多用在遙控器等中低端領(lǐng)域；在芯片制造領(lǐng)域，中芯國際是國內(nèi)龍頭企業(yè)，但其28nm以下的全球市占率僅為1%，28nm以上的全球市占率不足16%；在化合物半導體領(lǐng)域，我國有且僅有一家三安光電制造企業(yè)，市占率也僅為1%。另一方面，我國與國外先進技術(shù)差距大。例如在晶圓生產(chǎn)中，純度為11個9的芯片用的電子級高純硅，我國只有江蘇的鑫華股份有限公司一家能實現(xiàn)量產(chǎn)，年產(chǎn)0.5萬t，但是我國一年需要進口15萬t。在芯片設(shè)計和制造中，國內(nèi)只有華為海思一家設(shè)計企業(yè)實現(xiàn)手機芯片的規(guī)?；慨a(chǎn)；我國最大代工廠中芯國際的28nm和14nm制程工藝的市場認可度不高，尚未實現(xiàn)盈利。

3.2 對外依賴性高

一方面是國內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備稀缺，生產(chǎn)材料用的關(guān)鍵設(shè)備依賴進口。2015年至2020年，國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)計劃投資650億美元，其中設(shè)備投資500億美元，在其中480億美元用于購買進口設(shè)備，購買設(shè)備的投資占比高達73.8%。決定芯片半導體性能的離子注入機，美國應用材料公司占70%的市場份額。涂感光材料用的涂膠顯影機，日本東京電子公司的市場份額高達90%。另一方面產(chǎn)能依賴。例如國內(nèi)8英寸和12英寸的大尺寸硅片對外依存度分別達到86%和100%。華為海思設(shè)計芯片，但其代工廠卻不是國內(nèi)的中芯國際，而是我國臺灣的臺積電，臺積電幾乎拿下了全球70%的28nm以下的代工業(yè)務。

3.3 外部競爭環(huán)境嚴峻

一方面是競爭者對我國研發(fā)成果進行市場和技術(shù)打壓。由于我國在5G半導體材料領(lǐng)域的自主研發(fā)能力不足，全產(chǎn)業(yè)鏈對外依賴度高，所以我國半導體材料的研發(fā)進程還有發(fā)展動向?qū)τ趪飧偁幷邅碚f，是幾乎完全透明的。2009年，上海微電子的90nm光刻機研制成功（核心部件進口），2010年，美國允許90nm以上設(shè)備銷售給中國。后來中國攻克65nm光刻機，2015年，美國允許65nm以上設(shè)備銷售給中國。另一方面是利用進出口管制，對我國進行技術(shù)封鎖。國外競爭者對半導體產(chǎn)業(yè)鏈任一關(guān)鍵環(huán)節(jié)的進出口管制或者技術(shù)封鎖，對我國的半導體材料行業(yè)都將能造成“卡脖子”的影響。美國領(lǐng)頭40多個成員國簽訂《瓦森納協(xié)定》，限制敏感技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備賣給非成員國，中國是非成員國之一。決定芯片加工精度的核心設(shè)備光刻機，全球只有阿斯麥一家生產(chǎn)企業(yè)，因為《瓦森納協(xié)定》，我國中芯國際需等到2019年才能買到第一臺阿斯麥生產(chǎn)的光刻機。

4 我國5G通信材料發(fā)展主要存在的問題

4.1 關(guān)鍵核心技術(shù)還未突破

一方面是在主要上游核心材料關(guān)鍵技術(shù)還未突破。一是元器件應用上游材料品質(zhì)低、穩(wěn)定性差。例如GaAs晶圓，美國、日本和德國已經(jīng)在微電子芯片級分別開展6英寸生產(chǎn)，但是我國僅能生產(chǎn)4英寸級的電阻LED低端晶片；二是電子屏蔽導熱材料，上游核心原材料依然面臨技術(shù)封鎖。國內(nèi)企業(yè)還是以電磁屏蔽導熱器件和方案設(shè)計為主。關(guān)鍵上游材料的核心技術(shù)由3M、漢高、富士等企業(yè)掌握。另一方面在相關(guān)材料制備設(shè)備依然稀缺。例如光纖產(chǎn)業(yè)上游光欲制棒生產(chǎn)設(shè)備稀缺，造成國內(nèi)材料生產(chǎn)成本較高，市場競爭力弱。目前，我國雖然已經(jīng)掌握了制備光預制棒生產(chǎn)技術(shù)，實現(xiàn)了部分產(chǎn)品的自給，但是，光纖預制棒生產(chǎn)設(shè)備高度依賴進口，其中80%的高純度沉積用和全合成石英套管依賴進口，造成國內(nèi)光預制棒生產(chǎn)成本較高。

4.2 部分相關(guān)產(chǎn)品產(chǎn)能依然不足

一方面在元器件關(guān)鍵材料領(lǐng)域，化合物半導體材料雖然在國內(nèi)實現(xiàn)量產(chǎn)，但是產(chǎn)能較小。據(jù)統(tǒng)計，GaAs、GaN和SiC三種襯底材料的月產(chǎn)量不足5萬片/月。目前，我國8英寸和12英寸硅片市場需求約在500萬片/月，其中功率器件用襯底約為50萬/片左右。據(jù)預測，到2020年將有1/3的功率器件襯底材料被化合物半導體材料取代，然而，我國半導體襯底材料的需求量至少為16萬片/月。另一方面在電子封裝材料方面，我國一直是消費大國，但是在部分核心上游材料卻是進口大國。例如在封裝基板材料應用中的PI薄膜，我國多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模均為百噸級，國外基本都是千噸級。我國僅在中低端聚酰亞胺薄膜及聚酰亞胺纖維等少數(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了量產(chǎn)，而高端材料產(chǎn)品稀缺。

4.3 上下游脫節(jié)

一是原材料的供應信息不明確，與國外產(chǎn)品相比，國內(nèi)原材料產(chǎn)品供應時，缺少生產(chǎn)使用的加工標準、參數(shù)等信息。下游應用企業(yè)在沒有使用經(jīng)驗的情況下，認為冒然使用會在生產(chǎn)上存在較大風險；二是在材料的研發(fā)生產(chǎn)和設(shè)計指標與下游的應用標準不一致，國內(nèi)研究機構(gòu)在材料產(chǎn)品研究推廣時，重視性能參數(shù)的比拼，忽略生產(chǎn)實用性，導致生產(chǎn)出來的材料無法使用；三是國內(nèi)生產(chǎn)的相關(guān)材料缺少相關(guān)第三方認證和科學的評估體系。生產(chǎn)的材料得不到有效的應用檢驗，導致企業(yè)在生產(chǎn)使用過程中缺乏信心，于是寧愿選擇價格較高的進口產(chǎn)品維持現(xiàn)狀。

5 推進我國5G通信材料發(fā)展的相關(guān)建議

5.1 加強政府引導，完善產(chǎn)業(yè)政策

建國以來，我國一直重視鋼鐵、有色金屬、石油化工和無機金屬材料等基礎(chǔ)原材料的生產(chǎn)建設(shè)，并制定和形成了較為完善的產(chǎn)業(yè)政策。然而，電子信息材料方面政策一直滯后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。因此，應該加強政府引導、作好頂層謀劃，加大國家政策和資金支持力度，制定信息材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展引導目錄和投資指南，強化信息材料創(chuàng)新鏈和資金鏈的建設(shè)。著力突破關(guān)鍵信息材料產(chǎn)業(yè)化發(fā)展問題，提高信息材料對信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)支持能力和國際競爭力。

5.2 強化自主創(chuàng)新，突破關(guān)鍵技術(shù)

創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，堅持以創(chuàng)新為主導，鼓勵原始創(chuàng)新、自主創(chuàng)新，營造整個行業(yè)創(chuàng)新的科學氛圍。集中優(yōu)勢科研利用，重點突破信息材料領(lǐng)域中的大尺寸Si片，高性能GaAs、GaN和SiC以及電子封裝技術(shù)中的上游原材料等關(guān)鍵材料制備技術(shù)，減輕我國信息產(chǎn)業(yè)對國外高端原材料的依賴度。瞄準國際電子材料前沿技術(shù)，在關(guān)鍵領(lǐng)域積極開展相關(guān)研究，形成技術(shù)優(yōu)勢，提高自主創(chuàng)新能力，夯實自主可控發(fā)展根基。

5.3 整合優(yōu)勢資源，促進軍民融合發(fā)展

組織和整合相關(guān)優(yōu)勢力量，推動產(chǎn)、學、研、用協(xié)同攻關(guān)機制和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的建立，積極吸取和借鑒國外信息材料行業(yè)內(nèi)的先進經(jīng)驗，強化和優(yōu)化我國信息材料產(chǎn)業(yè)鏈的整合。利用國防技術(shù)的牽引作用，大力發(fā)展軍民兩用技術(shù)，推動軍民技術(shù)協(xié)同互動、成果雙向轉(zhuǎn)化和應用對接。增強國防科技成果向社會的輸出供給，充分發(fā)揮軍民領(lǐng)域的技術(shù)的共性而廣泛的支撐引領(lǐng)作用，不斷促進信息材料軍民融合的深度發(fā)展。

5.4 推進產(chǎn)業(yè)協(xié)同，促進上下游產(chǎn)需銜接

支持上下游企業(yè)成立聯(lián)合研發(fā)機構(gòu)，聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān)，加強上下游企業(yè)之間在產(chǎn)品布局期的供需信息流通。鼓勵材料、器件上下游企業(yè)成立協(xié)會、聯(lián)盟等行業(yè)組織，增加材料供應信息的標準化和透明化，形成有效的上下游協(xié)同發(fā)展模式，禰補生產(chǎn)應用銜接空缺，縮短輕量化材料開放應用周期。鼓勵上下游企業(yè)之間進行兼并重組、交叉持股，組建聯(lián)合企業(yè)，實現(xiàn)信息材料與元器件產(chǎn)品設(shè)計、系統(tǒng)驗證的同步化，同時降低材料進入下游應用市場門檻。