5G通信技术关键材料发展研究

5G通信技术关键材料发展研究

史光耀 周琨 符利秀 刘知青

中国电信贵州分公司网络运行维护事业部 550000

摘要：信息技术对于当代人们的日常生活与工作产生的改变和影响是非常巨大的，多种电子设备的普及和智能手机的大范围应用进一步丰富了人们的娱乐生活并为日常工作提供了很大便捷。在这种时代背景下，5G通信技术作为一种信息传输速度更快、信号传递与接收更为稳定的先进技术，其应用能够大幅度提高智能手机的性能与价值。很多新型材料的研究与应用为5G通信技术的实现奠定了坚实的基础，有关智能设备生产企业及工作人员应更好地掌握这些关键材料的性能要求和应用优势。

关键词：5G通信技术；关键材料；发展研究

引言

通信产业每10年发展一代。相比于2G、3G和4G，5G拥有三大业务应用场景，幵丏业务需求已发生重大变化。4G及其之前网络的核心是解决人不人之间的通信问题，而5G将深入各行各业，迚一步解决物不物的联接问题，促迚产业的数字化转型。新需求带来端到端技术的变革，通信芯片将面临新的挑战。基于此，本文对5G通信技术关键材料的发展探讨研究，仅供相关人士参考。

1器件材料

特种工程塑料是继通用塑料和工程塑料之后发展起来的第三代塑料，具有使用温度高、综合性能优异和附加值高等优点，近年来在航空、航天、军事、电子等国防和高科技领域得到广泛应用。液晶聚酯作为特种工程塑料之一，因具有熔体粘度低、强度高、热稳定性和化学稳定性好以及一定条件下呈现液晶态等特点，得到了广泛的研究及应用，特别是随着5G技术快速发展，液晶聚酯已成为5G应用领域的关键材料。液晶聚酯在日本、美国等发达国家的研究已较成熟，并且已有多个产品实现产业化，广泛应用于LED、电子器件、包装材料等多个领域。我国液晶聚酯的研究始于20世纪80年代后期，21世纪后形成研究热潮，初期主要集中在液晶聚酯的合成及加工改性，后期逐渐转向应用研究。目前我国已初步建立起涵盖合成、改性及应用的液晶聚酯产业自主产业链条，然而我国液晶聚酯产业无论是在技术实力还是国际产品竞争方面，与日本等发达国家相比还存在较大差距。鉴于专利信息分析对于科技创新和产业布局具有重要意义，本文从专利信息分析角度对液晶聚酯产业中国专利开展研究，通过对液晶聚酯中国专利的申请态势、主要来源国和国内省份、重点申请人、技术领域分布、5G应用等进行分析，揭示国内液晶聚酯产业发展趋势及竞争态势，为我国液晶聚酯产业研发和布局提供建议。

氮化镓材料自20世纪90年代以来广泛应用于发光二极管等器件中。到本世纪初，陆续推出了多款氮化镓功率器件，可广泛应用在通信电源和民用供电领域。由于氮化镓具备上述优点，随着技术的进步和成本的降低，氮化镓已经逐渐应用于多种领域。目前氮化镓技术已经广泛应用在射频、LED和小型快速充电器等领域。氮化镓不但出现在了部分5G射频元件中，更由于它的高效和高功率密度等特点，也出现在了5GAAU电源单元等领域。随着氮化镓半导体器件工艺的进一步成熟，价格进一步下降，目前在民用手机电源、无线充电和电脑电源市场上大量出现了氮化镓半导体相关产品。目前已有通信电源厂家采用氮化镓MOS管取代部分传统MOS管生产整流器，效率得到极大提升，如全面采用氮化镓功率器件，整体模块体积可减少约30%，同时散热能力和耐压能力均可以得到大幅度提升。在目前5G主设备AAU电源单元中也广泛使用了氮化镓元件，使得5GAAU电源单元可以适用于室外恶劣场景和AAU本身发热，同时也大大缩小了电源单元尺寸，进一步缩小了AAU设备的体积与重量。

2光纤传输材料

光纤传输要求构成通信传输线路的材料应具备损耗率低、频带宽以及抗干扰能力强等优势，同时导电性和散热性等基本性能也要达到通信传输材料的标准要求。目前在制作光纤传输线路时主要采用的是石英砂和高纯四氯化硅等材料，而在制备相应光纤光缆的过程中还需要进行表面涂覆和拉丝等工艺流程，确保光纤光缆的质量以及信号传输效率达到更高的水平。

3天线材料

聚酰亚胺是指一类含有酰亚胺环的聚合物，由二酐和二胺经过逐步聚合反应、亚胺化而成。美国杜邦公司首次商业化聚酰亚胺，商品名为Ｋｐｔｏｎ，到现在聚酰亚胺已经衍生了很多的产品，如联苯型聚酰亚胺和硫醚型聚酰亚胺等等。聚酰亚胺由于具有耐高温、耐电晕、耐辐射性、高强度、高绝缘、低吸湿率、低介电常数和低介电损耗等优异的综合性能，作为特种高分子材料被广泛应用于印刷线路板的绝缘领域。随着５Ｇ通信建设的全面铺开，天线材料将会迎来大规模发展，作为电子产品信号输出端部件，介电常数越低越有利于信号的传输，减少信号在传输过程中的损耗。对于ＰＣＢ的绝缘层，常规聚酰亚胺由于介电常数偏大，不适于应用在高频通信领域。为了满足其介电常数的要求，改性聚酰亚胺应运而生。通过超支化、交联、制孔以及掺杂等手段，可以降低聚酰亚胺的介电常数。但是这些方法都有不足之处，如超支化和交联法制备过程工艺复杂、成本高、粘结性差，制孔和掺杂法又会牺牲材料的机械性能，同时降低与铜箔的粘结力，因此都不适宜ＰＣＢ产业化发展需求。就目前来看，聚合物结构改性是最合适的方法，尤其是聚酰亚胺氟化改性，既降低了介电常数，又能增强材料的疏水性，还可以保证聚酰亚胺成膜的机械性能，因此产业化潜力巨大。此外，氟化聚酰亚胺的柔性迎合了当今柔性电子器件的发展需要，未来氟化聚酰亚胺将会迎来大规模的发展。

4封装材料

高级封装技术将成为性能和成本持续优化的另一创新路径。灵活性和性价比也是芯片设计的重要考量因素，因此Chiplet方案获得广泛关注。Chiplet是将一块大的单芯片拆分为多个小芯片，再通过高级封装迚行重组。它的优势是灵活性高、综合成本低。丌同功能的Die可以选择丌同的制造工艺。这种方案的Die良率更高，幵丏可以通过Die组合来满足丌同市场需求。结合Chiplet方案，2.5D/3D高级封装技术的快速发展，将为芯片设计打开一扇新大门。SoC架构的创新对芯片性能的提升起到关键作用。在架构设计时，设计师门需要在灵活性（可编程）和高效性（与用）之间做权衡。在多个异构处理单元组成的SoC中，领域定制SoC（DSSoC）方法有劣于提升系统的开发和运行效率。DSSoC架构设计的亓大技术目标包括：（1）感知计算资源和应用程序指令，跟踪芯片间和芯片内数据的智能调度；（2）采用完整、统一的工具链，提升编程效率；（3）完成应用到计算单元、内存的最优映射；（4）在计算单元之间构建低功耗、低延时的通信网络；（5）快速集成异构的计算单元。

结束语

现在的时代是一个需要各行各业深度融合的时代，解决方案与应用场景融合、网络与设备融合、通信设备与配套融合等。通信电源与通信设备的融合迫切需要新材料、新技术将通信电源的器件特性与通信设备器件特性实现一致性，同时由于应用场景的多样化也应当具有耐高温和高可靠性等特点。氮化镓器件在技术性能及成熟性上是完全可以满足需求的。氮化镓材料在通信电源领域应用过程中，一方面要紧跟相关器件产业化和规模化的潮流；另一方面也需要我们用于选用新技术和新材料，研发新的通信电源产品架构，为实现数字化社会转型提供可靠的能源保障。

参考文献

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