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赛迪专家胡红梅:关键5G新材料产业概览

发布时间:2022-09-06 21:11:57 来源:雷火官方竞技网站 作者:雷火官方官网平台

内容简介:  2019年以来,北京、江西、重庆等地就已经陆续出台了支持5G产业落地的行动计划或者规划方案,5G...

  2019年以来,北京、江西、重庆等地就已经陆续出台了支持5G产业落地的行动计划或者规划方案,5G商用步伐不断加快。2020年,新基建彻底火爆,作为新基建的重要组成部分,5G新基建迎来重大发展机遇。

  2020年3月,工业和信息化部专门召开加快5G发展专题会,提出加快以5G基站为代表的新型基础设施建设,各省、市、自治区积极响应,针对5G基站建设提出了明确目标(详见表1)。

  ▲表1 各省、市、自治区5G基站建设目标 资料来源:根据公开资料编辑整理

  由于5G通讯具有速率高、时延低以及衰减大的特点,对材料性能要求也不同于4G通讯,如需要传播介质材料具有更低的介电常数和介电损耗、更强的电磁屏蔽能力、更好的导热性等。

  各地5G基站建设如火如荼,对5G基站所需要的基站天线材料、PCB材料、滤波器材料、半导体材料、导热散热材料、电磁屏蔽材料等相关材料带来巨大需求(详见表2)。

  GaN、LCP、微波介质陶瓷、聚四氟乙烯(PTFE)等新材料是5G基站建设的重要基础材料,下文将针对上述四种5G新材料进行重点介绍。

  由于GaN具有禁带宽度更大、临界击穿电场更高及饱和电子速率和电子迁移率更高、热导率更高、化学性质更稳定以及抗辐射能力更强等优点,将成为5G重点材料之一,用以生产的射频器件也将在5G时代得以广泛应用。

  从GaN发展来看,美日欧走在技术发展和产品研发的前列,在该领域均已形成了较为完整的产业链条,并且拥有日本住友电气和三菱电机、美国Cree、法国Exagan、荷兰NXP等IDM(Integrated Device Manufacture)企业。

  我国在GaN领域目前已具备包括GaN材料衬底、外延、工艺加工、电路设计、封装、测试、模块、可靠性试验等完整产业链布局,部分产品已达到国际领先水平。

  针对GaN射频领域应用的GaN衬底生产企业包括苏州纳维科技有限公司(以下简称“纳维科技”)和东莞市中镓半导体科技有限公司(以下简称“中镓半导体”),外延企业包括苏州晶湛半导体有限公司(以下简称“晶湛半导体”)和苏州能讯高能半导体有限公司(以下简称“苏州能讯”),另外,苏州能讯还是国内为数不多的IDM企业。我国GaN衬底主要生产企业详见表3所示。

  随着5G时代到来,通讯频段向高频迁移,基站和通信设备对高频性能的射频器件需求旺盛,GaN的优势将更加凸显,加之5G基站建设密度和数量较4G、3G都要高,未来GaN需求将快速增长。

  据Yole预测GaN射频器件的市场规模将从2017年的3.8亿美元增长至2023年的13亿美元,复合年均增长率超过20%,其增量主要来自于基站的应用。

  LCP是一种高性能的特种工程塑料,热膨胀系数低,耐高温,具有良好的机械性能、光学性能、电性能、加工性能、阻燃性能等优点。注塑级LCP树脂可以用于PCB主板、SMT连接器等,薄膜级LCP树脂可以用于高频信号传输载体,如手机天线G手机产销量不断放量,带动LCP天线需求快速增长,并由此带动LCP材料需求实现快速增长。据权威机构预测,2020年LCP材料的全球需求量有望达到7.8万t。随着5G技术的深入推进,LCP材料有望持续保持增长态势。

  从LCP行业竞争格局来看,美、日、中是全球LCP的主要生产国家,美国的塞拉尼斯和杜邦,日本的住友化学和宝理塑料,以及中国的沃特新材料股份有限公司(以下简称“沃特股份”)、上海普利特复合材料股份有限公司(以下简称“普利特”)、金发科技股份有限公司(以下简称“金发科技”)、宁波聚嘉新材料科技有限公司(以下简称“聚嘉新材料”)等均是LCP的供应商(详见表4)。目前全球的LCP主要由美国和日本生产,我国在LCP企业生产的产品主要用于国内市场。

  微波介质陶瓷是一种作为介质材料的多功能陶瓷材料,是一种新型电子材料,具有小型化、高稳定性、低损耗等优点,可用作滤波器、谐振器、介质基片、介质天线、介质导波回路等,其中介质滤波器是其主要应用领域。

  5G时代滤波器在原材料、产品形态、生产工艺等方面与4G时代相比,有了质的变革。陶瓷介质滤波器在小型化、轻量化、低损耗、温度稳定性、性价比等方面存在优势,陶瓷介质滤波器有望成为5G时代主流。随着国内5G基站建设,2020年5G滤波器市场规模有望超过110亿元,2021年这一数据将达到140亿元,由此将带动对微波介质陶瓷的大量需求。

  国内外微波介质陶瓷的研发以及生产水平差距不大,但从市场来看,日本居绝对的霸主地位,日本富士钛、日本化学等企业供应了国际市场的90%以上。

  目前,山东国瓷功能材料有限公司(以下简称“国瓷材料”)是我国在该领域的龙头企业,占有80%以上的国内市场份额。

  2019年,国瓷材料成立5G项目部,凭借在纳米级电子材料方面积累的技术优势,开发出一系列满足客户需要、能够替代进口的 5G 用新材料,并陆续投放市场。

  江苏灿勤科技股份有限公司(以下简称“灿勤科技”)在微波介质材料以及介质滤波器领域深耕多年,是技术国产化进程中的领头企业,也是全球首家量产5G陶瓷介质滤波器的生产商,产线覆盖从陶瓷粉料到元器件成品的整个过程。

  另外,广东风华高新科技股份有限公司(以下简称“风华高科”)也在微波介质陶瓷等电子材料领域具有较强的技术研发能力,并在高频微波介质陶瓷方面形成了系列产品。我国微波介质陶瓷主要相关企业详见表5所示。

  PTFE树脂是以四氟乙烯作为单体聚合制得的聚合物,具有抗酸抗碱以及抗各种有机溶剂的特点,用作电源和信号源的绝缘层,可制薄膜,是最符合5G时代要求的覆铜板基材,此外还被用于射频电缆、天线G所涉及的领域中各类连接器,是5G时代最重要的基础新材料之一。

  5G基站建设及下游终端设备将对PCB产生巨大需要。Prismak曾预测2021年全球PCB产值将达到703亿美元,另据深南电路预测,仅5G宏基站对PCB的需求就将达到582亿元。

  作为最适合高频覆铜板生产的树脂材料,将随着5G通信的快速发展而迎来巨大的市场空间。一般而言,5G基站的PCB使用量0.8m2左右,按照PTFE单价 600元/ m2、我国将建设5G基站500万座计算,那么PTFE仅在我国5G基站领域的市场规模就可达到20亿元以上。

  目前,我国PTFE年产能13万t左右,约占全球总产能的40%,但我国以生产的PTFE多属于中低端产品,高端PTFE绝大部分产能掌握在美国和日本。

  目前昊华化工科技集团股份有限公司(以下简称“昊华科技”)、浙江巨化股份有限公司(以下简称“巨化股份”)、沃特股份、山东东岳集团(以下简称“东岳集团”)等多家国内大型PTFE生产企业正积极布局高端PTFE,有望缓解我国严重依赖进口的被动局面(表6)。

  综合来看,上述几种5G新材料我国已经具备一定的生产能力,部分GaN产品已经达到国际领先水平,微波介质陶瓷研究与生产技术水平也与国际水平相当,PTFE产能更是占到全球产能的四成左右。

  但是,在这些新材料领域我国与美日欧之间仍存在一定差距。今后,我们要不断提升5G新材料技术研发能力,特别集中发力研发一批美日欧对中国的“卡脖子”技术,实现产品的进口替代;对于LCP以及微波介质陶瓷等具有国际领先水平的新材料产品要积极拓展国际市场,提升国际市场占有率;对于PTFE等产品要通过技术研发和生产工艺改进,提高产品附加值,提升产品的国际竞争力。

  胡红梅,女,经济学博士,公共管理博士后,高级经济师,工信部高级经济师评审专家,工信部工业领域专家库专家。现任工信部赛迪研究院赛迪科创总经理,主要负责科创载体品牌运营、园区托管、招商服务、项目评估等业务。曾独立承担5项部级课题,重点参与部级课题40多项,发表媒体文章30多篇,核心期刊学术文章20多篇,出版专著1部。

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