耿怡

新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是圍繞信息數(shù)字化的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，與傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不同，新基建更著重于產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，是推進(jìn)產(chǎn)業(yè)高端化發(fā)展的重要舉措。5G作為新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)（以下簡(jiǎn)稱“新基建”）的代表，聚焦于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，包括芯片、器件、系統(tǒng)設(shè)備、終端、運(yùn)營(yíng)以及標(biāo)準(zhǔn)體系等關(guān)鍵領(lǐng)域和環(huán)節(jié)，因其具有產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)作用強(qiáng)，投入產(chǎn)出規(guī)?？捎^等特點(diǎn)，受到了前所未有的關(guān)注。隨著5G的應(yīng)用場(chǎng)景不斷普及，在與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、車聯(lián)網(wǎng)、VR/AR等垂直行業(yè)融合過(guò)程中，不僅帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，還將有望衍生出新的業(yè)態(tài)和模式，帶來(lái)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。在這樣的背景下，切實(shí)推進(jìn)5G建設(shè)，尤其是營(yíng)造“網(wǎng)絡(luò)—系統(tǒng)—終端—應(yīng)用”的產(chǎn)業(yè)生態(tài)就顯得尤為重要。5G產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵材料作為5G發(fā)展的核心支撐環(huán)節(jié)，在技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域日新月異，然而在我國(guó)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)中，依然處于弱勢(shì)地位，影響了我國(guó)5G產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。隨著新基建戰(zhàn)略的推進(jìn)，我國(guó)5G產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵材料有望迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。

1 5G產(chǎn)業(yè)征途初啟

1.1 全球5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1.1 5G網(wǎng)絡(luò)滲透率不斷提高，商用進(jìn)程加速落地

隨著各國(guó)運(yùn)營(yíng)商在5G方面投資的增加，5G商用網(wǎng)絡(luò)隨之增加。根據(jù)全球移動(dòng)通信系統(tǒng)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，目前5G在全球人口中的滲透率已經(jīng)達(dá)到7%，預(yù)計(jì)到2025年，全球20%的設(shè)備將接入5G網(wǎng)絡(luò)。隨著國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP在2020年7月宣布第一個(gè)演進(jìn)版本標(biāo)準(zhǔn)5G R16全面凍結(jié)，標(biāo)志著5G進(jìn)入了第2階段，該協(xié)議版本完結(jié)后，各企業(yè)可以依據(jù)該版本進(jìn)行具體產(chǎn)品的生產(chǎn)，進(jìn)而推動(dòng)5G應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)一步加速落地。

1.1.2 政策驅(qū)動(dòng)效果顯著，發(fā)達(dá)國(guó)家搶先布局

作為通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展強(qiáng)國(guó)，美國(guó)、韓國(guó)、日本等國(guó)家積極布局。美國(guó)早在2014年初就推動(dòng)成立可以支持5G通信技術(shù)的下一代功率電子技術(shù)國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新中心，此后相繼推出《5G加速發(fā)展計(jì)劃》《美國(guó)5G安全國(guó)家戰(zhàn)略》等政策，頻譜供給、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管和基礎(chǔ)設(shè)施等方面提出建議，同時(shí)在維護(hù)美國(guó)自身利益的大框架下，加快政府審查節(jié)奏，鼓勵(lì)5G網(wǎng)絡(luò)投資，更新5G相關(guān)法規(guī)，確保美國(guó)自身通信供應(yīng)鏈完整和安全，目前美國(guó)的各大運(yùn)營(yíng)商Verizon、AT&T、T—Mobile和Sprint等相繼推出5G商用服務(wù)。韓國(guó)3大電信運(yùn)營(yíng)商SK電訊（SK Telecom）、韓國(guó)電信（KT）和LG U+（LG Uplus）于2019年正式推出5G商用服務(wù)，政府通過(guò)“5G+”戰(zhàn)略，打造國(guó)家層面的5G生態(tài)圈。日本運(yùn)營(yíng)商N(yùn)TT DoCoMo、KDDI和軟銀相繼在2020年3月推出5G服務(wù)，并且積極推動(dòng)以增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）為主的應(yīng)用研究，重點(diǎn)開(kāi)展車聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能工廠、應(yīng)急救災(zāi)等應(yīng)用的新型商業(yè)模式。拒不完全統(tǒng)計(jì)，目前全球已有46個(gè)國(guó)家和地區(qū)開(kāi)始提供5G業(yè)務(wù)，超過(guò)385家運(yùn)營(yíng)商投資5G產(chǎn)業(yè)。

1.1.3 產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)芤娣藴\，關(guān)鍵材料迎來(lái)快速增長(zhǎng)期

5G的發(fā)展為產(chǎn)業(yè)鏈帶來(lái)變革和行業(yè)機(jī)遇，隨著各國(guó)5G建設(shè)周期開(kāi)啟，產(chǎn)業(yè)鏈上下游的射頻、天線、印制電路板（ Printed Circuit Board，PCB）、基站、光通信設(shè)備、系統(tǒng)集成與服務(wù)行業(yè)企業(yè)均有望從中受益。根據(jù)IHS Markit統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)到2035年，5G在全球創(chuàng)在的潛在市場(chǎng)規(guī)模高達(dá)12.3萬(wàn)億美元。作為產(chǎn)業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)，材料的發(fā)展對(duì)實(shí)現(xiàn)下游的應(yīng)用起到重要的支撐作用，在5G通訊中，要求材料具有低介電常數(shù)和介電損耗以實(shí)現(xiàn)高的傳輸速度，同時(shí)要求材料具有電磁屏蔽能力，此外，還要求材料具有優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性能，從而滿足5G元器件對(duì)厚度和密封性的要求。由此可見(jiàn)，5G的發(fā)展對(duì)材料行業(yè)提出了新的要求，也迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。

1.2 我國(guó)5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.2.1 5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展得到國(guó)家高度重視

我國(guó)政府高度重視5G的發(fā)展，早在2013年，工業(yè)和信息化部（以下簡(jiǎn)稱“工信部”）、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、科技部3部委聯(lián)合成立IMT—2020（5G）推進(jìn)組，先后出臺(tái)中國(guó)5G中頻頻率規(guī)劃方案、5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)和產(chǎn)品研發(fā)試驗(yàn)，并于2018年年底完成了5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)、技術(shù)方案以及系統(tǒng)組網(wǎng)等測(cè)試驗(yàn)證工作。5G應(yīng)用方面，北京、重慶等地先后建設(shè)并開(kāi)放5G自動(dòng)駕駛、5G無(wú)人機(jī)、虛擬現(xiàn)實(shí)等多項(xiàng)應(yīng)用。2019年6月，工信部舉行了5G商用拍照發(fā)牌儀式，向正式向國(guó)內(nèi)4大運(yùn)營(yíng)商（中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信和中國(guó)廣電電信）發(fā)放5G商用牌照，標(biāo)志著我國(guó)5G的正式商用。2020年3月，工信部發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)5G加快發(fā)展的通知》，從應(yīng)用場(chǎng)景、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、安全保障體系和技術(shù)研發(fā)等多個(gè)維度對(duì)5G發(fā)展進(jìn)行了部署。

1.2.2 5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大

隨著5G建設(shè)的快速推進(jìn)，運(yùn)營(yíng)商大力開(kāi)展5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，我國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大。截至2019年底，我國(guó)共建成5G基站13萬(wàn)個(gè)，35款手機(jī)終端獲得入網(wǎng)許可，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)5G手機(jī)出貨量超過(guò)1377萬(wàn)部。2020年，在5G R16標(biāo)準(zhǔn)正式確定之后，我國(guó)獨(dú)立組網(wǎng)的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度將進(jìn)一步加快。運(yùn)營(yíng)商不斷加快5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)力度，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通在2020年5G相關(guān)投資將達(dá)到1800億元，基站總數(shù)有望超過(guò)50萬(wàn)個(gè)，覆蓋全國(guó)所有地市。

1.2.3 應(yīng)用市場(chǎng)潛力巨大

我國(guó)5G應(yīng)用發(fā)展十分迅速，在應(yīng)用的廣度、深度和技術(shù)創(chuàng)新性上取得快速提升。首先在個(gè)人消費(fèi)市場(chǎng)取得重大突破，工信部數(shù)據(jù)顯示，截至2020年5月底，國(guó)內(nèi)5G手機(jī)累積出貨達(dá)到5985萬(wàn)部，130余款手機(jī)獲得5G入網(wǎng)銷售許可。除了通信領(lǐng)域外，5G與垂直行業(yè)融合應(yīng)用根據(jù)發(fā)展前景，2020年突如其來(lái)的疫情加速了5G與社會(huì)各行業(yè)的融合發(fā)展，5G遠(yuǎn)程醫(yī)療、5G直播、5G遠(yuǎn)程教學(xué)等在疫情防控過(guò)程中起到了積極作用，讓使用者切實(shí)感受到5G的實(shí)時(shí)性、可靠性和穩(wěn)定性。

2 新基建背景下，5G將帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵材料大發(fā)展

2.1 天線材料

5G手機(jī)的發(fā)展對(duì)天線提出了新的要求，傳統(tǒng)的聚酰亞胺（PI）薄膜天線已無(wú)法滿足5G手機(jī)的需求，液晶聚合物（LCP）和改性聚酰亞胺（MPI）憑借損耗因子小的特性使其在5G應(yīng)用中具有較大優(yōu)勢(shì)。其中，LCP材料屬于新型熱塑性有機(jī)材料，具有傳輸損耗小、可彎折性能強(qiáng)、尺寸穩(wěn)定性好和吸濕性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)存在工藝復(fù)雜、產(chǎn)能不足、良率較低，成本居高不下的缺點(diǎn)；MPI是傳統(tǒng)的PI軟板的改性材料，吸濕性、介電常數(shù)和傳輸損耗介于PI軟板和LCP之間，隨著工藝改進(jìn)，在15GHz以下的頻率范圍內(nèi)性能可以與LCP材料接近，同時(shí)具有成本低，良率高等優(yōu)勢(shì)。從性價(jià)比的角度來(lái)看，2種材料各具優(yōu)勢(shì)，因此有望在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)共存，中低頻采用MPI、高頻采用LCP將成為行業(yè)的常態(tài)。預(yù)計(jì)到2021年，在5G智能手機(jī)市場(chǎng)，LCP滲透率有望達(dá)到25%，市場(chǎng)規(guī)模有望超過(guò)43億美元，年均增長(zhǎng)率超過(guò)40%。

2.2 半導(dǎo)體材料

為滿足更高頻段、更大帶寬和更多的路徑損耗，5G對(duì)基站和通信設(shè)備射頻前端器件的材料性能提出了新的要求。GaAs/GaN成為最重要的5G時(shí)代襯底材料。GaAs是目前技術(shù)最成熟的化合物半導(dǎo)體材料，也是5G中頻段射頻器件中應(yīng)用最多的材料，GaN在理論上多項(xiàng)性能優(yōu)于GaAs，具有飽和電子速率高，運(yùn)行頻帶高和工作溫度高等特點(diǎn)，在更高頻率上將有更多的應(yīng)用。市場(chǎng)布局來(lái)看，目前GaAs市場(chǎng)集中度極高，德國(guó)的Freiberger、美國(guó)的AXT、日本的住友化學(xué)等3家公司的市場(chǎng)份額達(dá)到94%，外延片外包則被住友化學(xué)、VPEC、IQE和IntelliEPI等公司壟斷。GaN方面，目前制備GaN襯底存在氫化物氣相外延、氨熱法、鈉融法和高壓生長(zhǎng)法等多種技術(shù)路線，但也存在生產(chǎn)工藝難度大、良率低等問(wèn)題，限制了GaN的商業(yè)化應(yīng)用。

2.3 導(dǎo)熱散熱材料

通過(guò)在發(fā)熱源和散熱器的接觸界面之間填充高導(dǎo)熱系數(shù)的熱界面材料，可以有效改善熱量的傳遞和擴(kuò)散。目前主要使用的導(dǎo)熱材料有合成石墨材料、導(dǎo)熱填隙材料、導(dǎo)熱凝膠、導(dǎo)熱硅脂和變相材料。導(dǎo)熱材料處于產(chǎn)業(yè)鏈中游，上游原材料包括石墨、PI膜、硅橡膠、改性塑料等，下游應(yīng)用則集中在消費(fèi)電子、通信基站、動(dòng)力電池等領(lǐng)域。5G手機(jī)芯片功率消耗也大大高于4G手機(jī)，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更緊密，機(jī)身多采用非金屬材料，因此5G手機(jī)中導(dǎo)熱散熱材料就顯得尤為重要，對(duì)導(dǎo)熱、散熱材料也提出更新更高的要求。從現(xiàn)有的導(dǎo)熱散熱材料來(lái)看，石墨材料的導(dǎo)熱性能最為優(yōu)異，其次相變導(dǎo)熱也具有一定的應(yīng)用，此外均熱板是用來(lái)解決手機(jī)散熱的新型方式，將在5G手機(jī)得到廣泛應(yīng)用。

2.4 電磁屏蔽材料

電磁波引起的電磁干擾、電磁泄露和電磁兼容對(duì)于器件本身的正常工作、使用者的身體健康、傳輸?shù)男畔踩加蟹浅?yán)重的影響，因此必須通過(guò)電磁屏蔽材料來(lái)有效阻隔或者衰減電磁能量傳播。5G手機(jī)在傳輸速率、天線數(shù)量、頻段增加和信號(hào)強(qiáng)度上都比4G手機(jī)有了較大提升，因此對(duì)于電磁屏蔽材料屏蔽效率、散熱性能、屏蔽頻率和便捷輕薄化有了新的要求。按照材料的制備工藝劃分，電磁屏蔽材料可以分為金屬類電磁屏蔽材料、填充類復(fù)合屏蔽材料、表面敷層屏蔽材料和導(dǎo)電涂料類屏蔽材料。除此之外，還有一些新的屏蔽材料正在探索之中，例如發(fā)泡金屬屏蔽材料、納米屏蔽材料和本征導(dǎo)電高分子材料等。

2.5 基站天線材料

天線是一種變換器，把傳輸線上傳播的導(dǎo)行波變換成在無(wú)界媒介（通常是自由空間）中傳播的電磁波，或者進(jìn)行相反的變換。天線是基站的重要組成部分，基站天線性能直接影響到移動(dòng)通信的質(zhì)量，天線由輻射單元（振子）、反射板（底板）、功率分配網(wǎng)絡(luò)（饋電網(wǎng)絡(luò)）、封裝防護(hù)（天線罩）構(gòu)成。5G擁有高傳輸速率，同時(shí)使用毫米波以及波束成型技術(shù)，因此需要根據(jù)5G自身特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)不同的天線。目前5G通信基站的天線主要有2個(gè)解決方案，一是襯底集成天線（SIA），另一種則是把天線設(shè)計(jì)在封裝上（PIA），無(wú)論采用哪種解決方案，都需要與5G系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)，才能更加有效的實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸和發(fā)送。

2.6 PCB材料

PCB是承載并連接其他電子元器件的橋梁，是現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)中不可缺少的產(chǎn)品。5G時(shí)代基站用PCB會(huì)傾向于更多層的高集成設(shè)計(jì)，除了結(jié)構(gòu)變化之外，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，因此5G基站用PCB板要使用更高頻率、更高傳輸速度、耐熱性更好的電子基材。PCB產(chǎn)業(yè)鏈由上游的銅箔、玻纖、覆銅板，中游的PCB制造以及下游的行業(yè)應(yīng)用構(gòu)成。覆銅板對(duì)PCB直接影響PCB導(dǎo)電、絕緣、支撐等功能，是PCB制造的重要基材，在PCB原材料成本中占比最高。

2.7 濾波器相關(guān)材料

5G時(shí)代，主基站濾波器企業(yè)向設(shè)備商直接供貨的經(jīng)營(yíng)模式發(fā)生了變化，主設(shè)備商整合天線&濾波器企業(yè)的趨勢(shì)愈發(fā)明顯?；緸V波器是射頻系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，主要工作原理是使發(fā)送和接收信號(hào)中特定的頻率成分通過(guò)，并極大地衰減其它頻率成分。在3G/4G時(shí)代，金屬同軸腔體憑借著較低的成本和較成熟的工藝成為了市場(chǎng)的主流選擇。5G時(shí)代受限于Massive MIMO對(duì)大規(guī)模天線集成化的要求，陶瓷介質(zhì)濾波器在小型化、輕量化、低損耗、溫度穩(wěn)定性、性價(jià)比上存在優(yōu)勢(shì)，陶瓷濾波器逐漸成為市場(chǎng)主流。前期采用工藝成熟的小型化金屬濾波器，后期采用陶瓷介質(zhì)濾波器將成為大部分主設(shè)備商的選擇。陶瓷濾波器核心制造工藝主要包括粉體配方、壓制成型及燒結(jié)、金屬化和調(diào)試4大環(huán)節(jié)。生產(chǎn)技術(shù)難點(diǎn)在于一致性，陶瓷粉體材料的配方、生產(chǎn)的自動(dòng)化以及調(diào)試的良率和效率都是濾波器生產(chǎn)的難點(diǎn)所在。

3 新基建背景下推動(dòng)5G產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵材料發(fā)展的相關(guān)建議

3.1 以自主創(chuàng)新為主導(dǎo)，突破關(guān)鍵核心技術(shù)

發(fā)揮政府引導(dǎo)和推動(dòng)作用，以新基建為契機(jī)，引導(dǎo)創(chuàng)新要素向5G關(guān)鍵材料集聚，引導(dǎo)企業(yè)開(kāi)展關(guān)鍵材料技術(shù)攻關(guān)。集中優(yōu)勢(shì)資源，積極推動(dòng)5G基站、5G終端等重點(diǎn)技術(shù)產(chǎn)品的加速發(fā)展，跟蹤培育具有核心技術(shù)的5G關(guān)鍵材料中小企業(yè)，在細(xì)分領(lǐng)域培育具有市場(chǎng)特色和競(jìng)爭(zhēng)力的“小巨人”。組建國(guó)家級(jí)5G關(guān)鍵材料創(chuàng)新中心，構(gòu)建5G核心創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，打造“產(chǎn)、研、學(xué)、用”相結(jié)合的自主創(chuàng)新體系，打通基礎(chǔ)研究成果到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的堵點(diǎn)。

3.2 以5G網(wǎng)絡(luò)、終端和應(yīng)用為龍頭，打造合作共贏開(kāi)放的產(chǎn)業(yè)協(xié)同體系

加快5G網(wǎng)絡(luò)、終端和應(yīng)用等領(lǐng)域的本土化替代過(guò)程，選取一批關(guān)鍵材料生產(chǎn)企業(yè)，進(jìn)行重點(diǎn)扶持，推動(dòng)上下游系統(tǒng)合作，打破關(guān)鍵材料國(guó)外壟斷的格局。對(duì)龍頭企業(yè)進(jìn)行政策引導(dǎo)，鼓勵(lì)產(chǎn)業(yè)協(xié)同體系中企業(yè)間市場(chǎng)化合作，以參股合資、戰(zhàn)略合作等手段帶動(dòng)企業(yè)間橫向和縱向一體化合作。鼓勵(lì)地方政府建立地區(qū)產(chǎn)業(yè)協(xié)同體系，在稅收減免等方面給予優(yōu)惠，提高龍頭企業(yè)使用國(guó)產(chǎn)材料的積極性，建立“應(yīng)用主導(dǎo)，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同”的良好生態(tài)。

3.3 以開(kāi)拓應(yīng)用市場(chǎng)為目標(biāo)，營(yíng)造良好的外部發(fā)展環(huán)境

針對(duì)新基建建設(shè)特點(diǎn)，積極培育5G應(yīng)用市場(chǎng)，進(jìn)一步提升5G應(yīng)用水平和應(yīng)用層級(jí)。加快5G與新基建熱點(diǎn)領(lǐng)域的滲透，拓展5G與其它行業(yè)的交叉融合，鼓勵(lì)5G在數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化等方面的新業(yè)態(tài)探索，形成5G建設(shè)和5G應(yīng)用雙促進(jìn)的良好格局。繼續(xù)深化合作，擴(kuò)大對(duì)外開(kāi)放，與世界各國(guó)開(kāi)展5G技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用和安全等方面的合作，在物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等林谷與其它國(guó)家開(kāi)展業(yè)務(wù)創(chuàng)新合作。