信息技术已成为提升国家科技创新实力、推动经济社会发展和提高国家整体竞争力的重要引擎。随着全球电子技术水平的不断提升，人工智能、大数据、物联网等新兴应用持续升温。5G是开启工业数字化和物联网新时代的钥匙。世界各国把抢占5G通信技术的至高点作为发展的重要战略，在关键元器件、上游材料制备、网络部署等方面开始积极布局，抢占发展先机。我国移动通信经历了1G时代落后、2G时代跟随、3G时代突破、4G时代并跑、5G时代领跑的跨跃式发展历程。在5G通信领域，我国在网络建设与构架设计领域已经走在世界前沿，并处于领跑位置，但是在关键上游材料发展滞后。本文梳理了5G通讯技术中关键应用材料，分析了我国相关材料的发展状况，提出了发展建议，希望能够为我国5G关键材料的发展提供参考与借鉴。
         
5G通信主要关键材料及产业状况
 
  　　与传统4G通信技术相比，5G 技术主要建立在高频、全频谱和高频谱效率基础上，其制备材料需要具有实现大规模集成化、高频化和高频谱效率等特点。5G通信技术产业链关键应用材料包括元器件材料、天线材料、光纤传输材料和封装材料等。
 　　（1）元器件材料
  　　5G通信技术需要大量的元器件。元器件材料主要包括射频芯片材料、基带芯片材料、滤波压电材料和微波介电陶瓷材料等。
  　　射频芯片材料主要包括禁带宽度大、电子迁移率高的砷化镓、氮化镓、碳化硅等化合物半导体。这3种材料的技术和市场主要被美国、日本和欧洲等国家垄断，主要企业有美国的晶体技术、日本住友电工、德国弗莱贝格化合物材料等。国内生产企业有三安科技、先导材料、苏州纳维、东莞中镓等。
  　　基带芯片制备用衬底材料主要是元素半导体材料，主要包括锗、硅和锡等由同种元素组成的、具有半导体特性的固体材料。硅晶圆是主流的基带衬底材料。目前，全球范围内硅片市场依然是寡头垄断格局。以日本信越半导体、日本盛高、中国台湾环球晶圆、德国世创、韩国LG等为代表的晶圆企业几乎供应了全球80%的半导体企业，而且长期处于供不应求的状态。我国近年开始对硅晶圆产业进行布局，但主要是布局6英寸及用于光伏电池的一般品质硅片制造。
  　　滤波压电材料主要包括压电晶体材料、压电陶瓷材料和压电薄膜材料。压电晶体材料包括LiNbO₃、LiTaO₃、LGS（La₃Ga₅SiO₁₄）；压电陶瓷材料主要包括钙钛结构矿（钛酸钡、锆钛酸铅）材料、钨青铜结构材料和铋层状结构材料；压电薄膜材料主要是通过化学气相沉积或物理气相沉积方法制备的压电薄膜。当前滤波压电材料的主要技术被日本企业掌控，我国虽然在部分材料方面实现了生产供应，但却难以保持稳定的供应。
  　　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，主要材料包括BaO-TiO₂系材料、BaO-Ln₂O₃系材料、复合钙钛矿系材料和铅基钙钛矿系材料。我国微波介电陶瓷材料在研究和制造技术方面取得了较大的进步，但与国际龙头企业相比还存在一定差距。目前国际微波介电陶瓷材料90%以上市场被日本的富士钛、日本化学和界化学等企业控制。
 　　（2）天线材料
  　　基站天线是基站设备与终端用户之间的信息能量转换器。5G通信技术的推进应用将伴随着天线基站的密集化建设。天线材料主要包括实现芯片和振子发射单元的集成PCB板材和天线罩材料。制备PCB板的主要材料包括有机树脂、增强材料、铜箔、油墨等，天线罩材料包括纤维增强复合材料、陶瓷基复合材料。我国PCB总体技术水平偏低，产品主要集中在8层以下的中低端产品，核心技术主要由日本松下、日本东芝、三星等企业掌握。在复合材料方面，我国已经掌握了较为成熟的生产技术，成型技术现已经接近国际先进水平，但在应用方面还是跟国外存在一定的差距，尤其是在材料的使用标准、服役监测等方面还有欠缺。
 　　（3）光纤传输材料
  　　5G通信Massive MIMO天线技术的应用和基站的密集化建设将为光纤传输市场带来新的增长。光纤材料主要包括光纤预制棒和光纤光缆制备材料。制备光纤预制棒的核心材料是高纯四氯化硅。我国光纤预制棒材料供应不足，尤其是核心原材料高纯四氯化硅主要市场被美国、欧洲和日本企业控制。光缆制备除了使用四氯化硅材料以外，还使用四氯化锗、三氯氧磷、三氯化硼、三氯化铝等试剂。相比于光纤预制棒，光纤光缆产业的生产技术门槛较低。我国光纤生产企业不断改进和优化生产工艺，与国外巨头的差距已经逐渐缩小，但是整个行业依旧呈现出产业化集中度和智能制造水平不高等特点，企业的自动化生产和智能管理的水平还有待提升。
 　　（4）封装材料
　　  5G通信的通讯器材向着微型化和集成化方向发展，这对设备的封装导热技术提出了新的要求。5G通信元器件封装材料主要包括封装基板和塑封材料。
  　　封装基板是芯片封装体的重要组成材料，可以分为有机、陶瓷和复合材料三种。有机封装基板以聚酰亚胺（PI）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）和聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）等原材料为主。无机陶瓷基板原材料为高化学稳定性、高耐腐蚀性、气密性好、热导率高的Al₂O₃、AlN、SiC和BeO等陶瓷材料。
  　　塑封材料主要包括酚醛树脂、氰酸树脂、环氧树脂、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、聚苯醚等。目前，国内塑封材料相关企业技术一直偏弱，产品在高端市场的占有率低。全球塑封材料生产厂家主要集中在日本、美国、韩国、中国大陆及台湾。
　　
我国5G相关材料发展面临的问题
   
  　　关键技术有待突破，外部竞争环境严峻。一方面主要上游核心材料关键技术还未突破。以GaAs晶圆为例，美国、日本和德国已经在微电子芯片级开展6英寸生产，而我国主要是生产4英寸级的电阻LED低端晶片。在电子屏蔽导热材料方面，国内企业还是以电磁屏蔽导热器件和方案设计为主，上游核心原材料依然面临技术封锁，关键上游材料的核心技术由3M、汉高、富士等企业掌握。另一方面，我国相关材料制备设备依然稀缺。例如光纤产业上游光纤预制棒生产设备稀缺，造成国内材料生产成本较高，市场竞争力弱。目前，我国虽然已经掌握了光纤预制棒制备生产技术，实现了部分产品的自给，但是，生产设备依然依赖进口。
  　　产业基础薄弱，上下游存在脱节。我国与5G匹配的半导体产业链的全球市场占有率整体偏低。例如在芯片制造领域，国内龙头企业中芯国际主要生产28 nm以上产品。在化合物半导体领域，我国少数企业实现了量产。除此之外，我国5G原材料的供应信息不明确，与国外产品相比，国内原材料产品供应时，缺少生产使用的加工标准、参数等信息。下游应用企业在没有使用经验的情况下，认为冒然使用会在生产上存在较大风险。
  　　部分相关产品产能不足，对外依赖高。在元器件关键材料领域，化合物半导体材料虽然在国内实现量产，但是产能较小。随着5G通信技术的不断推出，未来我国化合物半导体材料的需求将不断提升。据预测，2020年将有1/3的功率器件衬底材料被化合物半导体材料取代，尤其是GaAs、GaN和SiC三种衬底材料。目前，我国8英寸和12英寸硅片国内企业供应不足。在封装材料方面，我国一直是消费大国，但是在部分核心上游材料却是进口大国。例如在封装基板材料应用中的聚酰亚胺薄膜，我国虽然在中低端聚酰亚胺薄膜及聚酰亚胺纤维等少数领域实现了量产，但高端领域产品稀缺。

推进我国5G材料产业发展的建议
   
　　  加强政策引导，做好顶层谋划。新中国成立以来，我国一直重视钢铁、有色金属、石油化工和无机金属材料等基础原材料的生产建设，并制定和形成了较为完善的产业政策。然而，电子信息材料方面的政策一直滞后于产业发展需求。因此，要加强政策引导、做好顶层谋划。加大国家政策和资金支持力度，制定信息材料产业发展引导目录和投资指南，强化信息材料创新链和资金链的建设。着力突破关键信息材料产业化发展问题，提高信息材料对信息产业的支持能力和国际竞争力。
  　　强化自主创新，突破关键技术。创新是引领发展的第一动力，坚持以创新为主导，鼓励原始创新、自主创新，营造整个行业创新的科学氛围。集中优势科研力量，重点突破信息材料领域中的大尺寸硅片，高性能GaAs、GaN和SiC以及电子封装技术中的上游原材料等关键材料制备技术，减小我国信息产业对国外高端原材料的依赖度。瞄准国际电子材料前沿技术，在关键领域积极开展相关研究，形成技术优势，提高自主创新能力。
  　　推进产业协同，促进上下游产需衔接。支持上下游企业成立联合研发机构，联合开展技术攻关，加强上下游企业之间在产品布局期的供需信息流通。鼓励材料、器件上下游企业成立协会、联盟等行业组织，增加材料供应信息的标准化和透明化，形成有效的上下游协同发展模式，防止生产应用衔接空缺。鼓励上下游企业之间进行兼并重组、交叉持股，组建联合企业，实现信息材料与元器件产品设计、系统验证的同步化，同时降低材料进入下游应用的市场门槛。